ทางเลือกระหว่างน้ำมันสังเคราะห์และน้ำมันแร่สำหรับปั๊มฟอยล์ภาชนะเกรดอาหารไม่ใช่การแข่งขันด้านความหล่อลื่น เคมีทั้งสองชนิดสามารถขึ้นรูปอะลูมิเนียมได้อย่างเพียงพอ การตัดสินใจขึ้นอยู่กับสองตัวแปรที่ควบคุมผลลัพธ์ปลายทางมากกว่าประสิทธิภาพของเครื่องกด: น้ำมันมีพฤติกรรมอย่างไรเมื่อยังคงอยู่บนฟอยล์ตลอดการอบอ่อน การวางซ้อน และการสัมผัสอาหาร และมีปริมาณเท่าใดเมื่อภาชนะถึงมือผู้บริโภคน้ำมันสังเคราะห์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งโพลีอัลคิลีนไกลคอล (PAG) และเอสเทอร์สังเคราะห์ มีข้อได้เปรียบเชิงโครงสร้างในด้านความเสถียรต่อการเกิดออกซิเดชันและความร้อน ซึ่งแปลเป็นคราบสกปรกน้อยลง ระดับสารตกค้างที่คาดการณ์ได้มากขึ้น และขั้นตอนการทำความสะอาดน้อยลงน้ำมันแร่ยังคงใช้ได้ในกรณีที่ต้องการฟิล์มที่คงทนสำหรับการขึ้นรูปที่ลึก และโครงสร้างพื้นฐานการทำความสะอาดสามารถกำจัดสารตกค้างได้ถึงขีดจำกัดตามกฎระเบียบ ข้อกำหนดที่ใช้ได้คือข้อกำหนดที่สารตกค้างสามารถทนได้ตามที่เป็นอยู่ หรือกำจัดออกได้ทั้งหมด ไม่ใช่ข้อกำหนดที่มีความแข็งแรงของฟิล์มสูงสุด
ภาพรวมการเปรียบเทียบ
| พารามิเตอร์ | น้ำมันสังเคราะห์ (PAG / เอสเทอร์) | น้ำมันแร่ (น้ำมันขาว / ปิโตรเลียม) | เหตุผลที่กำหนดข้อกำหนด |
|---|---|---|---|
| ความเสถียรต่อการเกิดออกซิเดชันและความร้อน | ยอดเยี่ยม — โครงสร้างที่ออกแบบมาทนทานต่อการสลายตัวที่อุณหภูมิขึ้นรูป | พอใช้ถึงดี — เกิดออกซิเดชันช้าแม้ในอุณหภูมิต่ำ ร้อนขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น | ความเสถียรกำหนดคราบ สารตกค้าง และเคมีของสารตกค้างหลังการปั๊ม |
| ดัชนีความหนืด | 140–206 (PAG อ้างอิงที่ 206) | 90–110 | VI ที่สูงขึ้นหมายความว่าความหนาของฟิล์มมีความสม่ำเสมอมากขึ้นเมื่อเทียบกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในสายการผลิต |
| ความผันผวน | เอสเทอร์สังเคราะห์มีความผันผวนน้อยกว่าน้ำมันแร่และ PAO ที่ความหนืดเท่ากัน | ส่วนที่ผันผวนสูงกว่า อาจเกิดควันหรือไอระเหยที่อัตราการชักสูง | ความผันผวนส่งผลต่อการคงอยู่ของฟิล์มระหว่างการชักและสารตกค้างหลังการขึ้นรูป |
| แนวโน้มการเกิดคราบ | คราบต่ำ; PAG อ้างอิงว่าปนเปื้อน 20–30% ก่อนที่จะเทียบเท่ากับคราบของน้ำมันปิโตรเลียม 1% | แนวโน้มการเกิดคราบสูง โดยเฉพาะหลังการอบอ่อนหรือการเก็บรักษานาน | คราบเป็นข้อบกพร่องที่ถูกปฏิเสธบนพื้นผิวสัมผัสอาหาร |
| ความเสี่ยง MOSH/MOAH | เคมี PAG และเอสเทอร์ไม่มี MOSH/MOAH โดยเนื้อแท้ | ไฮโดรคาร์บอนน้ำมันแร่เป็นแหล่งของ MOSH/MOAH; น้ำมันแร่เกรดเทคนิคมี MOAH 15–35% | การอพยพของ MOSH/MOAH เป็นข้อกังวลด้านความปลอดภัยของอาหารที่กำลังดำเนินการสำหรับบรรจุภัณฑ์ |
| การกำจัดสารตกค้าง | มักละลายน้ำได้หรืออิมัลซิไฟเอเบิล (PAG); สามารถออกแบบให้มีพฤติกรรมที่หายไปได้ | ต้องใช้ตัวทำละลายหรือการทำความสะอาดด้วยด่าง; ไม่สามารถละลายน้ำได้ในฐานะกลุ่ม | กำหนดว่าสายการทำความสะอาดจำเป็นหรือไม่ |
| เส้นทางสู่การปฏิบัติตามข้อกำหนดสำหรับอาหาร | NSF H1 และ 21 CFR 178.3570 สำหรับการสัมผัสโดยบังเอิญ; 21 CFR 178.3910 สำหรับขีดจำกัดสารหล่อลื่นพื้นผิว | เส้นทางกฎระเบียบเดียวกัน แต่โปรไฟล์ MOSH/MOAH ต้องการการพิสูจน์เพิ่มเติม | การรับรองเพียงอย่างเดียวไม่ใช่ตัวแยกแยะ; เคมีของสารตกค้างคือตัวแยกแยะ |
เพดานกฎระเบียบ: "เกรดอาหาร" จำกัดอะไรจริงๆ
เคมีทั้งสองชนิดสามารถกำหนดสูตรให้เป็นไปตามกฎระเบียบการสัมผัสอาหารได้ ดังนั้นสถานะกฎระเบียบเพียงอย่างเดียวจึงไม่สามารถแยกแยะได้ อย่างไรก็ตาม ขีดจำกัดสร้างข้อได้เปรียบในทางปฏิบัติสำหรับน้ำมันที่ทิ้งสารตกค้างน้อยลง หรือทิ้งสารตกค้างที่กำจัดได้ง่ายขึ้น
กฎระเบียบของสหรัฐอเมริกาที่ควบคุมสารหล่อลื่นพื้นผิวบนวัตถุโลหะคือ 21 CFR 178.3910 กำหนดเพดานสารตกค้างสองระดับ ขึ้นอยู่กับสารที่ใช้: 0.2 มก. ต่อตารางนิ้วของพื้นผิวสัมผัสอาหารสำหรับรายการสารที่ได้รับอนุญาตที่กว้างกว่า และ 0.015 มก. ต่อตารางนิ้วสำหรับชุดย่อยที่แคบกว่า FDA ระบุอย่างชัดเจนว่าปริมาณสารหล่อลื่นพื้นผิว "จะต้องไม่เกินปริมาณที่จำเป็นอย่างสมเหตุสมผลเพื่อให้บรรลุผลทางเทคนิคที่ตั้งใจไว้" — หลักการปริมาณน้อยที่สุดที่จำเป็นซึ่งใช้โดยไม่คำนึงถึงเพดานที่ควบคุม สำหรับสารหล่อลื่นเครื่องจักรที่สัมผัสโดยบังเอิญ แทนที่จะเป็นสารหล่อลื่นพื้นผิวโดยตรง จะใช้ 21 CFR 178.3570 และสถานะ NSF H1 โดย H1 อนุญาตให้สัมผัสอาหารได้ถึง 10 ppm; สูตรซิลิโคนมีขีดจำกัดที่เข้มงวดกว่าที่ 1 ppm
เคมีน้ำมันแร่ก่อให้เกิดความเสี่ยงที่เคมี PAG และเอสเทอร์สังเคราะห์ไม่มี: MOSH/MOAH ไฮโดรคาร์บอนน้ำมันแร่เป็นแหล่งที่มาของสารเหล่านี้ และน้ำมันแร่เกรดเทคนิคมี MOAH 15–35% ในความเข้มข้นรวมของ MOH น้ำมันขาวเกรดอาหารช่วยลด MOAH แต่ข้อกังวลนั้นเป็นโครงสร้างของกลุ่มน้ำมันแร่ เอสเทอร์สังเคราะห์และ PAG ไม่ได้มาจากน้ำมันแร่ ดังนั้นจึงไม่มีโปรไฟล์การอพยพของ MOSH/MOAH เช่นเดียวกัน สำหรับภาชนะที่จะสัมผัสอาหารที่มีไขมันหรือเป็นกรด นี่ไม่ใช่ความแตกต่างเล็กน้อย — มันคือความแตกต่างในเคมีของสารตกค้างที่การทดสอบการอพยพจะตรวจจับได้
ดังนั้น ข้อกำหนดสารหล่อลื่นเกรดอาหารที่อ้างถึงเพียง "NSF H1" จึงไม่สมบูรณ์สำหรับฟอยล์ภาชนะ H1 จัดการกับการสัมผัสโดยบังเอิญบนเครื่องจักร มันไม่ได้แสดงด้วยตัวเองว่าสารตกค้างสารหล่อลื่นพื้นผิวบนภาชนะที่ขึ้นรูปเป็นไปตาม 21 CFR 178.3910 ที่ขีดจำกัดที่ใช้บังคับ หรือแก้ไขคำถาม MOSH/MOAH สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ใช้น้ำมันแร่
ที่ที่น้ำมันแร่ยังคงมีที่ของมัน
น้ำมันสังเคราะห์ไม่ได้ดีกว่าในทุกกรณี และข้อกำหนดที่สมดุลจะยอมรับว่าน้ำมันแร่ยังคงเป็นทางเลือกที่ถูกต้อง
การขึ้นรูปที่ลึกด้วยแรงยึดแผ่นสูงต้องการฟิล์มที่คงทน สารหล่อลื่นที่ไม่ระเหย (ซึ่งรวมถึงทั้งน้ำมันแร่และน้ำมันสังเคราะห์) ให้ฟิล์มที่หนาและคงทนกว่า ซึ่งรองรับแรงยึดแผ่นที่สูงกว่าและการขึ้นรูปที่ลึกกว่า สารหล่อลื่นที่ระเหยได้และหายไปให้ความแข็งแรงของฟิล์มเพียงพอสำหรับภาชนะตื้นที่มีอัตราส่วนการขึ้นรูปปานกลาง แต่สำหรับการขึ้นรูปที่ลึกกว่าหรือการขึ้นรูปหลายขั้นตอน ฟิล์มที่คงทนไม่ระเหยให้การหล่อลื่นแบบขอบเขตที่สม่ำเสมอตลอดการชัก น้ำมันแร่เป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวางในบทบาทนี้และสามารถกำหนดสูตรให้เป็นไปตามขีดจำกัดสารตกค้างได้ โดยที่สายการทำความสะอาดสามารถกำจัดออกได้
ต้นทุนและความเสถียรของอุปทานเอื้อต่อน้ำมันแร่สำหรับถาดสินค้าโภคภัณฑ์ปริมาณมาก ในกรณีที่ภาชนะตื้น สายการทำความสะอาดปลายทางมีอยู่แล้ว และสามารถตรวจสอบสารตกค้างเทียบกับขีดจำกัดตามกฎระเบียบได้ น้ำมันขาวเกรดอาหารอาจเป็นทางเลือกที่สอดคล้องกับต้นทุนที่ต่ำกว่า ข้อเสียคือสายการทำความสะอาดกลายเป็นส่วนที่ต่อรองไม่ได้ของกระบวนการ และโปรไฟล์ MOSH/MOAH ต้องได้รับการจัดทำเอกสารแทนที่จะสันนิษฐาน
คำถามที่กำหนดไม่ใช่ "น้ำมันใดหล่อลื่นได้ดีกว่า" แต่ "จะเกิดอะไรขึ้นกับสารตกค้าง" ถาดอุตสาหกรรมที่ไม่ใช่อาหารที่นำไปวางซ้อนกันโดยตรงไม่จำเป็นต้องทำความสะอาดและไม่มีเกณฑ์การสัมผัสอาหาร สารหล่อลื่นที่ระเหยได้สามารถกำจัดขั้นตอนการผลิตออกไปได้ทั้งหมดที่นั่น ภาชนะเกรดอาหารที่ผ่านการทำความสะอาดและอาจมีการเคลือบแลคเกอร์อยู่แล้วมีโครงสร้างพื้นฐานการทำความสะอาด ดังนั้นข้อได้เปรียบของสารหล่อลื่นที่ระเหยได้ "ไม่ต้องทำความสะอาด" จึงหายไป และข้อกำหนดจะลดลงเหลือว่ากระบวนการปลายทางสามารถทนต่อสารตกค้างที่เหลืออยู่ได้หรือไม่
น้ำหนักฟิล์มและความสม่ำเสมอ: ตัวแปรการดำเนินงานที่เหนือกว่าเคมี
เมื่อเลือกเคมีที่เข้ากันได้แล้ว ตัวแปรที่สำคัญที่สุดในผลลัพธ์ข้อบกพร่องไม่ใช่ประเภทของน้ำมัน แต่เป็นน้ำหนักของฟิล์มและความสม่ำเสมอทั่วทั้งแผ่น ปริมาณที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการขึ้นรูปโลหะคือ 75–100 มก./ตารางฟุต (ประมาณ 800–1,080 มก./ตารางเมตร) โดยมีขีดจำกัดสูงสุดที่ 100–125 มก./ตารางฟุต ก่อนที่สารหล่อลื่นส่วนเกินจะก่อให้เกิดข้อบกพร่องของตัวเอง ต่ำกว่า 75 มก./ตารางฟุต ฟิล์มจะไม่สามารถเติมเต็มร่องเล็กๆ บนพื้นผิวที่หยาบของฟอยล์ได้ ทำให้เกิดจุดสัมผัสโลหะต่อโลหะที่สร้างแรงเสียดทาน ความร้อน และการฉีกขาด สูงกว่า 100–125 มก./ตารางฟุต ส่วนเกินจะสร้างชั้นกั้นไฮดรอลิก — ชั้นที่บีบอัดไม่ได้ระหว่างฟอยล์และแม่พิมพ์ที่ส่งแรงขึ้นรูปไม่สม่ำเสมอ ทำให้เกิดการบิดเบือนมิติและการก่อตัวเป็นฟอง ซึ่งมักถูกวินิจฉัยผิดว่าเป็นความสึกหรอของเครื่องมือ
สำหรับภาชนะฟอยล์อะลูมิเนียมโดยเฉพาะ ฟอยล์ที่หล่อลื่นล่วงหน้ามักจะมีน้ำหนัก 300–400 มก./ตารางเมตร ทั้งสองด้าน ซึ่งเป็นช่วงที่สูงกว่าหน้าต่างการขึ้นรูปทั่วไป เนื่องจาก การขึ้นรูปภาชนะเกี่ยวข้องกับการดึงและการรีด ซึ่งแต่ละอย่างมีข้อกำหนดแรงเสียดทานที่แตกต่างกันในแต่ละโซนของแผ่น น้ำหนักฟิล์มมาตรฐาน DOS/DOA ที่ใช้ในโรงสีสำหรับฟอยล์ภาชนะเคลือบแลคเกอร์จะแคบกว่าที่ 20–50 มก./ตารางเมตร ต่อด้าน
ข้อกำหนดความสม่ำเสมอมีความสำคัญมากกว่าค่าเฉลี่ย แผ่นที่มีค่าเฉลี่ย 350 มก./ตารางเมตร แต่มี 150 มก./ตารางเมตร ที่ขอบด้านหนึ่งจะฉีกขาดที่ขอบนั้นโดยไม่คำนึงถึงค่าเฉลี่ยโดยรวม น้ำหนักฟิล์มที่ไม่สม่ำเสมอทำให้เกิดการฉีกขาด การติดขัด และเศษวัสดุมากกว่าประเภทสารหล่อลื่นที่ไม่ถูกต้อง นี่คือเหตุผลว่าทำไมน้ำมันสังเคราะห์ที่มีความหล่อลื่นยอดเยี่ยมแต่การใช้งานไม่สม่ำเสมอจึงอาจมีประสิทธิภาพต่ำกว่าน้ำมันแร่ที่ใช้การควบคุมการครอบคลุมที่เข้มงวดกว่า ดังนั้น ข้อกำหนดการจัดซื้อจึงต้องจับคู่การเลือกเคมีกับขีดจำกัดความสม่ำเสมอของน้ำหนักฟิล์มทั่วทั้งแผ่น ซึ่งตรวจสอบได้ด้วยการสกัดตัวทำละลายแบบกราวิเมตริก หรือสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดแบบกราวิเมตริกตามมาตรฐาน ASTM B921