06 Jul ทำไม ปีโป้ ถึงเปิดยาก มีเฉลยในนี้
งานวิจัยนี้ได้ถูกนำเสนอในงาน IAPRI 2010 World Packaging Conference จาก http://2010iapri.cprtc.cn/ นะครับ ผมนำมานำเสนอให้เพื่อนๆ ชาวพันทิปจากปัญหาในกระทู้นี้ครับ http://www.pantip.com/cafe/wahkor/topic/X9862751/X9862751.html
ก่อนอื่น ขอแนะนำตัวก่อนนะครับ ผมเป็น Packaging engineer ทำงานวิจัยทางด้าน Heat sealing technology และ Universal Design สำหรับ plastic packaging นะครับ heat sealing technology เป็นทุกคนคิดว่ากระบวนการที่ง่ายๆ แต่จริงๆ แล้วมันมีอะไรมากกว่านั้นครับ ลองมาชมกันดูนะครับ สำหรับท่านใดมีข้อแนะนำประการใดยินดีน้อมรับเป็นอย่างยิ่งครับ กระทู้นี้ คงเป็นตัวอย่างหนึ่งที่ยกเอา heat sealing technology มาใช้เพื่อช่วยให้บรรจุภัณฑ์เปิดง่าย จริงๆ ยังมีอีกหลายๆ เทคโนโลยี เช่นการใช้กาว (adhesive) การใช้ซีลเย็น (cold seal) เพื่อช่วยให้เปิดง่ายเช่นกันครับ
ปัญหาเรื่องการเปิดง่าย เป็นปัญหา classic และท้าทาย ของ packaging engineer ครับ ไม่ใช่แค่ปีโป้อย่างเดียว ยังรวมไปถึงถุงมันฝรั่ง ถุงผงซักฟอก อาหารแช่แข็งต่างๆ ฯลฯ มากมาย เคยไหมครับเวลาเปิด packaging ไม่ออก รู้สึกหงุดหงิดครับ บางคนก็มีโมโหด้วย
สำหรับท่านที่อยากข้ามส่วนวิชาการไป อ่าน คห 9 ได้เลยครับ
มีข่าวดีแจ้งให้ทราบครับ ขออนุญาตเพิ่มเติมข้อมูลหน่อยนะครับ หลังจากที่ผมไม่ได้กินปีโป้มาหลายปี เห็นในกระทู้มีเพื่อนสมาชิกซื้อมาทดลอง เป็นปีป้รุ่นที่เขียนว่า “ถ้วยใหม่ ใหญ่กว่า ราคาเท่าเดิม” เมื่อวานผมเลยซื้อมาทดลองกินบ้าง เล่นซะอิ่มไปเลย ปีโป้รุ่นใหม่มีการพัฒนาให้ฉีกง่ายขึ้นกว่าเก่านะครับ จากการลองแกะกินดูหลายชิ้นก็ง่ายขึ้นกว่าเก่ามาก ผมยังไม่ได้วัด seal strength ว่าเป็นเท่าไร แกะหมดถุงยังเจ็บๆนิ้วหน่อย การออกแบบปีโป้ใหม่ที่จับยังมีพื้นที่เล็กไปหน่อย ฟังก์ชันของมือคนเราเวลา pinch แล้ว เราจะต้องออกแรงมากขึ้น ถ้าส่วนที่จับจะลื่นหลุด (มีงานวิจัยอ้างอิงส่วนนี้) ซึ่งเป็นการตอบสนองโดยธรมชาติของมนุษย์ นั่นเป็นเหตุทำให้ผมเจ็บนิ้วเวลาเปิดเยอะๆ แต่แกะได้ง่ายขึ้น เข้าใจว่ามีการพัฒนาตัว material เป็นการแสดงถึงพัฒนาการทางด้านบรรจุภัณฑ์ของทางบริษัท เพื่อนๆลองซื้อมาทดลองดูได้ครับ
ผมขอยกตัวอย่างภาพประกอบของถุงแบบที่เรียกว่า pillow pouch นะครับ เพื่อให้เห็นภาพง่ายๆ
ปกติ ถุงราคาถูก เราเปิดได้สามวิธีครับ
วิธีแรก โดยการจับจีบแล้วดึงให้ ลอกออก ดังรูปซ้ายมือ บางทีเราอยากเปิดด้วยวิธี้ แต่ถุงซีลแน่นมาก ทำให้เราเปิดไม่ได้ ต้องไปเปิดด้วยวิธีอื่น ดังรูปกลางและรูปขวา การซีลด้วยวิธีแรกนี้ มีข้อดีคือถุงจะยังคงสวยงามและม้วนเก็บไว้กินได้ หากเรากินไม่หมด
วิธีสอง โดยการกด หรือตบ เจอได้บ่อยในถุงผ้าเย็น ผมว่าเปิดยากมาก ดังรูปกลาง วิธีการนี้ เปิดด้วยเจ็บมือด้วย
วิธีสาม โดยการฉีก วิธีการนี้ เราสร้างขยะชิ้นเล็กชิ้นน้อยขึ้น แล้วข้อสำคัญ เรายังไม่สามารถม้วนเก็บไว้กินครั้งต่อไปได้ในกรณที่เรากินไม่หมด ดังรูปขวา
ฉีกด้วยปาก กับตัดด้วยกรรไกรไม่นับนะครับ เพราะมันไม่อนามัยแล้วก็ไม่มีใครพกกรรไกรตลอดเวลาด้วย มีงานวิจัยในอังกฤษอ้างว่า เกิดอุบัติเหตุจากการเปิดซองถุงต่างๆ ด้วยกรรไกร มีด ด้วยนะครับ เขาคิดเป็นจำนวนเงินเลย หลายล้านปอนด์ แล้วมันไม่สะดวกมากๆ ที่จะต้องไปหาเครื่องมือต่างๆ มาเปิด บรรจุภัณฑ์ที่ดีควรเปิดได้ด้วยมือเปล่าครับ
easy peel material เป็นพลาสติก ที่เติม copolymer เข้าไป เพื่อเพิ่มช่วงของ Peel seal ให้กว้างขึ้น เวลาซีลแล้วจะทำให้เปิดง่ายครับ
งานวิจัยผมเลือกใช้ heat sealing technology เป็นตัวควบคุมฟังก์ชันการเปิดและการปิดแน่น สำหรับบรรจุภัณฑ์ครับ ซึ่งเป็นเทคนิคที่ราคาถูกมากครับ
แต่ในปัจจุบัน ลูกค้า ในบางครั้ง ก็ต้องการการเปิดง่าย สำหรับบรรจุภัณฑ์และ บรรจุภัณฑ์ก็ต้องแน่นหนาพอที่จะคุ้มครองสินค้าในบรรจุภัณฑ์ เพื่อป้องกันสินค้าหลุดกระจายออกมา หรือเปิดโดยไม่ตั้งใจ
Heat seal strength ถูกใช้เป็นเครื่องมือในการตรวจสอบการติดกันของพลาสติกนะครับ และ Heat seal strength ขึ้นอยู่กับ อุณหภูมิระหว่างรอยต่อของวัสดุพลาสติก ที่จะนำมาผนึก
ในปัจจุบันโรงงานต่างๆ และ ห้องแล๊บต่างๆ จะอ้างอิงถึงมาตรฐาน ASTM F88 การทำ heat seal โรงงานต่างๆ รวมถึงในห้อง lab มักจะใช้อุณหภูมิสูง สูงมากกว่า อุณหภูมิหลอมละลายของพลาสติด ดังนั้น พลาสติกก็จะหลอมเป็นเนื้อเดียวกันวิธีการทำกราฟ heat seal strength เราทำได้โดย การเตรียม sample แล้วนำไป heat seal ตามอุณหภูมิที่ตั้งไว้ เราก็ไล่ไปเลย ตั้งแต่อุณหภูมิต่ำๆไปจนถึงสูงๆ เราสามารถอ้างอิงกับกราฟ heat sealing standard ถ้ารู้ประเภทของวัสดุ แล้วก็จะรู้ว่า ควรเริ่มต้นที่อุณหภูมิเท่าไรดี แล้วก็ไล่ อุณหภูมิไป heatsealing แล้วก็ cool down ตามกระบวนการ แล้วก็นำชิ้นทดสอบมาตัดตามรูป แล้วนำไปวัด heat seal strength ด้วยเครื่อง tensile testing นะครับ ชิ้นงานที่เราจะตัด มีหลายขนาด ที่นำมาแสดงนี้เป็นพลาสติก PE ขนาด 75ไมครอน หน้ากว้าง 15 mm นะครับ แล้วก็ตัดชิ้น ชิ้นงานเป็นรูปดรัมเบลนะครับ เพื่อป้องกันการยืดตัวของชิ้นงานทดสอบ
รูปนี้แสดงถึง seal strength ของถุงขนม จะเห็นว่า เมื่อเรา Heat seal พลาสติก ที่อุณหภูมิที่สูงขึ้น Heat seal strength จะสูงขึ้นเช่นกัน เริ่มแรก เมื่อเราให้อุณหภูมิสูงขึ้น จนถึงจุดที่เรียกว่า initial condition of heat sealing พลาสติกจะเริ่มหลอมติดกัน เมื่อเราให้อุณหภูมิสูงขึ้นๆ heat seal strength จะสูงขึ้นเช่นกัน จนถึง อุณหภูมิที่จุดหลอมละลาย หรือ melting point ของพลาสติก คุณลักษณะของพลาสติกในช่วงนี้ จะเริมหลอมติดกัน แต่ยังไม่หลอมติดกันอย่างสมบูรณ์ เราเรียกช่วงนี้ว่า peel seal หรือเป็น adhesive bonding เมื่อเราให้อุณหภูมิสูงขึ้นๆ จุดนี้ พลาสติกจะหลอมติดกันเป็นเนื้อเดียวกัน เราเรียกว่า tear seal หรือเรียกว่า cohesive bonding คุณลักษณะของ failure mode ของ พลาสติกในช่วงอุณหภูมิที่ใช้สูงกว่า melting point คือ พลาสติก จะยืดตัวครับ หรือ ฉีกขาดออก จากกัน ซึ่งจะใช้แรงมากๆ บางครั้ง ถึง 45N/15mm เลยทีเดียว โรงงานต่างๆ นิยมใช้อุณหภูมิในการซีลที่สูงกว่า จุดหลอมละลายนะครับ ดังนั้นมันเลยแน่นมาก เปิดไม่ออก heat seal strength สูงสุด ของการซีล เท่ากับ tensile strength ของตัว material ครับ นั่นคือ เรากำลังดึงวัสดุชิ้นเดียวกันให้แยกออกจากกัน
ที่มันใช้แรงมากขนาดนั้น ก็เพราะเนื้อ sealant ของชั้นพลาสติก มันหลอมติดกันเป็นก้อนเดียวกัน แล้วมีส่วนหนึ่งไหลออกมานอกขอบบริเวณของ heat seal เราเรียกsealant ส่วนที่แล่บออกมาจากขอบ heat seal นี้ว่า polyball ครับ มันมีขนาดเล็กมาก ในรูปนี้ ใช้กล้อง electron microscope ถ่่าย แต่มันจะแข็งมาก แล้วทำให้เนื้อพลาสติกเกิด stress แล้วขาดง่าย และบางส่วนก็จะเป็นรู อาจทำให้อากาศเข้าไปได้ ถ้าเป็นอาหารและยา อาจทำให้เชื้อจุลินทรีย์เข้าไปได้ รูปล่าง เป็นการจับชิ้นงานแล้วดึงทดสอบ ด้วย tensile testing machine นะครับ
สำหรับ peel seal เราสามารถคำนวนพลังงานได้ ตั้งแต่ตอนต้นของการดึงชิ้นงาน จนชิ้นทดสอบ หลุดออกจากกันอย่างสมบูรณ์ ระยะจะเท่ากับระยะกว้างของรอยซีล โดยทั่วไปประมาณ 10mmสำหรับ tear seal เราสามารถคำนวน คำนวนนะครับพลังงานได้ ตั้งแต่ตอนต้นของการดึงชิ้นงาน จนชิ้นทดสอบไม่สามารถหลุดจากกันได้ เนื่องจากมันได้หลอมติดกันอย่างสมบูรณ์แล้ว จุดนี้ เราเรียกว่า yield point ครับ เราสามารถวัดระยะทางที่ลอกออกได้นี้ได้ด้วยเครื่องวัดธรรมดานะครับ ประกอบกับแว่นขยายนะครับ
รูปด้านล่างด้านซ้าย ซีลที่อุณหูภมิ 117 C ชิ้นงานทดสอบ ยังลอกออกได้ครับ
รูปด้านล่างตรงกลาง ซีลที่อุณหภูมิ 118 C ชิ้นงานทดสอบ ลอกได้ประมาณ 4 mm ครับ แล้วก็ไม่แยกจากกันด้วย แล้วชิ้นทดสอบก็ยืดตัว เพราะมันเริ่มละลายเป็นเนื้อเดียวกันแล้ว
รูปด้านล่างด้านขวา ซีลที่อุณหภูมิ 122 C ชิ้นทดสอบ ลอกได้แค่ 1.5 mm ครับ แล้วก็ยืดตัว
• Heat seal strength ASTM F88 กราฟนี้เป็นกราฟเส้นประสีเทาอ่อนนะครับ ตามมาตรฐานที่ใช้กันทั่วไป
• FHSS (Functional Heat Seal Strength) เป็นกราฟสีเทาเข้มนะครับ heat seal strength ที่ผมนำเสนอ เนื่องจาก ถ้าเรายังต้องการ function การเปิด เราจะเปิดได้ถึงแค่จุดที่เราวัดระยะได้ ยิ่งเราใช้อุณหภูมิสูง FHSS ก็จะยิ่งน้อยลง เพราะเราจะเปิดมันไม่ได้ มันแน่นมากครับ
• Peeling Energy (5, 7.5, 10 mm Peeling range) เป็นกราฟสีดำสามเส้นนะครับ แสดงถึงพลังงานที่เราใช้ในการดึงชิ้นงานทดสอบ จนแผ่นพลาสติกแยกออกจากกันทั้งสองชิ้น ชิ้นทดสอบเราความยาวของซีล เป็น 10mm เราสามารถหาพลังงานที่ระยะ 5, 7.5,10 มม ได้ แล้วเราสามารถออกแบบได้ว่าจะเอา ความยาวเป็นเท่าไร ในการใช้งานจริง เพื่อประหยัดวัสดุได้นะครับ
• Breakage Energy (Tearing Energy) เป็นกราฟสีดำประ แสดงถึงพลังงานที่เราใช้ในการดึงออกจนดึงไม่ได้แล้วเนื่องจากพลาสติกหลอมติดกันหมดแล้ว เราจึงดึงได้นิดเดียว ดังรูปสไลด์ที่ผ่านมานะครับ ระยะนี้วัดได้ด้วยเครื่องมือวัดขนาดนะครับ
อุณหภูมิเป็นปัจจัยหลักในการควบคุม heat seal strength
แต่เราก็จำเป็นต้องวัด heat seal strength ให้ได้แม่นยำก่อน
แล้วเราก็จะสามารถวัด peeling energy กับ tearing energy ได้
แต่เราก็ต้องหาวิธีในการตรวจจับ pin hole กับ polyball ในที่นี้ใช้วิธีการที่ผมนำเสนอ คือการวัด FHSS นะครับ
จะเห็นว่า ถ้าโรงงาน ใช้อุณหภูมิในช่วง peel seal ก็จะสามารถทำให้ บรรจุภัณฑ์สามารถเปิดได้ง่ายนะครับ
ด้วยเทคนิคนี้ เราไม่ใช่การวัด heat seal strength แต่เราควบคุมมันด้วยนะครับ ว่าจะต้องการ heat seal strength มากน้อยขนาดไหน
ผมก็หวังว่า ทางโรงงานต่างๆจะนำ heat sealing technology ไปใช้กับบรรจุภัณฑ์ต่างๆ เพื่อให้พวกเราใช้บรรจุภัณฑ์ได้อย่างมีความสุขนะครับเพิ่มเติมอีกนิดเพื่อให้อ่านง่ายครับ
ทางโรงงานต้องทำซีลให้ได้เหมือนใน คห ที่ 7 รูปล่างด้านซ้ายนะครับ ซึ่งเป็น peel seal โดยที่ไม่ต้องปรับรูปแบบ ไม่ต้องปรับวัสดุ ปรับแต่เครื่องจักร โดยใช้ความรู้ทาง heat sealing technology เพื่อให้ได้ peel seal ที่ต้องการ และลูกค้าสามารถเปิดได้ด้วยวิธีเดิม เหมือนเดิม แต่ง่ายขึ้น ใช้แรงน้อยลง เป็น easy open นะครับ
ตัวอย่างวัสดุ PE ที่นำมาทดลองนี้ทำการซีลที่อุณหภูมิ 117 C นะครับ ได้ heat seal strength ประมาณ 5N/15mm ถ้าเราออกแบบขอบรอยซีล 10 mm เราจะใช้พลังงานในการดึงประมาณ 35mJ ถ้าเราออกแบบขอบรอยซีล 7.5 mm เราจะใช้พลังงานในการดึงประมาณ 25mJ และถ้าเราออกแบบขอบรอยซีล 5 mm เราจะใช้พลังงานในการดึงประมาณ 15mJ ตามลำดับครับ กราฟนี้ เป็นตัวอย่างของ ถุง PE ที่เราใช้ตามท้องตลาดนะครับ ส่วนวัสดุของปีโป้ ต้องทำการทดลองใหม่ ทำกราฟใหม่ คล้ายๆ แบบนี้ครับ เวลาเปิด ก็เปิดเหมือนเดิม แต่ง่ายขึ้น เพราะ พลาสติก ยังไม่หลอมติดกันอย่างเต็มที่ครับ เวลาบีบเข้าปากก็จะหลุดง่ายขึ้น แล้วแถมไม่ต้องพกเครื่องมือใดๆมาช่วยเปิดด้วยครับ
เอกสารอ้างอิง
Heat Sealing Technology and Engineering for Packaging: Principles and Applications: Destech Publication, 2009
Failure analysis and improvement of heat sealing testing method, Proceeding of 17th IAPRI World Conference on Packaging: Tienjin, China: 2010
The investigation of functions of heat seal strength and heat sealing testing method, Proceeding of 17th IAPRI World Co
Sorry, the comment form is closed at this time.