Trong ngành bao bì mềm, PP là một trong những vật liệu nền quan trọng nhất để sản xuất màng nhựa. Từ PP, bằng những điều kiện gia công khác nhau, người ta có thể tạo ra nhiều loại màng với tính chất và mục đích sử dụng khác nhau. Trong đó, OPP và BOPP là hai cái tên đặc biệt quen thuộc.
Nhưng nếu nhìn vào quá trình phát triển của công nghệ màng PP, có một câu hỏi rất đáng đặt ra: nếu PP đã có thể được định hướng để tạo thành OPP, tại sao người ta còn phải phát triển công nghệ định hướng hai chiều để sản xuất BOPP?
Muốn hiểu điều này, trước hết phải quay lại với PP
PP (Polypropylene) thuộc nhóm polyolefin, được tạo thành từ các đơn vị propylene liên kết với nhau thành những chuỗi polymer dài. Trong ngành bao bì mềm, PP được quan tâm không chỉ vì bản thân polymer có những đặc tính phù hợp, mà còn vì cấu trúc của nó có thể được điều khiển khá hiệu quả bằng các phương pháp gia công khác nhau.
Một trong những đặc điểm đáng chú ý của PP là khối lượng riêng thấp. Điều này có nghĩa là cùng một khối lượng vật liệu, nhà sản xuất có thể tạo ra một diện tích màng tương đối lớn. PP cũng có khả năng chống ẩm tốt và có tính ổn định hóa học tương đối cao. Màng PP có thể đáp ứng nhiều yêu cầu của bao bì thực phẩm, bao bì hàng tiêu dùng, nhãn, băng keo và nhiều ứng dụng khác.
Tuy nhiên, sẽ là sai nếu nhìn vào những đặc tính trên rồi kết luận rằng cứ sử dụng PP nguyên bản là đã đủ cho mọi loại bao bì. Một vật liệu có khả năng chống ẩm tốt, khối lượng riêng thấp và độ bền hóa học phù hợp không đồng nghĩa với việc khi chúng được tạo thành màng, sẽ đạt được độ bền kéo, độ cứng, độ trong, độ bóng và độ ổn định cần thiết cho quá trình in, ghép hoặc đóng gói tốc độ cao.
Muốn cải thiện những tính chất đó, người ta có thể thay đổi thành phần polymer, sử dụng phụ gia, hoặc thay đổi chính cách các chuỗi polymer được sắp xếp bên trong màng. Trong số những hướng tiếp cận này, định hướng polymer bằng lực kéo trở thành một phương pháp đặc biệt quan trọng, bởi nó cho phép nhà sản xuất không chỉ thay đổi hình dạng của màng, mà còn chủ động tổ chức lại cấu trúc vật liệu.
Đó chính là ý nghĩa của định hướng
Hãy hình dung một khối vật liệu polymer chưa được định hướng. Các chuỗi phân tử bên trong tồn tại với nhiều trạng thái sắp xếp khác nhau, không được tổ chức để ưu tiên chịu tải theo một phương cụ thể. Khi vật liệu được biến thành một màng mỏng và sau đó chịu tác động của lực kéo trong điều kiện nhiệt độ thích hợp, các chuỗi polymer bắt đầu dịch chuyển, xoay và sắp xếp lại theo hướng biến dạng. Những cấu trúc ban đầu có sự phân bố tương đối ngẫu nhiên dần hình thành một mức độ định hướng nhất định.
Điểm quan trọng nằm ở đây: người ta không chỉ kéo vật liệu để làm màng mỏng đi và to ra, mà người ta dùng quá trình kéo để thay đổi cấu trúc bên trong màng.
Khi màng PP được kéo theo một phương trong điều kiện nhiệt độ thích hợp, các chuỗi polymer không còn giữ nguyên trạng thái sắp xếp ban đầu. Dưới tác dụng của lực kéo, chúng dịch chuyển, xoay và có xu hướng nằm theo phương mà màng đang bị kéo. Đồng thời, các vùng tinh thể trong polymer cũng bị tác động và tái tổ chức. Nói cách khác, quá trình kéo không chỉ làm cho màng dài ra hoặc mỏng đi, mà làm thay đổi chính cấu trúc bên trong vật liệu.
Sự thay đổi cấu trúc này kéo theo sự thay đổi về tính chất. Theo phương đã được định hướng, các chuỗi polymer có sự liên kết và truyền lực hiệu quả hơn, vì vậy độ bền kéo và độ cứng của màng có thể được cải thiện đáng kể so với PP chưa định hướng. Màng cũng có thể có độ ổn định kích thước và một số đặc tính quang học tốt hơn, tùy thuộc vào mức độ định hướng và điều kiện gia công.
Đây chính là điểm tạo nên sự khác biệt căn bản giữa màng PP chưa định hướng và OPP. PP cung cấp nền vật liệu, còn quá trình định hướng làm thay đổi cách nền vật liệu đó tổ chức cấu trúc và từ đó thay đổi tính chất của màng. OPP vì vậy không đơn thuần là một tấm PP được kéo dài, mà là một màng PP có cấu trúc đã được tổ chức lại theo một phương xác định.
Tuy nhiên, chính sự định hướng theo một phương này lại nảy sinh một vấn đề. Khi các chuỗi polymer được kéo và tổ chức lại chủ yếu theo phương kéo, màng không còn phản ứng với lực theo mọi hướng giống nhau như trước. Nó bắt đầu có một “hướng mạnh” và một “hướng yếu” tương đối rõ rệt. Theo phương kéo, các chuỗi polymer đã được sắp xếp thuận lợi hơn cho việc truyền và chịu lực, vì vậy độ bền kéo và độ cứng có thể tăng lên đáng kể. Nhưng khi lực tác động theo phương vuông góc với hướng đó, cấu trúc polymer không được tổ chức theo cùng cách, nên mức cải thiện không tương đương.
Một cách đơn giản để hình dung là lấy một sợi dây. Nếu các sợi nhỏ bên trong được sắp xếp dọc theo chiều dài dây, dây sẽ chịu kéo tốt theo chiều dài. Nhưng nếu cố kéo nó theo phương ngang, cấu trúc đó không được tổ chức để chịu tải theo cách tương tự.
Điều này trở nên đặc biệt đáng chú ý khi màng được sử dụng trong bao bì. Một cuộn màng không chỉ chịu lực theo chiều dài khi chạy qua máy. Trong quá trình cuộn, xả, in, ghép, tạo túi và đóng gói, màng còn phải chịu kéo, uốn, ma sát và biến dạng theo nhiều hướng khác nhau. Nếu một phương của màng rất bền nhưng phương còn lại lại yếu hơn đáng kể, thì việc tăng cường một phương chưa chắc đã giải quyết được toàn bộ yêu cầu của bao bì.
Và nếu định hướng một phương đã giúp cải thiện tính chất của màng, tại sao không tiếp tục định hướng theo phương còn lại để cải thiện tính chất theo cả hai chiều?
Nếu sau khi định hướng theo phương thứ nhất, người ta tiếp tục kéo màng theo phương vuông góc với phương đã định hướng, cấu trúc polymer sẽ tiếp tục được tổ chức lại. Màng lúc này không còn chỉ có sự định hướng chủ yếu theo một phương mà có sự định hướng theo cả hai phương.
Hai phương này trong sản xuất màng thường được gọi là MD và TD.
MD - Machine Direction là phương máy, tức hướng mà màng liên tục di chuyển trên dây chuyền sản xuất (tức là dây chuyền đùn hoặc thổi màng). TD - Transverse Direction là phương ngang, tức phương nằm vuông góc với MD, theo chiều rộng của màng.
Quy trình sản xuất màng PP, OPP và BOPP
Trong sản xuất màng PP đúc, nhựa PP trước hết được đưa vào máy đùn. Máy đùn làm nóng và hóa dẻo polymer, sau đó đẩy dòng polymer nóng chảy qua khuôn để tạo thành một lớp màng rộng.
Lớp polymer nóng chảy này sau đó được đưa lên hệ thống làm nguội, thường thông qua chill roll, tức trục làm nguội. Nó là một trục kim loại được làm mát, thường bằng nước tuần hoàn bên trong, và màng nóng chảy tiếp xúc trực tiếp với bề mặt trục để lấy nhiệt rất nhanh.
Chill roll có nhiệm vụ lấy nhiệt nhanh khỏi polymer để lớp vật liệu chuyển từ trạng thái nóng chảy sang trạng thái rắn hoặc bán rắn với cấu trúc được kiểm soát.
Nhưng đây mới chỉ là màng PP nền. Nó chưa phải OPP và cũng chưa phải BOPP.
Muốn biến màng PP nền thành OPP, dây chuyền phải đưa màng vào một công đoạn khác, nơi nhiệt độ và lực kéo được kiểm soát để làm cho màng biến dạng theo phương xác định và đồng thời làm thay đổi sự định hướng của các chuỗi polymer.
Nếu chỉ định hướng theo một phương, sản phẩm thu được là OPP.
Nếu sau đó tiếp tục định hướng theo phương vuông góc, sản phẩm thu được là BOPP.
Cần phân biệt rất rõ công đoạn tạo màng và công đoạn định hướng màng. Máy đùn và khuôn có nhiệm vụ tạo ra màng PP nền; còn hệ thống định hướng có nhiệm vụ tổ chức lại cấu trúc của màng thông qua quá trình kéo có kiểm soát.
Chính sự phân tách giữa hai công đoạn này giúp chúng ta hiểu được bản chất của OPP và BOPP: đây không phải là hai loại polymer khác nhau, mà là những trạng thái cấu trúc khác nhau được tạo ra từ màng PP thông qua những công đoạn định hướng khác nhau.
Nhưng “định hướng” màng là như thế nào?
Nếu chỉ nói rằng polymer được “định hướng”, rất dễ hình dung đây là một khái niệm trừu tượng ở cấp độ phân tử, trong khi trên dây chuyền sản xuất, định hướng bắt đầu từ một thao tác rất cụ thể: màng được kéo giãn có kiểm soát.
Có thể hình dung đơn giản như sau. Một đoạn màng có chiều dài ban đầu nhất định. Khi nó được đưa vào vùng kéo, phần màng phía sau được đẩy ở một tốc độ, trong khi phần màng phía trước được kéo với tốc độ lớn hơn. Khoảng cách giữa hai phần vì thế tăng lên, khiến đoạn màng bị kéo dài theo chiều chuyển động. Đây chính là kéo theo phương máy, MD — Machine Direction. Màng không bị kéo một cách tự do, mà được gia nhiệt đến điều kiện thích hợp để polymer có khả năng biến dạng, đồng thời lực kéo và mức độ kéo được kiểm soát trong suốt quá trình.
Để mô tả mức độ mà màng được kéo giãn, trong kỹ thuật người ta sử dụng tỷ số kéo (draw ratio). Nếu chiều dài ban đầu của một đoạn màng là L0, sau khi kéo thành L, tỷ số kéo theo phương đó có thể biểu diễn đơn giản bằng:
λ=L/L0
Chẳng hạn, nếu một đoạn màng dài 100 mm được kéo thành 400 mm theo một phương, tỷ số kéo theo phương đó là 4.
Trong dây chuyền công nghiệp, tỷ số kéo không phải là một con số tùy ý. Nó được kiểm soát cùng với nhiệt độ, tốc độ kéo, thời gian lưu trong vùng gia nhiệt và nhiều thông số công nghệ khác, bởi chỉ cần thay đổi điều kiện kéo, cấu trúc và tính chất cuối cùng của màng cũng có thể thay đổi theo.
Sau khi màng đã được định hướng theo MD, cấu trúc bên trong của nó đã thay đổi. Khi tiếp tục kéo theo TD, vật liệu không còn ở trạng thái ban đầu nữa. Lần kéo thứ hai diễn ra trên một cấu trúc đã được định hướng, vì vậy nó tiếp tục làm thay đổi sự tổ chức của polymer.
Màng được đưa vào hệ thống định hướng ngang. Hai mép của màng được giữ bằng các kẹp cơ khí. Các kẹp này di chuyển theo hai đường ray và khoảng cách giữa hai đường ray được mở rộng dần. Khi hai mép màng bị kéo xa nhau, màng bị kéo theo TD. Đây là cơ chế cơ bản của TDO - Transverse Direction Orientation.
Đến đây, chúng ta đã có thể hiểu chính xác hơn về màng PP “định hướng hai trục”.
Không phải người ta lấy một miếng nhựa rồi kéo nó tùy ý theo hai hướng, mà là màng được định hướng có kiểm soát theo MD và TD, trong những điều kiện nhiệt độ, tốc độ và tỷ lệ kéo được thiết kế để tạo ra cấu trúc mong muốn.
Điểm đáng chú ý là không phải lúc nào hai tỷ lệ kéo cũng giống nhau. Bởi vì bước MD diễn ra trước bước TD trong quy trình tuần tự, quá trình kéo đầu tiên đã thay đổi cấu trúc và khả năng biến dạng của màng. Vì vậy, điều kiện của bước thứ hai phải được điều chỉnh tương ứng. Nghiên cứu về BOPP cho thấy quy trình kéo tuần tự tạo ra mức độ định hướng khác nhau giữa phương kéo thứ nhất và phương kéo thứ hai; chính vì vậy mà màng BOPP thương mại thường được thiết kế với các tỷ lệ kéo và nhiệt độ khác nhau ở MD và TD để đạt được tính chất mong muốn.
Cần loại bỏ suy nghĩ về BOPP là “kéo hai lần nên tốt gấp đôi”. BOPP được tạo ra nhằm đạt được sự cân bằng tính chất tốt hơn giữa hai phương, nhưng cân bằng không có nghĩa là mọi tính chất đều tăng tối đa ở cả hai phương.
Đó là một bài toán tối ưu.
Tăng mức định hướng có thể cải thiện một số tính chất nhưng đồng thời cũng có thể làm thay đổi độ giãn dài, độ co nhiệt, ứng suất dư và các đặc tính khác. Vì vậy, nhà sản xuất không tìm kiếm “mức kéo lớn nhất”, mà tìm một cửa sổ công nghệ phù hợp với grade và mục tiêu của sản phẩm.
Vậy tại sao BOPP thường có nhiều ưu điểm hơn đối với bao bì?
Bởi vì khi cấu trúc được định hướng theo hai phương, các chuỗi polymer không còn chỉ được tổ chức ưu tiên theo một hướng duy nhất. Điều này cho phép xây dựng một profile cơ tính phù hợp hơn với các ứng dụng mà màng phải chịu tác động theo nhiều phương.
Các tài liệu chuyên ngành ghi nhận định hướng hai trục có thể làm tăng đáng kể mô đun Young và độ bền kéo, đồng thời cải thiện các tính chất quang học như haze và gloss. BOPP vì vậy mà trở thành vật liệu quan trọng trong bao bì mềm hiện đại.
Nhưng đến đây lại xuất hiện một câu hỏi còn quan trọng hơn:
Nếu định hướng hai phương có nhiều ưu điểm như vậy, tại sao không kéo hai phương ngay từ đầu? Tại sao quy trình BOPP phổ biến lại thường đi theo con đường MD trước rồi TD sau?
Nếu mục tiêu cuối cùng của BOPP là định hướng màng theo cả MD và TD, một câu hỏi rất tự nhiên sẽ xuất hiện: tại sao không kéo màng theo hai phương cùng lúc ngay từ đầu, thay vì phải kéo theo MD rồi mới chuyển sang TD?
Công nghệ định hướng hai phương đồng thời hoàn toàn có tồn tại. Trong phương pháp này, màng được giữ bằng hệ thống kẹp và được kéo tăng chiều dài theo MD đồng thời với việc mở rộng chiều rộng theo TD. Về nguyên lý, đây là cách trực tiếp nhất để tạo ra định hướng hai phương. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa đây là cách dễ nhất để sản xuất BOPP ở quy mô công nghiệp.
Vấn đề nằm ở chỗ một màng polymer đang được kéo không phải là một tấm vật liệu bất biến có thể chịu hai lực kéo độc lập mà không ảnh hưởng lẫn nhau. Khi màng bị biến dạng theo MD, cấu trúc polymer thay đổi ngay trong quá trình kéo. Các chuỗi polymer trong cả vùng tinh thể và vùng vô định hình bắt đầu định hướng theo phương biến dạng. Nếu ngay tại thời điểm đó màng đồng thời bị kéo theo TD, hai quá trình biến dạng sẽ diễn ra trên cùng một cấu trúc polymer đang liên tục thay đổi. Nói cách khác, nhà sản xuất phải kiểm soát hai hướng biến dạng cùng lúc trong khi bản thân vật liệu cũng đang thay đổi trạng thái. Điều đó sẽ khó hơn rất nhiều.
Với quy trình tuần tự, bài toán này được tách thành hai giai đoạn. Trước hết, màng được kéo theo MD bằng hệ thống các trục có tốc độ khác nhau. Sau bước này, một màng PP chưa định hướng đã trở thành một màng đã được định hướng theo MD. Nó không còn là vật liệu ban đầu nữa: cấu trúc polymer, độ dày và trạng thái ứng suất của màng đã thay đổi. Sau đó màng mới được đưa vào vùng kéo TD, nơi hai mép màng được giữ bằng các kẹp và kéo giãn ra hai phía. Như vậy, bước TD được thực hiện trên một vật liệu mà trạng thái cấu trúc đã được xác lập từ bước MD.
Chính khả năng tách hai quá trình để kiểm soát từng bước là một ưu điểm rất lớn của phương pháp tuần tự. Nhà sản xuất có thể điều chỉnh riêng tỷ số kéo MD, tỷ số kéo TD, nhiệt độ kéo và tốc độ biến dạng của từng công đoạn. Điều này đặc biệt quan trọng đối với PP, bởi cấu trúc và tính chất cuối cùng của BOPP phụ thuộc rất mạnh vào lịch sử kéo. Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy sau bước kéo MD, cấu trúc định hướng ban đầu tiếp tục bị biến đổi khi màng được kéo theo TD; các chuỗi polymer có thể quay và tái định hướng về phía phương kéo thứ hai. Vì vậy, BOPP cuối cùng không phải là sự cộng đơn giản của “một lần định hướng MD” và “một lần định hướng TD”, mà là kết quả của một quá trình cấu trúc diễn ra liên tục qua hai bước.
Điều này cũng tạo ra một lợi thế rất thực tế: quy trình tuần tự dễ điều chỉnh để tạo ra sự cân bằng tính chất mong muốn giữa MD và TD. Hai phương không nhất thiết phải được kéo với cùng một tỷ số. Trong sản xuất BOPP thương mại, các tỷ số kéo và nhiệt độ ở MD và TD có thể được điều chỉnh khác nhau để đạt được tổ hợp tính chất phù hợp với sản phẩm cuối cùng. Nghiên cứu về BOPP cho thấy chính sự khác nhau giữa hai bước kéo làm cho mức độ định hướng theo hai phương không hoàn toàn giống nhau; do đó, nhà sản xuất có thể khai thác lịch sử kéo để điều chỉnh tính chất của màng thay vì cố gắng tạo ra một cấu trúc hoàn toàn đối xứng.
Nhưng quy trình định hướng đồng thời có ưu điểm riêng. Vì MD và TD được tạo ra trong cùng một bước, nó có thể tạo ra cấu trúc định hướng cân bằng và đồng nhất hơn. Một số nghiên cứu cho thấy định hướng đồng thời tạo ra mạng cấu trúc dạng sợi khác với quy trình tuần tự và có thể tạo ra mức độ định hướng đẳng hướng hơn. Nhưng để thực hiện điều đó liên tục ở quy mô lớn, thiết bị phải đồng thời kiểm soát chuyển động của hệ thống kẹp theo cả chiều dài và chiều rộng của màng. Hệ thống vì thế phức tạp hơn, nên quy trình đồng thời ít phổ biến hơn trong sản xuất thương mại, một phần do yêu cầu thiết bị và hạn chế về tốc độ dây chuyền.
Nếu BOPP có nhiều ưu điểm như vậy, vì sao OPP vẫn còn tồn tại?
Nếu BOPP có khả năng tạo ra cơ tính cân bằng hơn giữa hai phương, đồng thời mang lại độ cứng, độ ổn định kích thước, độ trong và độ bóng phù hợp với nhiều ứng dụng, thì một câu hỏi rất tự nhiên sẽ xuất hiện: vậy tại sao ngành bao bì không sử dụng BOPP cho tất cả mọi trường hợp?
Câu trả lời là: tính chất cao hơn không đồng nghĩa với phù hợp hơn.
BOPP có nhiều ưu điểm hơn OPP, nhưng những ưu điểm đó không đến miễn phí. Định hướng hai phương làm cho quy trình sản xuất BOPP phức tạp hơn và chi phí sản xuất cao hơn OPP. Nhà sản xuất phải đầu tư thêm cho công đoạn định hướng thứ hai, hệ thống gia nhiệt, kéo và kiểm soát quá trình. Vì vậy, vấn đề không phải là BOPP có tốt hơn OPP hay không, mà là những tính chất bổ sung của BOPP có đủ giá trị để bù cho phần chi phí tăng thêm hay không.Vì vậy, BOPP chỉ thực sự có ý nghĩa kinh tế khi những tính chất bổ sung do bước định hướng thứ hai tạo ra có giá trị đối với sản phẩm cuối cùng.
Nếu một bao bì cần màng có độ cứng cao, ổn định kích thước tốt, chịu tác động cơ học theo cả MD và TD, có độ trong và độ bóng cao, đồng thời phải chạy ổn định trên dây chuyền đóng gói tốc độ cao, thì chi phí của quá trình định hướng hai phương có thể hoàn toàn hợp lý. Khi đó, BOPP không chỉ là một màng “được kéo thêm một lần”, mà là vật liệu mang một tổ hợp tính chất mà OPP khó thay thế trong cùng điều kiện.
Nhưng không phải bao bì nào cũng đặt ra bài toán như vậy.
Có những ứng dụng mà yêu cầu cơ học chủ yếu tập trung theo một phương. Có những trường hợp mà OPP đã đạt đủ độ bền, độ cứng và độ ổn định cần thiết. Khi đó, việc tiếp tục định hướng theo TD không nhất thiết tạo ra một lợi ích tương xứng với phần chi phí và độ phức tạp bổ sung. Nhà sản xuất không có lý do để trả tiền cho một tính năng mà sản phẩm cuối cùng không thực sự khai thác.
Đây cũng là điểm làm cho OPP trở thành một vật liệu có giá trị riêng, thay vì chỉ là một “phiên bản chưa hoàn thiện” của BOPP.
Định hướng một phương tạo ra sự khác biệt rõ ràng giữa tính chất theo MD và TD. Trong một số thiết kế bao bì, sự khác biệt đó không nhất thiết phải được xem là một nhược điểm cần loại bỏ. Nó có thể được sử dụng như một đặc tính của vật liệu. Khi nhà thiết kế biết lực tác động chủ yếu xuất hiện theo hướng nào, họ có thể lựa chọn một màng có tính chất được ưu tiên theo hướng đó thay vì phải cố gắng tạo ra một màng có tính chất cao đồng đều theo cả hai phương.
Sự khác nhau giữa OPP và BOPP không nên được nhìn theo kiểu “một loại tốt, một loại kém”. Đúng hơn, chúng đại diện cho hai cách tổ chức cấu trúc polymer khác nhau để giải quyết những yêu cầu khác nhau.
Điều này đặc biệt rõ khi đặt chúng vào toàn bộ cấu trúc bao bì. Một màng không tồn tại độc lập. Nó có thể được in, ghép với các lớp khác, tạo túi, chạy qua máy đóng gói, chịu lực trong quá trình vận chuyển và đồng thời phải đáp ứng yêu cầu về hình thức, độ bền hoặc barrier của sản phẩm. Một tính chất được cải thiện trên bản thân màng chỉ thực sự có giá trị khi nó cải thiện được hiệu quả của toàn bộ cấu trúc bao bì.
Vì thế, việc lựa chọn OPP hay BOPP phải bắt đầu từ yêu cầu của sản phẩm chứ không phải từ bảng xếp hạng tính chất.
Nếu bài toán cần đến sự cân bằng cơ học theo hai phương và những ưu điểm quang học, độ cứng, độ ổn định mà quá trình định hướng hai trục mang lại, BOPP là lựa chọn hợp lý.
Nếu yêu cầu kỹ thuật có thể được đáp ứng bằng định hướng một phương, OPP vẫn có thể là lựa chọn hiệu quả hơn.
Vật liệu tốt nhất không phải là vật liệu có nhiều tính chất nhất, mà là vật liệu có đúng những tính chất mà sản phẩm cần, ở mức cần thiết và với hiệu quả kinh tế hợp lý.
Nên chọn PP, OPP hay BOPP? Lời khuyên từ Bao bì Khang Lợi
Sau khi đi qua toàn bộ câu chuyện từ PP, quá trình tạo màng, định hướng một phương đến định hướng hai phương, câu hỏi cuối cùng đối với người sử dụng bao bì không còn là “PP, OPP hay BOPP loại nào tốt hơn?”.
Câu hỏi đúng nên là: bao bì của bạn cần màng thực hiện những chức năng gì, trong điều kiện gia công nào, và mức độ định hướng đến đâu là đủ?
Khi nào nên chọn PP
Đối với bao bì màng ghép, PP phù hợp ở lớp trong cùng, tức lớp tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm và cũng là lớp được hai mặt bao bì ép vào nhau để tạo đường hàn. Lý do chính là PP có khả năng hàn nhiệt tốt. Khi hai lớp PP gặp nhau dưới tác động của nhiệt và áp lực, bề mặt PP nóng chảy và liên kết với nhau, tạo thành đường hàn kín bao bì.
PP phù hợp với vị trí này không chỉ vì có thể hàn nhiệt, mà còn vì bản thân màng mềm và có khả năng biến dạng tốt hơn màng PP đã định hướng. Khi bao bì được đóng gói, sản phẩm bên trong có thể ép vào thành túi, tác động lên đường hàn hoặc làm bao bì bị gấp và biến dạng. Lớp PP có khả năng hấp thụ những biến dạng này tốt, đồng thời duy trì độ kín của đường hàn. Đây là lý do các loại PP dành cho bao bì thực phẩm thường được phát triển với các đặc tính như nhiệt độ bắt đầu hàn thấp, khoảng hàn rộng, hot tack cao và khả năng chống đâm thủng tốt..
Điểm đáng chú ý là khả năng hàn không phải ưu điểm duy nhất của PP. Do không trải qua quá trình định hướng hai trục, CPP giữ được độ mềm và khả năng biến dạng lớn hơn. Điều này có giá trị khi bao bì phải chịu những tải trọng tập trung tại một điểm. Một túi được đổ đầy sản phẩm không chịu lực giống một tấm màng bị kéo đều; tại góc túi, đường hàn, mép gấp hoặc vị trí sản phẩm cứng tì vào thành bao bì, vật liệu phải có khả năng hấp thụ biến dạng mà không dễ phát triển vết rách.
Đó là lý do PP có thể đặc biệt phù hợp với túi thực phẩm, pouch, bao bì đông lạnh, cấu trúc ghép có yêu cầu seal cao và các ứng dụng mà độ dai, khả năng chống đâm thủng hoặc khả năng chịu biến dạng quan trọng hơn độ cứng bề mặt. Các nhà cung cấp PP cũng phát triển riêng những grade cho sealing, retort, low-temperature sealing, anti-fog và các ứng dụng màng ghép khác nhau.
PP cũng đáng cân nhắc khi không cần một bề mặt quá cứng và bóng. Ví dụ, với một túi nhựa đơn giản dùng để đóng gói một sản phẩm nhỏ, yêu cầu có thể chỉ là nhìn thấy sản phẩm ở mức đủ dùng, giữ sản phẩm sạch, chống ẩm, hàn kín và không bị rách trong quá trình vận chuyển. Khi đó, việc sử dụng BOPP chỉ để đạt độ bóng và độ cứng cao hơn có thể không tạo ra giá trị tương xứng.
Tuy nhiên, PP không phải lựa chọn mặc định cho mọi loại túi đơn giản. Khi bài toán chủ yếu là túi giá rẻ, mềm, dai, không yêu cầu đặc tính quang học cao hoặc tính chất nhiệt đặc thù của PP, PE, đặc biệt LDPE hoặc HDPE, phải được đưa vào so sánh.
Khi nào nên chọn OPP?
OPP chỉ nên được lựa chọn khi định hướng một phương đã tạo ra đúng tính chất mà sản phẩm cần.
Đây là trường hợp cần nhìn vào chức năng mà sự định hướng một phương tạo ra, chứ không phải chỉ nhìn vào mức cơ tính tổng thể của màng. Khi PP được định hướng chủ yếu theo MD, tính chất của màng trở nên khác biệt rõ rệt giữa MD và TD. Sự mất cân bằng này trong nhiều trường hợp là một hạn chế, nhưng cũng có thể trở thành một lợi thế nếu nhà thiết kế chủ động khai thác nó.
Một ví dụ điển hình là bao bì cần xé theo một đường xác định. Khi màng OPP được định hướng theo MD, cấu trúc định hướng tạo điều kiện cho vết xé lan truyền ưu tiên theo phương đó. Nếu hướng MD được bố trí trùng với hướng mà người sử dụng cần xé bao bì, màng có thể tạo ra đường xé tương đối thẳng và dễ kiểm soát. Một số cấu trúc OPP được phát triển riêng cho pouch easy-tear và retort pouch chính vì đặc tính này.
Tương tự, OPP được sử dụng trong các loại tear tape, băng keo và dải đai quấn (banderole), nơi độ bền theo chiều dọc hoặc khả năng xé theo một hướng có giá trị trực tiếp đối với sản phẩm.
Khi bạn định dùng OPP, cần rất cẩn thận vấn đề về tên gọi. Trong thực tế, OPP thường được dùng như một cách gọi chung cho màng polypropylene định hướng, vì không phải khách hàng nào cũng phân biệt được OPP với BOPP.
Vì vậy, khi một khách hàng nói rằng họ cần OPP, chưa thể kết luận ngay họ thực sự cần màng định hướng một phương. Cần hỏi lại họ đang sử dụng loại màng nào, yêu cầu tính chất gì và màng được dùng cho cấu trúc bao bì nào. Nếu không làm rõ, rất dễ xảy ra tình trạng cùng gọi là OPP nhưng người bán và người mua thực tế đang nói về hai loại màng khác nhau.
OPP gần như là ở giữa PP và BOPP. Nếu đặt ba loại màng cạnh nhau theo mức độ định hướng, có thể hình dung là PP → OPP → BOPP như một quá trình tăng dần mức độ tổ chức cấu trúc polymer.
Chính vị trí “ở giữa” này giải thích tại sao phạm vi ứng dụng của OPP không rộng bằng hai loại còn lại. Khi một ứng dụng chỉ cần màng PP không định hướng, PP có thể đáp ứng. Khi cần một màng có tính chất được nâng cao và tương đối cân bằng theo cả hai phương, BOPP thường có lợi thế rõ hơn. OPP chỉ thực sự tạo ra giá trị riêng khi sự định hướng một phương chính là điều mà ứng dụng cần, chẳng hạn cần độ bền cao theo một phương hoặc cần khả năng xé theo một hướng xác định.
Khi nào nên chọn BOPP?
BOPP trở thành lựa chọn phù hợp khi bao bì cần đồng thời đáp ứng nhiều yêu cầu mà một màng PP không định hướng hoặc định hướng một phương khó đáp ứng ở cùng mức độ: độ trong, độ bóng, độ cứng, độ ổn định kích thước và khả năng chịu lực theo cả MD và TD. Những đặc tính này đặc biệt có giá trị đối với các loại bao bì được trưng bày trực tiếp trên kệ hàng, bởi khi đó màng không chỉ có nhiệm vụ bảo vệ sản phẩm mà còn tham gia trực tiếp vào hình thức của bao bì. Độ trong và độ bóng tạo nên cảm quan bề mặt, trong khi độ cứng giúp bao bì giữ được hình dạng và tạo cảm giác chắc chắn hơn khi cầm trên tay.
BOPP cũng phù hợp với những cấu trúc phải trải qua nhiều công đoạn chuyển đổi trước khi trở thành bao bì hoàn chỉnh, chẳng hạn in, ghép và chạy trên máy đóng gói tốc độ cao. Độ cứng và độ ổn định kích thước của màng giúp nó duy trì hình dạng tốt hơn khi chạy qua dây chuyền, đồng thời hỗ trợ việc kiểm soát vị trí hình ảnh in trên cuộn màng. Đây là một trong những lý do BOPP được sử dụng rộng rãi làm lớp ngoài trong các cấu trúc bao bì mềm.
Một lợi thế khác của BOPP là khả năng cản hơi ẩm tương đối tốt. Tuy nhiên cần phân biệt rõ giữa cản ẩm và cản khí. BOPP thông thường không thể được xem mặc nhiên là một lớp barrier cao đối với oxy. Khi bao bì cần mức cản khí hoặc cản ẩm cao hơn, màng BOPP có thể được mạ kim loại (metallization) hoặc ghép với một lớp vật liệu có tính chất barrier cao hơn để tạo thành cấu trúc phù hợp.
Cần lưu ý BOPP không phải là lớp hàn lý tưởng trong mọi trường hợp. Quá trình định hướng làm thay đổi cách màng phản ứng với nhiệt, vì vậy khi cần dùng BOPP làm lớp có khả năng hàn, phải sử dụng loại BOPP được thiết kế riêng cho mục đích này hoặc kết hợp nó với một lớp vật liệu hàn khác.
