หน้าหลัก > โรงงานผลิตอาหารสำเร็จรูป > บทความสาระน่ารู้เกี่ยวกับอุตสาหกรรมอาหาร > เทคโนโลยีการขึ้นรูปพลาสติกสำหรับบรรจุภัณฑ์อาหาร

เทคโนโลยีการขึ้นรูปพลาสติกสำหรับบรรจุภัณฑ์อาหาร

เทคโนโลยีและขั้นตอนการขึ้นรูปพลาสติกสำหรับบรรจุภัณฑ์อาหาร

ตารางเนื้อหา

พื้นฐานกระบวนการผลิตบรรจุภัณฑ์พลาสติกสำหรับอาหาร

อุตสาหกรรมพลาสติก เป็นอุตสาหกรรมหนึ่งที่มีความสำคัญกับบรรจุภัณฑ์สำหรับอาหาร เนื่องจากปัจจุบันการใช้ชีวิตประจำวันของมนุษย์มีความเกี่ยวข้องกับสินค้าอุปโภคบริโภค มีการใช้ผลิตภัณฑ์พลาสติกทั้งทางตรงและทางอ้อม อุตสาหกรรมพลาสติก หากแบ่งตามการใช้ผลิตภัณฑ์สามารถแบ่งเป็น 2 ส่วนใหญ่ๆ

ส่วนแรก เป็นส่วนส่วนของผู้จำหน่ายวัตถุดิบหลักซึ่งจะทำการผลิตโพลิเมอร์และสารประกอบอื่นๆ เพื่อใช้สำหรับการขึ้นรูปในกระบวนการผลิตเป็นผลิตภัณฑ์พลาสติกต่างๆ

ใช้สำหรับการขึ้นรูปในกระบวนการผลิตผลิตภัณฑ์พลาสติก

ส่วนที่สอง เป็นส่วนของผู้ผลิตซึ่งจะเปลี่ยนวัตถุดิบที่ผลิตขึ้นในส่วนแรกให้เป็นผลิตภัณฑ์พลาสติกในรูปแบบต่างๆ ที่จำหน่ายทั่วไปในท้องตลาด ผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ใช้ในปัจจุบันมีวิธีการผลิตหลากหลายวิธี

ผู้ผลิตเปลี่ยนโพลิเมอร์เป็นผลิตภัณฑ์พลาสติก

เม็ดพลาสติกมีกี่ประเภท

เม็ดพลาสติกนับเป็นผลิตภัณฑ์หนึ่งของสารกลุ่มโพลิเมอร์ โดยชนิดหรือวัสดุที่ใช้ผลิตพลาสติกแบ่งออกเป็น 2 ประเภทหลักๆ คือ
1. พลาสติกกลุ่มเทอร์โมพลาสติก (Thermoplastic) สามารถทำให้อ่อนตัวลงได้เมื่อโดนความร้อน
2. พลาสติกกลุ่มเทอร์โมเซตติ้ง (Thermosetting จะเกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเมื่อได้รับความร้อนแต่จะไม่เปลี่ยนรูปทรงอีกแม้จะได้รับความร้อน

เม็ดพลาสติกมีกี่ประเทภ แต่ละประเภทแตกต่างกันอย่างไร

ในปัจจุบันการผลิตโพลิเมอร์ที่มีคุณสมบัติต่างๆ มากมายหลายร้อยชนิด แต่มีเพียง 20 ชนิด เท่านั้นที่ผลิตออกมามากถึง 90 เปอร์เซ็นต์ ของผลิตภัณฑ์โพลิเมอร์ทั้งหมด โดยกลุ่มวัสดุเทอร์โมพลาสติก เป็นกลุ่มใหญ่ที่สุดและมีอัตราการผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ในปริมาณเพิ่มมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง ชนิดของเทอร์โมพลาสติกที่สำคัญคือ โพลีเอทิลีนชนิดความหนาแน่นสูง (HDPE, High Density Polyethylene) โพลีเอทธิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPR Low Density Polyethylene) โพลีไวนิล คลอไรด์ (PVC Polyvinyl chloride) และ โพลีสไตรีน (PS Polystyrene

กลุ่ม เทอร์โมเซตติ้ง ที่สำคัญคือฟีนอล-ฟอร์มัลดีไฮด์ และยูเรียฟอร์มัลดีไฮด์ ทั้งสองชนิดนี้อยู่ในรูปของเรซิ่นและผงสำหรับขึ้นรูป สำหรับ Epoxy resin, unsaturated polyester และ polyurethane ก็เป็นพลาสติกที่สำคัญด้วย พลาสติกที่ใช้ในทางวิศวกรรม เช่น Polyacetal, polyamide และ polycarbonate เป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการผลิตที่สำคัญบางชนิด

12 วิธีการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์พลาสติก

บรรจุภัณฑ์พลาสติกสำหรับอาหารควรใช้ วิธีขึ้นรูปพลาสติก แบบไหนในการผลิต? เมื่อมองไปในท้องตลาดที่เป็นบรรจุบรรจุภัณฑ์จะเห็นบรรจุภัณฑ์ที่สวยงามทั้งนั้น หลายชิ้นใช้วัสดุเป็นพลาสติก ผู้ประกอบการมือใหม่ที่กำลังมองหาบรรจุภัณฑ์อาหารให้กับตัวเองก็อาจมีไอเดียสินค้าหรือนวัตกรรมใหม่ๆในใจบ้าง แต่เพราะไม่คุ้นเคยกับวงการอุตสาหกรรมจึงยังไม่รู้จะใช้วิธีไหนผลิต วันนี้เราจะมาดูกันว่าไอเดียบรรจุภัณฑ์ของคุณ ควรผลิตแบบไหน? และ วิธีการผลิตขึ้นรูปบรรจุภัณฑ์พลาสติกมีกี่วิธีมีวิธีอะไรบ้างมีวิธีการผลิตสินค้าพลาสติกพื้นฐานใดบ้างที่ควรรู้ก่อนจะเริ่มลงมือตัดสินใจติดต่อโรงงานพลาสติกเพื่อผลิตตัวบรรจุภัณฑ์

1. การขึ้นรูปพลาสติกด้วยการอัด (Compression Molding)

วิธีและขั้นตอนการขึ้นรูปพลาสติกด้วยการอัด (Compression Molding)

วิธีการขึ้นรูปพลาสติกด้วยการอัด (Compression Molding) คือ การให้ความร้อนแก่พลาสติก (ซึ่งอาจอยู่ในรูปของเม็ดหรือผง) ที่อยู่ในแม่พิมพ์ของเครื่องปั๊ม (press) แล้วใช้ความดันปิดแม่พิมพ์อัดให้พลาสติกแพร่กระจายไปตามช่องว่างของแม่พิมพ์ ในช่วงระยะเวลาสั้นๆ พลาสติกจะแข็งตัวได้ชิ้นงานตามความต้องการ และในช่วงสุดท้ายเป็นช่วงเปิดแบบเพื่อปลดชิ้นงานออกต้องให้ความเย็นกับชิ้นงาน ชิ้นงานที่ได้จากการอัดขึ้นรูปได้แก่ ฝาขวดน้ำ ฝาปิดขวดโหล จาน เป็นต้น การขึ้นรูปด้วยการอัดยังใช้การผลิตแผ่นพลาสติกชีท (sheet) ที่ใช้ในการขึ้นรูปพลาสติกด้วยสุญญากาศ (Vacuum forming process)

2. การขึ้นรูปพลาสติกด้วยการอัดฉีด (Transfer Molding)

วิธีและขั้นตอนการขึ้นรูปพลาสติกด้วยการอัดฉีด (Transfer Molding)

วิธีการขึ้นรูปพลาสติกด้วยการอัดฉีด (Transfer Molding) เป็นการดัดแปลงของการขั้นรูปด้วยการอัด โดยการทำให้วัสดุ Thermosetting ที่อยู่ในกระบอกสูบร้อนก่อนที่ลูกสูบจะส่งไปเข้าแม่พิมพ์ที่ร้อนภายในแม่พิมพ์แต่ละอันจะมีช่องว่างของชิ้นงานหลายชิ้น เครื่องขึ้นรูปแบบนี้นิยมใช้ในกรณีที่ต้องการชิ้นงานที่มีชิ้นส่วนโลหะเล็กๆ สอดอยู่ หรือในกรณีที่ต้องการขึ้นรูปชิ้นงานหนามากๆ ที่เครื่องขึ้นรูปด้วยการอัดไม่สามารถทำได้ ก็จะใช้วิธีการขึ้นรูปด้วยการอัดฉีด

3. การขึ้นรูปพลาสติกด้วยการฉีด (Injection Molding)

วิธีและขั้นตอนการขึ้นรูปพลาสติกด้วยการฉีด (Injection Molding)

วิธีการขึ้นรูปพลาสติกด้วยการฉีด (Injection Molding) เม็ดหรือผงพลาสติกเข้าไปอยู่ภายใน ซึ่งแยกส่วนออกจากพิมพ์ เมื่อพลาสติกได้รับความร้อนจนเปลี่ยนสถานะจากเม็ดพลาสติกหรือผงกลายเป็นของไหลภายในกระบอก หลังจากนั้นสกรูรูปเกลียวหนอนย้ายของไหลผ่านกระบอกเคลื่อนไปสู่แม่พิมพ์ ซึ่งพลาสติกจะถูกทำให้เย็นและแข็งตัว ท้ายสุดแม่พิมพ์เคลื่อนตัวเปิดออก เพื่อเคลื่อนย้ายชิ้นงานออกจากเครื่อง การขึ้นรูปด้วยการฉีดนี้เป็นกระบวนการที่สำคัญที่สุดกระบวนการหนึ่งในอุตสาหกรรมการผลิตพลาสติก ซึ่งได้มีการพัฒนาอย่างมากในช่วงสองทศวรรษหลัง และสามารถใช้สร้างชิ้นงานที่มีความสลับซับซ้อนโดยใช้ต้นทุนที่ต่ำ เช่น เครื่องใช้ในครัวเรือน กล่องพลาสติกใส่อาหาร หรือ ลังพลาสติก และ ชิ้นส่วนอะไหล่ และ อื่นๆอีกมากมาย

4. การขึ้นรูปพลาสติกด้วยการหลอมอัด (Extrusion)

วิธีและขั้นตอนการขึ้นรูปพลาสติกด้วยการหลอมอัด (Extrusion)

วิธีการขึ้นรูปพลาสติกด้วยการหลอมอัด (Extrusion) เป็นการผลิตผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ยาวต่อเนื่องกัน จากสารพลาสติกที่อยู่ในรูปผงหรือเม็ด งานหลอมอัดขึ้นรูป ประกอบด้วยเรือนทรงกระบอกมีเกลียวหนอนอยู่ภายใน ทำการหลอมพลาสติกให้อ่อนตัวแล้วอัดผ่านหัวฉีดส่งเข้าไปยังแม่พิมพ์ ซึ่งจะทำให้ได้พลาสติกที่มีขนาดรูปร่างตามต้องการหลังจากผ่านการหล่อเย็น ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากกระบวนการหลอมอัดขึ้นรูป จะมีลักษณะเป็นท่อหรือแท่ง ท่อที่มีใช้ในอุตสาหกรรม หรือครัวเรือนเป็นท่อที่ผลิตขึ้นจากกระบวนการผลิตแบบนี้ หากผ่านกระบวนการย่อยอื่นๆ จะได้ผลิตภัณฑ์ต่างกันออกไป เช่น การตัดท่อแล้วผนึกหัวท้ายทำเป็นหมอนลม หรือตัดท่ออ่อนที่มีผนังบางมากๆ แล้วผนึกปลายด้านหนึ่งทำเป็นถุง

กระบวนการหลอมอัดขึ้นรูป (Extrusion) มีวิธีการแปรสภาพ 2 วิธีหลักๆ
วิธีแรก คือ การผลิตพลาสติกแผ่นเรียบ พลาสติกแผ่นเรียบจะนำไปผ่านขั้นตอนการผลิตวิธีอื่นๆ เช่น การขึ้นรูปด้วยสุญญากาศ ก็จะได้ผลิตภัณฑ์พลาสติกแบบอื่นๆ
วิธีที่สอง คือ การขยายท่อที่ผลิตได้ด้วยแรงดันของอากาศที่อยู่ภายในท่อในขณะที่ท่อยังคงร้อนอยู่ ทำให้ได้ท่อที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่หลายฟุต และผนังของท่อที่บางมากๆ เมื่อตัดท่อแยกออกจะได้แผ่นฟิล์ม (film) ซึ่งนิยมนำไปใช้ในอุตสาหกรรมบรรจุหีบห่อเพื่อการห่อหุ้ม หากไม่ทำการแยกท่อออก ก็จะได้แผ่นพลาสติกเรียบ 2 ชั้น เมื่อนำไปตัดและผนึกปลายด้านหนึ่งก็จะได้ถุงพลาสติก

5. การขึ้นรูปพลาสติกด้วยการรีด (Calendering)

วิธีและขั้นตอนการขึ้นรูปพลาสติกด้วยการรีด (Calendering)

วิธีการขึ้นรูปพลาสติกด้วยการรีด (Calendering) เป็นงานขึ้นรูป Thermoplastic โดยใช้พลาสติกผ่านลูกรีด/กลิ้ง ที่ร้อน 2 ลูก หรือมากกว่า จนได้แผ่นพลาสติกยาวต่อเนื่องกัน การเคลื่อนที่ผ่านช่องว่างระหว่างลูกกลิ้งจะทำให้พลาสติกเป็นแผ่นเรียบ ท้ายสุดผ่านระหว่างลูกกลิ้งที่มีความเย็นพลาสติกจะแข็งตัว จะได้แผ่นพลาสติกที่มีความหนามากกว่าฟิล์ม ความหนาของแผ่นพลาสติกอยู่ประมาณ 30-800 ไมโครเมตร แผ่นพลาสติกนี้ใช้ประโยชน์ได้ทั้งอุตสาหกรรมครัวเรือน บรรจุภัณฑ์ เป็นวัตถุดิบการผลิตเสื้อกันฝน และวัสดุที่มีรูปร่างพอง เช่น ของเล่น

6. การขึ้นรูปพลาสติกด้วยการเป่า (Blow Molding)

6.1 วิธีการขึ้นรูปพลาสติกด้วยการเอกซ์ทรูดเป่าขึ้นรูป (Extrusion Blow Molding)

วิธีและขั้นตอนการขึ้นรูปพลาสติกด้วยการเอกซ์ทรูดเป่าขึ้นรูป (Extrusion Blow Molding)

เป็นกระบวนการผสมระหว่างงานหลอมอัดขึ้นรูป และการขึ้นรูปด้วยความร้อน (Thermo-forming) กล่าวคือ การเป่าสายท่อเทอร์โมพลาสติก (Parson) เข้าไปภายในแม่พิมพ์แบบกลวงสองฝาประกบจนสุดแม่พิมพ์ ซึ่งสายท่อจะพองโตเต็มช่องว่างของแม่พิมพ์ด้วยแรงดันลม ชิ้นงานจะออกจากแม่พิมพ์หลังจากเย็นตัวลง นิยมใช้วิธีนี้กับการผลิตภาชนะบรรจุเช่น ขวดพลาสติก ภาชนะสำหรับบรรจุของ และ ถังพลาสติก

6.2 วิธีการขึ้นรูปพลาสติกด้วยการการเป่ายืด (Injection stretch blow Molding)

วิธีและขั้นตอนวิธีการขึ้นรูปพลาสติกด้วยการการเป่ายืด (Injection stretch blow molding)

เป็นวิธีแปรรูปพลาสติกที่ใช้เทคนิคการฉีดและเป่าเข้าด้วยกัน เป็นวิธีที่ใหม่ที่สุดของเทคโนโลยีเป่าพลาสติก เครื่องฉีดเป่าประกอบด้วยชุดฉีดและหลอมพลาสติก และชุดขึ้นรูป ชุดหลอมพลาสติกเหมือนเทคนิคการฉีด ดังนั้นสามารถสรุปขั้นตอนการฉีดเป่าได้ 3 ขั้นตอนดังนี้
ขั้นตอนที่ 1 เตรียมชิ้นงานก่อนขึ้นรูป โดยใช้เครื่องฉีดพลาสติกขึ้นรูปพาริสันบนตัวรองรับหรือแกนที่เป็นโลหะแล้วหมุนพลาสติกหลอมที่ติดอยู่บนแกนซึ่งเรียกว่า "ฟรีฟอร์ม" (perform) ไปทำการเป่าในขั้นตอนที่ 2
ขั้นตอนที่ 2 ปิดเบ้าหลังจากรับชิ้นงานจากขั้นตอนที่ 1 แล้วเป่าลมเข้าเพื่อให้พาริสันพองตัวและมีรูปร่างเต็มตามเบ้าต่อมาชิ้นงานจะเย็นลง เนื่องจากการหล่อเย็นด้วยระบบน้ำหมุนเวียน
ขั้นตอนที่ 3 เคลื่อนย้ายชิ้นงานไปยังชุดถอดชิ้นงาน เพื่อถอดชิ้นงานออกจากตัวรองรับ

7. การขึ้นรูปพลาสติกด้วยการหมุน (Rotational molding)

วิธีและขั้นตอนการขึ้นรูปพลาสติกด้วยการหมุน (Rotational molding)

วิธีการขึ้นรูปพลาสติกด้วยการหมุน (Rotational Molding or Rotomolding) เป็นกระบวนการใช้ผลิตชิ้นงานกลวงที่ต้องการให้เกิดการกระจายแรงดึงดูดที่เท่ากันต่อพื้นที่ผิวด้านในของชิ้นงานนั้นๆ

8. การขึ้นรูปพลาสติกด้วยเทอร์โมฟอร์มมิ่ง (Thermoforming)

วิธีและขั้นตอนการขึ้นรูปพลาสติกด้วยเทอร์โมฟอร์มมิ่ง (Thermoforming)

วิธีการขึ้นรูปพลาสติกด้วยความร้อนเทอร์โมฟอร์มมิ่ง (Thermo-forming) เป็นการทำแผ่นพลาสติกให้ร้อนกระบวนการที่แผ่นพลาสติกถูกทำให้ร้อนในเตาอบ และภายหลังจากการยึดแผ่นพลาสติกตามแนวรอบนอก การขึ้นรูปพลาสติกด้วยการอัดจากการเคลื่อนตัวของหัวปั๊มแม่พิมพ์ด้วยแรงกล หรือแรงอัดของอากาศ หรือไอน้ำ สำหรับชิ้นงานขนาดใหญ่มาก แผ่นพลาสติกที่ร้อนและมีลักษณะคล้ายยางจะขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์

9. การขึ้นรูปพลาสติกด้วยสุญญากาศ (Vacuum-forming)

วิธีและขั้นตอนการขึ้นรูปพลาสติกด้วยสุญญากาศ (Vacuum-forming)

วิธีการขึ้นรูปพลาสติกด้วยสุญญากาศ (vacuum-forming) มีกระบวนการหลายๆ กระบวนการที่มีการขึ้นรูปด้วยสุญญากาศ แผ่นพลาสติกวางเหนือโพรงและยึดขอบโดยรอบ เครื่องจักรทำให้แผ่นพลาสติกร้อน เมื่อพลาสติกอ่อนตัวจะถูกดูดเข้าไปในโพรง และทำให้เย็นตัวลง ท้ายสุดตัดชิ้นงานออกจากแผ่นพลาสติก การขึ้นรูปด้วยสุญญากาศนี้ใช้ผลิตภาชนะบรรจุอาหาร ภาชนะบรรจุของ ที่มีผนังบางทุกรูปแบบ ถาดอาหาร วัสดุที่ใช้กันกระแทกสำหรับบรรจุหีบห่อสินค้า เช่น เค้ก ผลไม้

10. การขึ้นรูปพลาสติกแบบเคลือบฟิล์ม (Film Casting)

วิธีและขั้นตอนการขึ้นรูปพลาสติกแบบเคลือบฟิล์ม (Film Casting)

วิธีการขึ้นรูปพลาสติกงานเคลือบฟิล์ม (Film Casting) นอกจากระบวนการหลอมอัดขึ้นรูปแล้ว เราสามารถผลิตฟิล์ม ได้จากการรีดโพลิเมอร์ที่ร้อนบนถังโลหะผิวขัดมัน หรือการพ่นสารละลายโพลิเมอร์ไปบนสายพานที่เคลื่อนที่

ตัวอย่างงานเคลือบฟิล์มที่สำคัญคือการเคลือบกระดาษ การรีดพลาสติกที่ละลายเป็นฟิล์มไปบนกระดาษทำให้พลาสติกติดกับกระดาษ ด้วยวิธีการนี้สามารถเคลือบลงบนแผ่นกระดานเช่นกัน แผ่นกระดานและกระดาษที่ถูกเคลือบนี้นิยมใช้กันอย่างกว้างขวางในการบรรจุหีบห่อและการผลิตกล่อง

11. การขึ้นรูปพลาสติกด้วยการซ้อนกันเป็นชั้น (Laminating)

วิธีและขั้นตอนการขึ้นรูปพลาสติกด้วยการซ้อนกันเป็นชั้น (Laminating)

วิธีการขึ้นรูปพลาสติกด้วยการซ้อนกันเป็นชั้น (Laminating) แผ่นวัสดุอย่างน้อย 2 ชนิดจะถูกอัดรวมกันเพื่อให้ได้แผ่นพลาสติกที่มีคุณสมบัติพิเศษ การผลิตแผ่นพลาสติกที่ผลิตด้วยวิธีนี้มักทำขึ้นจาก Phenolic และ Amino Resin นอกจากนี้แผ่นฟิล์ม ซึ่งใช้ในการบรรจุอาหาร มักผลิตมาจาก เซลลูโลส โพลีเอทิลีนและฟอยล์โลหะ เป็นต้น

12. เทคโนโลยีเรซิ่น (Resin)

วิธีและขั้นตอนการขึ้นรูปด้วยเรซิ่น (Resin)

เทคโนโลยีเรซิน กระบวนการนี้รวมถึงโรงงานผลิตไม้อัด โรงงานเฟอร์นิเจอร์ และการประดิษฐ์สิ่งของขนาดใหญ่ที่มีความละเอียด เช่น ชิ้นส่วนรถยนต์ หรือชิ้นส่วนเรือจากไฟเบอร์กลาส ที่ชุบด้วย โพลีเอสเตอร์ หรือ อีพ็อกซี่เรซิ่น ในกระบวนการนี้เรซิ่นเหลวจะถูกทำให้แข็งตัวขึ้นภายใต้สภาวะความร้อน catalyst และรวมตัวกับไฟเบอร์ หรือฟิล์มบางๆ หรือ แผ่น ก็จะได้โครงสร้างที่แข็งแรง นอกจากนี้ ยังสามารถนำเรซิ่นมาใช้ทำการทาจุ่ม หรือการฉีดเป็นสเปรย์ด้วยในกรณีที่วัสดุมีขนาดเล็ก เช่น ของชำร่วยหรือเครื่องประดับพลาสติกสามารถผลิตด้วยวิธีการเคลือบ โดยการผสมเรซิ่นเหลวและ catalyst เข้าด้วยกันแล้วเทลงในแบบที่เตรียมไว้

กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับฟิล์มและชีทสำหรับบรรจุภัณฑ์อาหาร (Film/Sheet converting)

• กระบวนการที่ใช้ในการผลิตฟิล์มและชีท
- กระบวนการเอ็กซ์ทรูชั้่น (Extrusion)
- กระบวนการแคสติ้ง (Casting)
- กระบวนการเป่า (Blowing)

• กระบวนการปรับปรุงสมบัติของฟิล์มและชีท (Film/Sheet modifying)
- การยึดติดพื้นผิว ( Surface adhesion)
- การเคลือบ (Coating)
- การเคลือบโดยใช้เอ็กซ์ทรูชัน (Extrusion coating)
- การติดชั้นบางๆ ซ้อนกัน (Lamination)
- เมทัลไลเซชั่น(Metallization)
- โคเอ็กซ์ทรูชั่น (Coextrusion)

• ความแตกต่างของ ฟิล์มและชีท (Film vs. Sheet)
- แตกต่างกันที่ความหนา ความแข็ง และความยืดหยุ่น
- ฟิล์ม หมายถึงวัสดุที่มีความหนาน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.25 มิลลิเมตร
- ชีท หมายถึง วัสดุที่มีความหนามากกว่า 0.25 มิลลิเมตร

กระบวนการผลิตฟิล์มพลาสติก

• การแปลงพอลิเมอร์ในรูปเรซินของแข็ง (เม็ดเล็ก หรือ เม็ดละเอียด) ให้เป็นฟิล์มหรือม้วนฟิล์มโดยทั่วไปประกอบด้วย 2 ขั้นตอนหลักคือ การหลอมพอลิเมอร์ และ การขึ้นรูปฟิล์ม

1. การหลอมพอลิเมอร์ มีขั้นตอนทั่วไปดังนี้

Polymer feeding ▶ Melting ▶ Mixing ▶ Metering ▶ Filtration

2. การขึ้นรูปฟิล์ม มีขั้นตอนทั่วไปดังนี้

Melt film formation ▶ Quenching ▶ Orientation ▶ Windup

• การหลอมพอลิเมอร์

ในกระบวนการหลอมพอลิเมอร์ใช้เครื่องเอ็กซ์ทรูเดอร์ (Extruder) ซึ่งมีวัตถุประสงค์หลักคือการใช้ความร้อน ความดัน และแรงเฉือน ในการหลอมเม็ดพอลิเมอร์ และสายพอลิเมอร์หลอมที่มีความสะอาดและสม่ำเสมอไปยังขั้นตอนต่อไป เอ็กซ์ทรูเดอร์มีทั้งแบบ สกรูเดี่ยว และสกรูคู่

• การขึ้นรูปฟิล์มและชีต

วัตถุประสงค์คือ การจัดรูปร่างของสายพอลิเมอร์หลอมที่ได้มาจากขั้นตอนเอ็กทรูชั่น ให้เป็นฟิล์มบาง โดยพอลิเมอร์หลอมจะออกจากเอ็กซ์ทรูเดอร์ผ่านทางแม่แบบ (die) ซึ่งจะมีการออกแบบเพื่อจัดรูปร่างของพลาสติกหลอม แม่แบบอาจแบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ แม่แบบแบบแบน (flat/slit film dies) และ แม่แบบแบบท่อ (tubular/annular film dies)

• กระบวนการหล่อ (แคสต์) ฟิล์มและชีท (Cast Film/Sheet Process)

เมื่อพลาสติกหลอมผ่านออกจากเอ็กซ์ทรูเดอร์ทางแม่แบบแบบแบน จะได้ฟิล์มและชีตแบบแคสต์

• กระบวนการเป่าฟิล์ม (Blown Film Process)

พลาสติกหลอมผ่านออกจากเอ็กซ์ทรูเดอร์ทางแม่แบบท่อ แล้วถูกเป่าให้ขยายตัวด้วยอากาศสมบัติของฟิล์ม ขึ้นกับ สัดส่วนการเป่าให้ขายตัวขึ้น (Blow-up ratio) ที่นิยม คือ 2:1 หรือ 4:1 "blow-up ratio" - Diameter of final tube/Diameter of die

• การะบวนการทำให้เย็น (Quenching)

หลังจากผ่านกระบวนการขั้นรูปฟิล์มแล้ว ฟิล์มจะผ่านขั้นตอนการทำให้เย็น โดยทั่วไปกระบวนการทำให้เย็นสำหรับฟิล์มแคสต์ มี 2 ประเภท คือ

- Roll quenching นำฟิล์มหลอมผ่านไปบนพื้นผิวของล้อโลหะเย็น (rollers)

- Water quenching นำฟิล์มหลอมผ่านไปในอ่างน้ำเย็น วิธีนี้เป็นการทำให้เย็นอย่างรวดเร็ว

กระบวนการทำให้เย็นที่นิยมใช้สำหรับฟิล์มแบบเป่าคือการเป่าด้วยอากาศเย็นที่ด้านนอกของลูกโป่ง (นิยมมากกว่า) หรือ การใช้น้ำเย็น

• การปรับทิศทาง (Orientation)

มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาสมบัติสำคัญของฟิล์ม เช่น เพิ่มความแข็งแรงของฟิล์มในด้านที่ตึง เพิ่มความแข็ง เพิ่มสภาพเป็นผลึก (crystallinity) (เพิ่มสมบัติด้านการป้องกัน)

วิธีการปรับทิศทางทำได้โดยการดึงฟิล์ม เพื่อจัดเรียงโมเลกุลของพอลิเมอร์ในทิศทางที่ดึงยืด โดยจะทำการให้ความร้อนอีกครั้งหนึ่งก่อนการดึงยืด การดึงยืดมีหลายลักษณะเช่น

- การดึงยืดทิศทางเดียว (uniaxial orientation)

- การดึงยืดสองทิศทาง (biaxial orientation)

โดยมีการดึงยืด 2แบบ ตามความสมดุลคือ

- สมดุล (balanced) หมายถึง การดึงยืดเท่ากันทั้งสองทิศทาง

- ไม่สมดุล (unbalanced) หมายถึง การดึงยืดในทิศทางหนึ่งมากกว่าทิศทางหนึ่ง และมีการดึงยืด 2 แบบตามขั้นตอนการดึงยืด คือ

- การปรับทิศทางสองขั้นตอน (two-step orientation) หมายถึง การดึงยืดในทิศทางของเครื่องจักร (machine direction, MD) ก่อนแล้วดึงยืดในทิศทางขวางเครื่องจักร (cross direction, CD)

- การปรับทิศทางขั้นตอนเดียว (one-step orientation) หมายถึง การดึงยืดพร้อมกันทั้งสองทิศทาง

• สมบัติทั่วไปของฟิล์มที่ได้จากกระบวนการแคสติ้งและกระบวนการเป่า

Property

Cast

Blown

Clarity

Stiffness

Toughness

Barrier

Thickness uniformity

• ฟิล์มยืด (Stretch Film)

ฟิล์มที่หลังจากถูกดึงยืดแล้วสามารถคืนกลับสู่ลักษณะเดิม โดยแรงที่เก็บกักไว้จะเพิ่มขึ้นตามแรงที่ดึงยืด แต่อยู่ภายในขีดจำกัดความยืดหยุ่น ด้านปลายของฟิล์มยืดจะติดกันได้เอง ตัวอย่างเม็ดพลาสติกที่ใช้ผลิตฟิล์มยืดที่นิยมใช้ได้แก่ Linear low density polyethylene (LLDPE), ethylene vinyl acetate (EVA), Polyvinyl chloride (PVC) ฟิล์มยืดใช้รัดบรรจุภัณฑ์เดี่ยวๆ และแท่นรองรับสินค้าเพื่อรวมบรรจุภัณฑ์เป็นหน่วยเดียวกัน

• ฟิล์มหด (Shrink Wrap)

ฟิล์มที่จะมีมิติเล็กลงเมื่อสูญเสียรูปร่าง โดยฟิล์มจะหดรัดผลิตภัณฑ์หลังจากได้รับความร้อน เม็ดพลาสติกที่นิยมใช้ผลิตฟิล์มหดที่นิยมใช้ได้แก่ polyethylene (PE), Polypropylene (PP), polyvinylchloride (PVC) โดยทั่วไปใช้กับบรรจุภัณฑ์เดี่ยวๆ และการรวมหน่วยผลิตภัณฑ์ปริมาณไม่มากนัก

กระบวนการปรับปรุงฟิล์มและชีท

โดยทั่วไปฟิล์มพลาสติกไม่ได้มีสมบัติครบถ้วนตามความต้องการในการใช้งาน จึงต้องมีกระบวนการในการปรับปรุงหรือพัฒนาสมบัติต่างๆ ให้เป็นไปตามความต้องการในการใช้งานมากขึ้น

กระบวนการปรับปรุงสมบัติของฟิล์มหรือชีทพลาสติกที่สำคัญได้แก่

• การยึดติดที่พื้นผิว (Surface Adhesion)
หลักการของการยึดติดอาศัยแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลระหว่างพื้นผิวทั้งสอง โดยประเภทแรกดึงดูดระหว่างโมเลกุลเรียงจากแรงดึงดูดน้อยไปมากคือ
- London dispersion forces เป็นแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่อ่อนที่สุด เกิดขึ้นชั่วคราวจากการที่อิเล็กตรอนในอะตอมที่อยู่ติดกันเคลื่อนไปอยู่ในตำแหน่งที่ทำให้เกิดขั้วขึ้นชั่วคราวสามารถเกิดขึ้นในทุกโมเลกุลไม่ว่าจะมีขั้วหรือไม่มีขั้ว
- Induction forces แรงดึงดูดที่เกิดจากโมเลกุลที่มีขั้วไปเหนี่ยวนำโมเลกุลที่ไม่มีขั้ว
- Dipole forces แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่มีขั้วต่างกัน
- Hydrogen bonds ถือเป็น dipole forces ที่มีแรงดึงดูดมากที่สุด เกิดจากแรงดึงดูดระหว่างอะตอมประเภท electronegative (ไนโตรเจน ออกซิเจน ฟลูออรีน) กับ ไฮโดรเจน

การวัดแรงยึดติดทำได้โดยการดึงฟิล์มทั้งสองออกจากกัน ทำได้ 2 ลักษณะดังนี้

โดยทั่วไปมักมีการปรับสภาพพื้นผิวฟิล์มก่อน เพื่อเพิ่มแรงยึดติด เช่น ระหว่างหมึกพิมพ์ หรือ สารเคลือบ กับฟิล์ม วิธีการปรับสภาพพื้นผิวทำได้โดยการขัดพื้นผิว ซึ่งช่วยเพิ่มพื้นผิวสัมผัสจนถึงเปลี่ยนโครงสร้างผิว

การปรับสภาพพื้นผิวที่รูจักกันดี เรียกว่า "Corona treatment" โดยจะทำการสร้าง "Corona discharge" ในพื้นที่ผิวของฟิล์ม

• การเคลือบผิว (Coating)
การประยุกต์การเคลือบผิวบนฟิล์มหรือชีท แบ่งเป็น 2 ประเภทคือ
- การเคลือบผิวแบบบาง เพื่อพัฒนาการยึดติดที่ผิวและการพิมพ์
- การเคลือบผิวแบบหนา (0.1-0.5 mil) เพื่อพัฒนาสมบัติของฟิล์มหรือชีท เช่น ความสามารถในการปิดผนึกด้วยความร้อน และการป้องกันการซึมผ่าน

ระบบการเคลือบผิวที่สำคัญ มีดังนี้
- Water dispersion coating สารเคลือบผิวกระจายตัวในน้ำ
- Solvent coating สารเคลือบผิวละลายในตัวละลาย ส่วนใหญ่ใช้ในการเคลือบเพื่อพัฒนาสมบัติด้านการซึมผ่านและการปิดผนึก

ในการวัดความหนาของการเคลือบผิวควรวัดตลอดหน้าฟิล์มในระหว่างกระบวนการเคลือบวิธีการวัดทำได้หลายวิธี เช่น micrometer, ultrasonic, gravimetric, radiation

• การเคลือบผิวโดยใช้วิธีเอ็กซ์ทรูชั่น (Extrusion Coating)
การเคลือบพลาสติกหลอมบนฟิล์มพลาสติก โดยมีขั้นตอนเช่นเดียวกับการผลิตฟิล์มโดยวิธีแคสติ้งโดยใช้เอ็กซ์ทรูเดอร์ แต่มีอัตราเร็วสูงกว่า การดึงพลาสติกหลอมสูงกว่า และอุณหภูมิในกระบวนการเอ็กซ์ทรูชั่นสูงกว่า

พอลิเมอร์หลอมที่ใช้การเคลือบ มีลักษณะที่สำคัญ ดังนี้
- มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำลงเพื่อเพิ่มอัตราการไหล
- เพิ่มความแข็งแรงของพลาสติกหลอมด้วยการปรับโครงสร้างของพอลิเมอร์
- ตัวอย่างเช่น polyethylene, ethylene copolymers, acid copolymers, ionomers, nylons, copolyesters เป็นต้น
- ปัญหาที่มักเกิดขึ้นในกระบวนการ extrusion coating คือ "neck-in" เกิดการหดตัวของพอลิเมอร์ที่ไหลออกจากแม่แบบ (polymer curtain) ด้านขวางกับเครื่องจักร เกิดจากช่องว่างระหว่างแม่แบบกับล้อทำให้เย็น ซึ่งมากกว่าในกระบวนการเอ็กซ์ทรูชั่น

• การติดชั้นบางๆ ซ้อนกัน (Lamination)
การสร้างการยึดติดระหว่างฟิล์มหรือชีท โดยสารยึดติดที่ใช้อาจแบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ
- สารยึดติดประเภทเทอร์โมเซต (thermoset adhesive) สามารถทนต่อความร้อนสูง เช่น พอลิเอสเตอร์ พอลิยูรีเทน
- สารยึดติดประเภทเทอร์โมพลาสติก (thermoplastic adhesives) สามารถทนต่อความร้อนได้ต่ำกว่าสารยึดติดประเภทเทอร์โมเซต เช่น โคพอลิเมอร์ของไวนิลอะซิเตทกับไวนิลคลอไรด์
- Hot Melt Lamination เป็นวิธีการลามิเนชั่นที่ใช้สารยึดติดประเภทพอลิเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำโดยไม่มีการใช้เอ็กซ์ทรูชั่น พอลิเมอร์หลอมจะไหลผ่านแม่แบบตามแรงโน้มถ่วงของโลก โดยใช้ปั๊มในการควบคุมการไหลให้ถูกต้อง นิยมใช้ในการเคลือบผิวฟิล์มด้วยวัสดุที่สามารถปิดผนึกได้ด้วยความร้อน
- Adhesive lamination ใช้สารละลายหรืออิมัลชั่นของสารยึดติดที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำในการติดพลาสติก 2 ชั่นเข้าด้วยกัน โดยแบ่งได้เป็น 2วิธี คือ
1. การลามิเนชั่นแบบแห้ง คือการติดพลาสติก 2 ชั้น ในขณะที่สารยึดติดแห้ง
2. การลามิเนชั่นแบบเปียก คือการติดพลาสติก 2 ชั้นในขณะที่สารยึดติดยังเปียกอยู่

การลามิเนชั่นโดยการเอ็กซ์ทรูชั่น (Extrusion Lamination) เป็นกระบวนการลามิเนชั่นโดยใช้สารยึดติดที่ผ่านออกจากเอ็กซ์ทรูเดอร์ในการติดพลาสติกแต่ละชั้นเข้าด้วยกัน วิธีการนี้นิยมใช้ทั่วไปในกระบวนการเปลี่ยนวัสดุบรรจุ ตัวอย่างเช่น Paper/acid copolymer/foil/heat sealant layer

• เมทัลไลท์เซชั่น (Metallization)
เมทัลไลท์เซชั่น คือ การสะสมของไอโลหะลงบนฟิล์มพลาสติกในห้องควบคุมสภาวะสุญญากาศสูง เมทอลไลเซชั่นไม่มีผลต่อสมบัติของฟิล์ม เช่น ความแข็งแรง ความยืดหยุ่น จำเป็นต้องควบคุมความสม่ำเสมอของการเคลือบไอโลหะตลอดฟิล์ม ปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งในการผลิตคือ ความเหมาะสมของความยาวของถ้วยใส่โลหะและความกว้างของฟิล์ม การควบคุมความหนาของฟิล์มทำได้โดย จำนวนของที่ใส่โลหะ อัตราเร็วในการผ่านฟิล์ม อุณหภูมิของโลหะ เป็นต้น

สมบัติที่สำคัญของฟิล์มอาบไอโลหะ คือสามารถป้องกันการซึมผ่านของไอน้ำ แก๊สออกซิเจนได้ดี (จะดีกว่าอลูมิเนียมฟอยล์ที่เสียสภาพ) มีความขุ่นสูง สามารถแผ่รังสีไมโครเวฟ ฟิล์มหลายชนิดสามารถผ่านกระบวนการเมทัลไลท์เซชั่นได้ แต่ต้องมีความแข็งแรงสูง และทนอุณหภูมิสูงได้ ฟิล์มที่นิยมนำไปอาบไอโลหะ ได้แก่ PET OPP nylon

ฟิล์มซิลิคอนออกไซด์ (Silicon Oxide Films, SiO)
- มีชั้นซิลิกอนออกไซด์ บางๆบนพื้นผิวเพื่อเพิ่มการกั้น ; Contain a thin surface layer of silicon oxide to improve barrier
- อาจมีสีเหลืองเล็กน้อย แต่ยังคงความโปร่งใส ; May impart a slight yellowish color, but preserves its transparency
- สำคัญสำหรับบรรจุภัณฑ์อาหารที่สามารถเข้าไมโครเวฟได้ ; Significant for microwavable food packaging
- แผ่นฟิล์มพื้นฐาน: PET (ส่วนใหญ่ใช้), PP, PS, โพลีเอไมด์ ; Base films: PET (mostly use), PP, PS, polyamides

• Coextrusion
- Two or more steams of different polymer melts are joined in the film formation step
- In cast process: polymer combined in "feed block" before enter coat hanger die
- In blown process: multichannel die with manifolds is used
- Properties of coextruded film: a combination of those properties contributed by each layer
- Application: can be used to reduce cost of multilayer film
- More common in cast and blown film processes than orientation process

	169/47 ถ.พุทธมณฑลสาย 4 ต.กระทุ่มล้ม อ.สามพราน จ.นครปฐม 73220
	086-070-0007
	ananindustry@gmail.com
	https://www.ananindustry.com