식품포장학 금속포장재 Food Packaging 금속포장재
Food Packaging 1. 금속소재의종류 철 (iron ), 알루미늄 ( 마그네슘, 망간함유한합금 ), 주석 (Tin), 크롬 * 합금 : 주석 + 철 => 주석판 (tinplate), 크롬 + 철 => TFS(Tin free steel) * plate 이음 : 납과동선 ( 구리선 ) 이용 2. 포장용기종류 Can : 강판에주석과크롬도금, TFS, 알루미늄시트 Bottle : 알루미늄시트 Cap : Foil 또는 tray : 알루미늄
3. 금속포장재의장단점 (1) 장점 1) 산소등의기체와수분완전차단 2) 독성이없고비교적위생적 3) 내열성이우수하고열전도성및전기전도성이좋다 4) 높은기계적강도와내압성, 위생동물에의한손상없음 5) 생산효율이우수함 ( 고속생산 ) 6) 고분자재료와복합화가용이 ( 표면처리코팅등 ) 7) 재활용성 알루미늄은유연성이우수하여용기를다양화할수있고다른유연포장재와혼합하여사용가능 (2) 단점 1) 부식성 2) 불투명 3) 무거움
4. 용기제조용금속재료 1) 강판 ( steel plate) 및주석판 (tinplate) (1) 주석판 : 두께 0.15~0.3mm 저탄소강판의양면에주석판 2.8~17.0g/ m2 ( 두께 0.4~2.5μm ) 정도로코팅한것 (2) TFS( Tin Free steel) - 강판에주석대신극히얇은크롬층을전기분해에의해도금한것금속도금 80mg / m2산화크롬 20mg / m2도금 - 코팅적성이나인쇄성이현저히우수 유기코팅제와강한밀착을형성 식품보호기능이없어코팅을전제로사용 - 납땜성이없고표면크롬층은단단하여취급주의 - 내식성 (corrosion resistance) 이좋고자원절약이가능 - 타발캔 (drawn can) 과캔의일반용뚜껑에사용
스틸 (Steel) 의장점가공 ( 프레스벤딩, 용접등 ) 이용이하고삼각, 사각, 원형등여러형태의캔조제가능, 일정의강도가있어내압특성이우수하며차광성, 밀봉성이양호, 가열살균가능하여장기보관에유리하기때문에통조림캔의재료로주로사용된다. 2) 알루미늄 (1) 원료 : 보크사이트 (bauxite) 에서제련생산 Al 2 O 3.3H 2 O 알루미늄의합금의형태 ( 망간계와마그네슘계 ) 로사용 가공성과내식성개선 순수알루미늄 : 호일과압출용기로사용 (2) 성질 : 표면산화막은화학적으로안정 내식성 단점 : 염소이온 + 낮은 ph 에서용해 표면처리 ( 내식성과코팅적성향상 ) 후사용 알루미늄의장점스틸에비해중량이가볍고자원절약가능 ( 원가절감 ) 캔몸통두께가얇게할수있어내부내압이걸리는내용물을담는용기로써좋다. 예 ) 맥주캔, 탄산음료캔등
5. 금속캔의분류 (1) 분류 1) 모양에따른분류 : 원형 (round can), 각형 (square can), 타원형 (oval can), 말발굽형, 18l 2) 구성에따른분류 : 3 piece( 원통형몸체, 바닥, 뚜껑 ), 2 piece 3) 내면코팅유무 : 백관 (plain can), 라카캔 (lacquered can, enameled can) 2 피스캔은맥주, 탄산음료처럼뚜껑, 몸톰구성 3 피스캔은통조림같이상, 하뚜껑, 몸통구성
형태가공방법용도제조방법 3-Piece CAN 용접 음료관식관, 일반관, 분유관등 인쇄처리된석도강판을절단하여몸통을용접하여상하뚜껑을결합하는방법으로가장일반적인방법임 Drawing 농. 수산물관 인쇄된석도강판을규격에맞게절단하여 1 회타발하여제조. 보통캔직경에비하여높이가 1:1 이하로제한됨 2-Piece CAN D&I(Drawing & Ironing) 음료관 1 차타발하여컵형상을만든후캔의벽면을얇게다림질하듯늘려서성형한후인쇄를하도록고안된방식 DRD(Drawing & Redrawing) 식관 1 회타발하여컵형상을만든후재차타발하여제조하며일반적으로직경에비하여높이 1:1.5 정도로가공됨 DTR(Drawing & Thin Redraw ing)
(2) 3 piece 캔의제조 1) 구성 : 원통형몸체, 바닥, 뚜껑 2) 3Piece 공정 Line 코일절단락카코팅외면인쇄몸체용장방형절단원통성형 하부이중권체 상. 하프렌지형성 S.D 부락카코팅 Side seam 검사, 적재, 출고 제품주입 상부이중권체
Side seam 방법 1 납땜 : 현재많이사용하지않음 2 저항용접 (resistance welding) : 동선전극을이용하여전기저항 (3500A) 에의해발생된열과압력으로용접 3레이저용접 : 이음부의겹침없이결합하여이음부의재질을녹여결합 : 용접부깨끗함, 딱딱함 4유기접착제 : side seam 가장자리에나일론계접착제를바르고접착부분을겹쳐가열후냉각 : 부분코팅이필요없음 S.D 부락카코팅 1 용매에녹여노즐분무또는롤라코팅후오븐에서가열 2 고체분말을 seam 부위에바른다음직접가열코팅
레이저용접 접합부 렌즈 레이저 용접부단면 주석판 용접하지않은원통
저항용접법 동선공급 용접전극 3 동선접촉부 3 3 0.5mm 겹침 동선회수 원형성형 3 직경 52mm 이상
이중권체에의한몸체와뚜껑의결합과정 Lining compound 몸체의 Flange 뚜껑 Lining compound 제 2 권체 roll 의단면 Lining compound 제 1 권체 roll 의단면 Lining compound
End Hook 권체폭 Hook 중합율 Counter sink Body hook 이중권체의단면구조 권체두께 Seam gap Pressure ridge 캔몸체주석판의두께 캔뚜껑주석판의두께
3) 2Piece 공정 Line: side seam 이없다 - 재료및제조가공비 ( 전기, 공정 ) 절감 알루미늄캔제작과정 (Youtube 출저동영상 ) How it's made - Aluminium cans https://starletzzang.blogspot.kr/2014/04/blog-post.html https://www.youtube.com/watch?v=v7y0zazoggy#t=208 couchotaku The Ingenious Design of the Aluminum Beverage Can 알루미늄캔의놀라운디자인 압연된금속판 > 원모양절단 > 절단된금속판을드로잉성형투입 > 아이어닝으로벽면늘림 (Ironing) > 외면인쇄, 건조 > 에폭시수지내면코팅 > 내면건조 > 완성
(1) D&I 캔 ( drawing and ironing can, / drawing and wall ironing can(dwi)) : 탄산음료용, 일반식품용 - 두께 0.27~0.42mm 주석판이나알루미늄의시트코일에서원형판제조 - 얇은컵성형 - 원통형의 punch 에의해 ironing 으로 drawing( 연신 ) : 벽면의두께얇아짐 (0.3mm 0.1mm), 높이는커짐, 바닥 ( 돔형 ) 과벽의두께다름 - 절단 : 높이균일화 - 윤활유세척및화학적세척 ( 외면코팅목적 ) - 권체플렌지형성 ( 음료용 ) 및벽주름형성 ( 강도증가 ) 충진된 D&I 캔의견고성은탄산가스에의해상온에서 2bar 에내부압력에의해유지 비탄산음료소량의액체질소를주입하여내부압력유지 * 타발이라함은프레스를이용소재를펀칭하여형을만든다음형을가공하는것을뜻함. 퍼이싱. 노칭. 블래킹등을포함 ironing : 신교가공을한제품의벽두께를감소시키고용기의깊이를증가시켜치수정확도의향상을꾀하는가공을말한다. 탄댐식의다이스를사용해서용기벽두께를얇게하고깊은제품으로한다.
2) DRD(drawn and redrawn can) : 일반식품용 - 공정은 D&I 캔과같음 차이점 : drawing 에의해직경이짧아지고높이는커지면서원통형의용기제작 ( 여러단계거침 ) 원래의바닥부분이점점벽면으로변함 : 용기의벽면과바닥부분의두께가같다
*Drawing and ironing 공정과 DRD 공정 Blank Drawn can Redrawn can DRD can D&I DRD
아이어닝 (Ironing 제품의측벽두께를얇게하면서제품의높이를높게하는가공법 드로잉 (Drawing) 평판소재를펀치가다이속으로유입시키면서펀치모양의용기를성형하는가공으로깊이가깊을때이를딥드로잉이라한다.(Deep draing) 재드로잉 (Redrawing) 1 차드로잉된용기의직경을감소시키면서다시한번드로잉하면서제품깊이를증가시키는가공법
* 압연 (Rolling): 금속의소성을이용, 고온또는상온의금속재료를회전하는 2 개의롤러사이로통과시켜여러형태의재료 ( 판, 봉, 관, 형재 ) 등을가공하는방법 압연공정
캔의제작공정
* 통조림캔측면밀봉방법이러한프레스공정을 Seaming( 시밍 ) 이라고합니다. 시밍은 2 장의판재의단부를굽히면서겹쳐눌러접합하는가공. 통조림밀봉구조 시밍형태 시밍가공
(3) 금속 tray - 알루미늄 tray. 강성 (0.2~0.3mm) : 이중권체밀봉. 반강성 (0.05~0.2mm) : 금속 foil에적층되어코팅된 polyethylene나 polypropylene에의해열접착밀봉 * 보호용라카로코팅한다음성형 *110~125 의살균공정에견딤
31 강의 4). 캔뚜껑 - 기능 : 몸체와결합되어밀봉성유지, 내용물보호물리적변화에견딜수있어야함 ( 가열팽창 / 냉각수축등 ) - 캔뚜껑의특성 : 판의두께, 역륜 (expansion ring) 의모양, countersink의깊이에따라다름 - 모양 : 원형, 타원형, 각형, 특수형 (1) Fixed end 제작공정 : 미리락카코팅된고 temper 의주석판을 press 에의해압축성형 end 외부에 curl 형 성 sealing compound 주입 ( 천연고무, 합성고무 ) 완성 (2) easy open end - pouring aperture형 음료포장, 100 이하살균 Tab 분리형과 ecology end형 - full aperture형 참치캔, 고온살균주의 : easy open 형홈부분의부식방지를위해락카코팅 - 알루미늄정착필름을개구부에접착하여밀봉 ; 비살균비압력제품
금소포장재 캔뚜껑의구조 Curl countersink Expansion ring Lining(sealing) compound
5). 코팅 (coating Lacquer) (1) 목적 : 보호기능 ( 부식방지, 식품과포장소재의접촉방지 ), 디자인기능, 마찰방지 (2) 코팅의종류 - oleoresinous 계 - 천연수지 + 동유아마인유등건성유가열중합 *C enamel : oleoresinous 계에산화아연 15% 정도분산시킨것 - 코팅온도 : 200~210 에서 10분 - 특징 : 금빛색상, 내식성, 가격저렴, 과일과채소류캔에사용단점 : 내열및내유성부족 - epoxy 계 - epichlorohydrin과 bisphenol A의축합중합물 - 접착제및코팅제 - 열안정성, 내약품성, 가공에서의유연성, 무취 - Vinyl 계 - 염화비닐, 초산비닐등의공중중합체 - 무미무취, 산, 알카리, 유지세제등에저항성, 유연하고질김, 열안정성과밀착성부족
- Phenol 계 - phenol과 formaldehyde의초기중합물 - 유지, 산, 알카리, 스팀에대한저항성, 유황에의한흑변방지 - 딱딱해서벗겨지기쉬움, 냄새발생가능 - 기타 : polyester 계, acrylic 계, alkyd 계 => 외면의장식용도장 (3) 코팅방법 1) roller coating : 물리적접촉가능한부분 * 코팅후후공정 ; 용매의제거, 산화반응, 중합반응을위해 210 에서 15분강제대류열풍가열건조 curing( 양생 ) ( 코팅두께 5~10μm ) 새로운방법 : 자외선에의한액체수지의중합가교로코팅 2) 분무코팅 : 물리적접촉이불가능한부분예 ) 2 piece 캔내면몸체의내표면코팅 3) 분말코팅 : 미세분말형태의수지를정전기적인력으로유도하여코팅후적외선가열이나고주파유도가열에의해양생
6. 캔용기의기계적특성 1) 축강도 (axial strength) - 상부하중에서캔의찌그러짐에대한저항성 - 압축시험에의해측정 2) 패널저항성 (paneling resistance) - 외부압력과내부진공으로인한용기함몰에대한저항성 - 밀봉된상태에서외부로부터압력을가해측정벽면두께, 용기의높이와직경의비가영향을미침 벽면주름 (beading) : 패널저항성은개선되나축강도는감소, 0.2mm이하강판에필요 3) 피크저항성 (peak resistance) - 캔내부의압력으로인한용기의뒤틀림에대한저항성 - 용기내에압을가하여용기의바닥과뚜껑의팽창도를측정견디는힘은뚜껑의 countersink의깊이와역륜 ( expansion ring) 에따라다름 용기뚜껑의역륜 ( expansion ring) : 피크저항성향상 * 캔의몸체는완벽한대칭성을갖추지못함, 벽면불균일
7. 알루미늄호일 (1) 알루미늄호일 : 알루미늄합금을두께 4.3~15.0μm정도로얇게압연한시트 (2) 개발경과 : 캔디, 껌포장 접음상자용판지적층 가정용호일 열접착가능호일 성형반강성용기 (3) 생산방법 : 가열 roll 압연, 냉간압연 (4) 제품종류 1100,1145,1235 합금 : 유연포장용 3003 합금 : 빳빳한성질의호일 (5) 용기종류 : 도시락용기, 쟁반, 두껑라이너, component can (6) 용기가공방법 ; PRESS 성형 적층 인쇄 코팅 (7) 알루미늄호일의가스및수증기투과 : 두께 25.4 μm이상 가스수증기완전차단 * 두께 8.9 μm : 38 습도 100% 에서수증기투과도 0.3ml / m2 day (8) 용도유연포장용 : 과자, 인스턴트, 커피, 차, 버터, 치즈등포장용의골판지상자의적층재, 병마개강성용기 : 두꺼운호일을압착하여접시나캡형으로제조후간이용기로사용
8. 알루미늄튜브 : 치약, 화장품, 연고 ( 약품 ) 생산방법 : 알루미늄 slug 연신 annealing 윤활제연소 내. 외면코팅 인쇄 9. 에어로솔용기 (1) 형태 1) 압축가스를식품과동시포장 2) 식품과플라스틱백또는피스톤과분리된것 (2) 사용가스 : NO2, CO2, N2, Freon C-318, Freon 115
탄산음료나맥주, 막걸리넘치지않게따는법
탄산가스유출방지캔뚜껑
알류미늄용기의기준규격 : 카드뮴 0.1ppm 이하, 니켈 0.1ppm, 6 가크롬 0.1ppm 이하, 비소 0.2ppm 이하 산화피막 ( 내부부식을보호하는막 ) : 알루미늄용기를만들때산성용액에담가전기를흘려주는공정을거치며만들기도한 산화피막은음식이쉽게들러붙지않고, 알루미늄속중금속이용출될위험을줄임. 또한이과정에서온도와전압, 알루미늄합금종류에따라백색, 황색, 검은색등의색깔이나타나다양한색깔의냄비생산 알루미늄용기안전하게사용하는방법 물을넣어한번끓인후사용 = 산화피막이더견고해짐. 부드러운재질기구로조리 = 산화피막손상방지 색변하고흠집많은용기버리기 산도 염분강한음식오래보관하지않기식초 토마토소스와같이산도가강하거나, 절임 젓갈류와같이염분이많은식품은금속성분용출위험을높음
--- 포장재분석장비 투습도시험기 (WVTR) 산소투과도시험기 (OTR) 포장재내외부의증기압차이에따라포장재를통과하는수증기량을정량적으로측정하는 Barrier 성평가, 분석장비 포장재내외부의기압차이에따라포장재를통과하는산소량을정량적으로측정하는 Barrier 성평가, 분석장비 만능재료시험기 (UTM) 금속및필름등다양한소재의기계적강도를조사하는시험기이며인장시험, 압축시험, 벤딩시험등이측정가능한장비 압축하중시험기 (UTM) 용기압축시험기 (UTM) 유통, 물류환경에직접적인영향을미치는상자의압축강도를측정하는장비로골판지상자및지함포장재압축강도측정가능 유통, 적재최대하중영향을미치는용기포장재의압축강도를측정하는장비로유리용기및 PET 병, 용기등분석가능장비