Μηχανές θερμοδιαμόρφωσης: πώς λειτουργούν και τι προσφέρουν

Μεταξύ των τεχνολογιών που χρησιμοποιούνται στη συσκευασία τροφίμων σε σφραγισμένους περιέκτες συγκαταλέγεται και η μέθοδος της θερμοδιαμόρφωσης (thermoforming). Αυτή συνίσταται στη δημιουργία των επιθυμητών σκευών σε μηχανή θερμοφοδιαμόρφωσης (thermoforming machine), το επί τόπου γέμισμα αυτών με το προϊόν και τη σφράγισή τους αμέσως μετά με φιλμ, ώστε να καλύπτονται οι ιδιαίτερες συσκευαστικές ανάγκες γαλακτοκομικών προϊόντων όπως τυρί σε τεμάχια, φέτες ή τριμμένο, βούτυρο σε μερίδες κ.λπ.
 Άρθρο του Σωτηρίου Αγγελόπουλου (Kapelis Packaging) *

 

Η θερμοδιαμόρφωση πλεονεκτεί έναντι άλλων μεθόδων συσκευασίας, καθώς μέσω αυτής επιτυγχάνονται οι ισχυρότερες δυνατές σφραγίσεις, ενώ παράλληλα το πάχος και το είδος των υλικών, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν, προσδίδουν στη συσκευασία αυξημένες μηχανικές αντοχές και συγκριτικά μεγαλύτερη στεγανότητα και διάρκεια φραγής, άρα μεγαλύτερη προστασία της ατμόσφαιρας μέσα στη συσκευασία.

Συνεπώς, σε σχέση με τη συσκευασία σε σακούλες με μηχανές οριζόντιας (flowpack) ή κάθετης φόρτωσης και τη συσκευασία με σφράγιση ετοίμων σκευών (tray sealing), η θερμοδιαμόρφωση εξασφαλίζει τη μεγαλύτερη δυνατή διατηρησιμότητα για το προϊόν.

Επιπλέον, εφόσον τα σκεύη που παράγονται στη μηχανή θερμοδιαμόρφωσης προέρχονται από ρολό φιλμ, υπάρχει ευελιξία παραγωγής της ποσότητας σκευών που απαιτείται για κάθε παρτίδα προϊόντος, αποφεύγοντας έτσι την ανάγκη ύπαρξης ποσότητας σκευών σε στοκ, που είναι επιβεβλημένη σε άλλες συσκευαστικές μεθόδους.

Παράδειγμα συσκευασίας τυριού με τη διαδικασία thermoforming: α) Σκληρό κάτω φιλμ.

 

Για τα παραπάνω απαιτείται μηχανή thermoforming και η τροφοδοσία της με δύο ρολά φιλμ: ένα κάτω, για τη διαμόρφωση του σκεύους και ένα επάνω, για τη σφράγιση και στεγανοποίησή του. Το κάτω φιλμ ή φιλμ βάσης είναι σχετικά παχύ και μέσω της διαδικασίας θερμοδιαμόρφωσης θα δώσει το κατάλληλο σκεύος. Το άνω φιλμ είναι λεπτότερο, χρησιμεύει για τη σφράγιση του σκεύους και μπορεί να είναι εκτυπωμένο.

Ως γνωστόν, ειδικά για τον κλάδο της τυροκομίας, η συσκευασία προϊόντων των οποίων η ωρίμανση έχει ολοκληρωθεί, υπό κενό με κορυφαίο παράδειγμα το τυρί φέτα, ή υπό τροποποιημένη ατμόσφαιρα αερίων όπως στην περίπτωση κίτρινου τυριού σε τεμάχια, φέτες ή τριμμένου, αυξάνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής του προϊόντος (shelf life). Συνεπώς, ο συνδυασμός της τεχνολογίας θερμοδιαμόρφωσης με τις ως άνω δυνατότητες παρέχει συγκριτικό πλεονέκτημα, συμβάλλοντας στην υπεραξία του τελικού προϊόντος.

Παράδειγμα συσκευασίας τυριού με τη διαδικασία thermoforming: β) Μαλακό κάτω φιλμ.

 

Τεχνολογία θέρμανσης και διαμόρφωσης

Στη βασική εκδοχή της διεργασίας θερμοδιαμόρφωσης ένα θερμοπλαστικό φιλμ, καθορισμένου πάχους και πλάτους, συγκρατείται στην κατάλληλη θέση, θερμαίνεται έως το σημείο που αρχίζει να μαλακώνει και ωθείται με τη βοήθεια υποπίεσης στα τοιχώματα του καλουπιού (θηλυκό καλούπι)  και αμέσως, αφού ψυχθεί, το θερμοδιαμορφωμένο υλικό διατηρεί το σχήμα του.

Από τους τύπους συστημάτων αγκίστρωσης (συγκράτησης) φιλμ, ο πιο ευρέως διαδεδομένος για παραγωγή με τροφοδοσία ρολού φιλμ είναι το ζεύγος οδοντωτών αλυσίδων μεταφοράς, οι οποίες «γατζώνουν» τα άκρα του φιλμ, ενδεχομένως το τεντώνουν εγκαρσίως και κατόπιν το μεταφέρουν στη θέση θέρμανσης και διαμόρφωσης (forming).

Με τη βοήθεια ελαφράς αναρρόφησης το φιλμ έρχεται σε επαφή με την πλάκα θέρμανσης στο επάνω μέρος του σταθμού διαμόρφωσης, θερμαίνεται ως μία χαρακτηριστική για αυτό θερμοκρασία (softening point) και μαλακώνει. Εν συνεχεία, η αναρρόφηση αναστρέφεται παρασύροντας το ήδη θερμό φιλμ στα τοιχώματα του καλουπιού.

Παράδειγμα συσκευασίας τυριού με τη διαδικασία thermoforming: γ) Skin Packaging.

 

Τα καλούπια δύνανται να έχουν μία ή περισσότερες κοιλότητες. Για να ακολουθηθεί από το φιλμ λεπτομερώς το σχήμα τους, οφείλουν να έχουν δυνατότητα εκκένωσης όλου του αέρα μεταξύ των τοιχωμάτων τους και του φιλμ, κάτι που επιτυγχάνεται με χρήση κενού και συμπληρωματικά με πεπιεσμένο αέρα ή ακόμη και μηχανικά με κατακόρυφο έμβολο διαμόρφωσης (punch).

Η επιλογή της μεθόδου γίνεται αναλόγως του υλικού, του πάχους και πλάτους του φιλμ, της σχεδίασης και του υλικού του καλουπιού, του μεγέθους, του βάθους και της αισθητικής του προϊόντος διαμόρφωσης κ.ά.

Τα κάτω φιλμ προς θερμοδιαμόρφωση κατασκευάζονται από άμορφα ή κρυσταλλικά πολυμερή και διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: α) Σκληρά (rigid) για τη δημιουργία δύσκαμπτων περιεκτών και β) Εύκαμπτα (soft) τα οποία συνήθως συνδυάζονται κατόπιν με τεχνολογία συσκευασίας κενού (vacuum).

Συνηθέστερα υλικά φιλμ είναι το πολυπροπυλένιο (PP), ο πολυεστέρας (PET), το ανθεκτικό σε κρούση πολυστυρένιο (HIPS) και το πολυαιθυλένιο (PE). Επίσης, χρησιμοποιείται το ακρυλονιτρίλιο-βουταδιένιο-στυρένιο (ABS), τα πολυακρυλικά, τα πολυανθρακικά, το πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC), ή ακόμη και πολυστρωματικά φιλμ με στρώσεις από διαφορετικά πολυμερή.

Η επιλογή κάτω φιλμ εξαρτάται από τις ιδιότητές του, όπως βαθμός φραγής αερίων, διαύγεια, θερμοκρασία χρήσης, από το κόστος διαμόρφωσης και την υφή του (λεία ή αφρώδης), σε συνδυασμό με το προς συσκευασία προϊόν και τις ανάγκες χρόνου διατηρησιμότητάς του, όπως κι από τις απαιτήσεις εμφάνισης της τελικής συσκευασίας.

Γέμισμα και σφράγιση

Μετά τη διαμόρφωση ακολουθεί το γέμισμα του περιέκτη με προϊόν, με το χέρι ή αυτόματα (μέσω κατάλληλης γεμιστικής/δοσομετρικής διάταξης). Αξίζει να σημειωθεί ότι, εκτός των άλλων, και στην περίπτωση τυροκομικού προϊόντος το εύρος του εξοπλισμού που μπορεί να συνδυαστεί με τη μηχανή θερμοδιαμόρφωσης είναι πολύ μεγάλο, από διαφόρων τύπων γεμιστικά/ δοσομετρικά συστήματα, σε δοσομετρικά προσθήκης άλμης, μηχανήματα κοπής τυριού (slicers) με λειτουργία παρεμβολής τεμαχίων χαρτιού ή φιλμ ανάμεσα στις κομμένες φέτες (interleaved format), ετικετέζες για το επάνω ή/και το κάτω φιλμ, εκτυπωτικά και πολλά ακόμη.

Ακολουθεί η προώθηση προς τη σφράγιση με το άνω φιλμ (sealing film), όπου το προϊόν σφραγίζεται υπό κενό ή υπό κενό και τροποποιημένη ατμόσφαιρα με έγχυση αερίου μίγματος και γίνεται σφράγιση του περιέκτη με θερμοκόλληση του άνω φιλμ.

Την επιλογή καταλλήλου άνω φιλμ επηρεάζουν παράγοντες όπως η διαύγεια, η ανάγκη ύπαρξης φραγμού αερίων, η απαίτηση αντιθαμβωτικών ιδιοτήτων, ασφαλώς η συνάφεια με το υλικό του κάτω φιλμ και το είδος της επιθυμητής κόλλησης (μόνιμη ή εύκολου ανοίγματος) και φυσικά το κόστος.

Τέλος, λαμβάνει χώρα η εγκάρσια και η διαμήκης κοπή με ειδικές διατάξεις μαχαιριών, το υλικό και το πλήθος των οποίων εξαρτάται αντίστοιχα από τη σκληρότητα του διαμορφωμένου φιλμ και το πλήθος κοιλοτήτων, ώστε να ξεχωρίσουν πλέον οι μεμονωμένοι στεγανοποιημένοι περιέκτες.

Φάση 1: Θέρμανση φιλμ.
Φάση 2: Ώθηση φιλμ στα τοιχώματα του καλουπιού.
Φάση 3: Έτοιμος περιέκτης.

 

Μηχανές Θερμοδιαμόρφωσης:

Πρόκειται για ‘μικρά εργοστάσια’ ταυτόχρονης παραγωγής και χρήσης σκευών. Η ποιότητα κατασκευής, η ακρίβεια στη λειτουργία τους και η παραγωγική τους δύναμη εγγυώνται τη βραχυπρόθεσμη απόσβεση μιας τέτοιας αγοράς.

Μία μηχανή θερμοδιαμόρφωσης (thermoforming machine), προκειμένου να παρέχει αξιόπιστες λύσεις συσκευασίας, ανταποκρινόμενες στις υψηλές απαιτήσεις  της βιομηχανίας γαλακτοκομικών και τυροκομικών προϊόντων, οφείλει να έχει συγκεκριμένα χαρακτηριστικά.

Ένα από αυτά είναι η στιβαρή κατασκευή, από υψηλής ποιότητας βιομηχανικό ανοξείδωτο ατσάλι, ώστε να εξασφαλίζεται σταθερότητα, λιγότερες δονήσεις, άρα λιγότερη καταπόνηση και λιγότερες φθορές στις αλυσίδες συγκράτησης του φιλμ, κατά τη λειτουργία της.

Μηχανές με αυξομειούμενο βάθος καλουπιού προσφέρουν ακόμα μεγαλύτερη ταχύτητα και ευελιξία, με παραγωγή σκευών ίδιου προφίλ (μήκους και πλάτους) σε διαφορετικά ύψη. Επιπλέον, η ταυτόχρονη χρήση κενού και συμπιεσμένου αέρα κατά τη διαμόρφωση, δίνει ακόμη πιο ομοιόπαχο σχήμα, ειδικότερα στις γωνίες, όπου πολλές φορές παρατηρείται λέπτυνση.

Οι κορυφαίοι οίκοι κατασκευής συνοδεύουν τις μηχανές θερμοδιαμόρφωσης με δύο αντλίες κενού: μία για τη διαμόρφωση (forming) και μία για τη σφράγιση (sealing). Η χρήση δύο ξεχωριστών αντλιών κενού διασφαλίζει την ανεξαρτησία της μίας λειτουργίας από την άλλη, μικρότερη επιβάρυνση – άρα μεγαλύτερη διάρκεια ζωής – των αντλιών και μειώνει την πιθανότητα εξώθησης προϊόντος στα χείλη του σκεύους, αντίθετα από ό,τι συμβαίνει συχνά σε μηχανές  με μία αντλία και για τις δύο διεργασίες.

Πλεονεκτήματα μηχανών

Πιθανά πλεονεκτήματα των μηχανών thermoforming μπορούν να αποτελέσουν η εύκολη τοποθέτηση και ευθυγράμμιση του κάτω φιλμ ώστε να επιταχύνεται η όλη διαδικασία και να αυξάνεται η απόδοση, η ύπαρξη ειδικού προγράμματος καθαρισμού με κλειστά τα καλούπια, που επιτρέπει πλύσιμο με νερό υπό πίεση, αυξάνοντας τη διάρκεια ζωής της μηχανής και μειώνοντας τα προβλήματα και τις καθυστερήσεις στη θερμοδιαμόρφωση και τη στεγανοποίηση, καθώς και η κατασκευή των λεπίδων κοπής από ανθεκτικά υλικά, ώστε να διασφαλίζεται η μεγάλη διάρκεια ζωής τους.

Μερικά ακόμη πλεονεκτήματα, όπως σε κάθε τύπο μηχανής άλλωστε, είναι η λειτουργία με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και, φυσικά, το να διέπεται η κατασκευή τους από τις ευρωπαϊκές προδιαγραφές υγιεινής και ασφαλείας.

Περαιτέρω,  εάν η μηχανή έχει δυνατότητα  συσκευασίας κενού και συσκευασίας skinpack αλλά και συσκευασίας σε τροποποιημένη ατμόσφαιρα με έγχυση αερίου (MAP), προσδίδει ευελιξία χρήσης και εφαρμογών για διαφορετικά προς συσκευασία προϊόντα.

Τέλος, προσφέρονται μερικές ακόμη επιλογές, όπως η προσθήκη συστήματος προθέρμανσης (preheating) του φιλμ για αύξηση της διαμορφωσιμότητάς του και της ταχύτητας θερμοδιαμόρφωσης, η τοποθέτηση των διαφόρων καλουπιών σε «συρτάρια»  για εύκολη πρόσβαση, η δυνατότητα τοποθέτησης στην ίδια μηχανή τόσο set μαχαιριών κοπής μαλακού φιλμ όσο και set μαχαιριών τύπου «γκιλοτίνας» για σκληρό φιλμ κ.λπ.

Διαθέτει πλήρη σειρά μοντέλων thermoforming μηχανών υψηλής  ποιότητας, όντας αντιπρόσωπος για την Ελλάδα του γερμανικού οίκου Hilutec. Διαθέτει ποικιλία εύκαμπτων ή άκαμπτων,  θερμοδιαμορφούμενων φιλμ,  καλύπτοντας και τις  πιο απαιτητικές ανάγκες συσκευασίας.


* Ο Σωτήριος Αγγελόπουλος είναι  Χημικός Μηχανικός B.Sc, M.Sc Επιστήμης και Τεχνολογίας Πολυμερών και μέλος του τμήματος Ανάπτυξης Έργων της εταιρείας Kapelis Packaging.

You might also like