復合軟包裝熱封層材料的探討
2006-11-30 00:00 來源:中國包裝報 作者:方震宇 責編:中華印刷包裝網
所謂復合軟包裝材料,就是說包裝材料是由二層或二層以上的材料復合而成,其表面是裝飾層,一般有印刷圖案(有一定的功能,如防潮、阻氧等),中間的一般是功能層(阻氣、遮光等),最里邊就是本文所討論的熱封層。作為復合包裝材料熱封層,由于是直接與被包裝物接觸,而被包裝物又有很多是食品,所以,首先要考慮到它的衛生性,另外也要考慮到它的透明性、耐滲透性、良好的熱封性及開口性等。在設計包裝時,能否達到物品包裝的要求,熱封層是復合包裝的重要組成部分,絕不能掉以輕心。下面就復合包裝材料熱封層所用的材料作一點闡述。
一、聚乙烯薄膜
目前市場上供應的聚乙烯有高密度聚乙烯(HDPE,又稱低壓聚乙烯)、中密度聚乙烯(MDPE)、低密度聚乙烯(LDPE,又稱高壓聚乙烯)、線性低密度聚乙烯(LLDPE)。用聚乙烯做成的薄膜,其衛生性能達到食品包裝的要求。線性低密度聚乙烯根據其所用原料的不同,分為四碳線性(丁烯和乙烯聚合)、六碳線性(己烯和乙烯聚合)、八碳線性(辛烯和乙烯聚合)。一般的四碳線性國內早就生產,而六碳線性及八碳線性多是進口的。六碳線性生產企業比較多,而八碳線性在國內銷售的只有美國 DOW 化學的 DOWLEX 樹脂。而用于復合熱封層的聚乙烯,主要是低密度聚乙烯及線性低密度聚乙烯(也有些產品選用中密度和高密度聚乙烯薄膜做熱封層),而且一般多采用兩種聚乙烯按一定比例共混后使用。根據加工方法不同,可分為吹塑薄膜、流延薄膜及擠出涂布。復合用聚乙烯薄膜的厚度,根據被包裝物的要求,選擇不同的厚度,薄的可以在 20μ左右,厚的可以大于 100μ。由于生產薄膜用的樹脂中有很多添加劑,特別是滑爽劑,在生產時要注意添加劑的遷移(詳細內容見2006年2月20日《中國包裝報》筆者的文章)。薄膜的加工工藝不同,對樹脂要求也不同,吹塑薄膜用的樹脂,其熔融指數(MI)在 1-4 左右吹塑薄膜級樹脂,流延薄膜及擠出涂布用的樹脂,其熔融指數(MI)在 6-10 左右的流延薄膜級及擠出涂布級樹脂。對于熱封強度要求高的包裝材料,可選用六碳線性、八碳線性與低密度聚乙烯共混。
近幾年推出的茂金屬聚乙烯可以說是聚乙烯樹脂的一次革命,首先是美國?松就度牍I化生產。目前在國內市場上銷售的有?松、DOW 化學、菲利普公司及三井化學等。由于茂金屬聚乙烯可以設定分子的大小,分子量分布很窄,密度從 0.9 以下至 0.93 以上,使得用茂金屬聚乙烯做成的薄膜,有很好的熱粘強度、熱封強度,有一定抗封口污染性能。目前茂金屬聚乙烯與低密度聚乙烯共混生產的薄膜,已經在油料包、洗發液包、洗衣粉包等方面廣泛運用。目前復合包裝的熱封層極大部分用聚乙烯做成的,如方便面、餅干、榨菜、醬菜類等。吹塑料薄膜和流延薄膜在加工過程中部要經過電火花處理,使薄膜表面張力大于 38 達因/厘米。
二、聚丙烯薄膜
目前市場上供廊的薄膜級的聚丙烯有均聚丙烯和共聚丙烯二種,均聚丙烯是由丙烯單體聚合而成的,但它的熱封性很差,不能作為內層熱封。共聚丙烯是由丙烯和 5%~7%的乙烯共聚而成,由于乙烯的加入,使丙稀的耐寒性提高,柔軟性增加,沖擊強度提高,熔點低,透明性好,適用于復合材料的內層。除乙烯外,丙稀也可和戊烯等α-烯烴共聚,生成其它類型的嵌段共聚物或三元聚合物。聚丙烯薄膜也可分為吹塑薄膜(下吹水冷法)、流延薄膜及擠出涂布。在聚丙烯薄膜中,流延聚丙烯薄膜(即 CPP 薄膜)是用得最多的一種,它主要用在耐高溫蒸煮的包裝、透明度要求高的包裝,用 CPP 薄膜鍍鋁做成鍍鋁 CPP(VmCPP)后,用在膨化食品的包裝、方便面的包裝等。耐高溫蒸煮的 CPP 及鍍鋁用 CPP 的原料和普通 CPP 用的原料不同,有特殊的要求,耐高溫蒸煮除了一般的二元共聚物外,用嵌段共聚物,它的耐高溫性應該是最好的;而鍍鋁 CPP 的原料最好是三元共聚物。這些原料及大部分是從韓國、日本、新加坡、北歐等地進口。有的企業為了節省成本,對要求不高的產品,用聚丙烯吹塑薄膜作內層也足可以的。擠出涂布在生產上也有使用,在日本較多,而我國相對較少。在生產薄膜時表而也要進行過電火花處理,最好使薄膜表面張力大于 40 達因/厘米。
三、封蓋薄膜
市場上供應的果凍、冷飲、酸奶、果奶等食品大部分是用塑料杯和塑料瓶包裝的,而杯子和瓶子的材料主要是以聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚苯乙烯(PS)等材料制成。藥品包裝也有很多是用高密度聚乙烯(HDPE)、聚酯(PET)做成的瓶子的。而杯子和瓶子上面都以薄膜加以密封。有的要求可以揭開,而有的不用揭開。不用揭開的熱封層一般都用在牛奶、果奶等包裝上,杯體或瓶體基本上是以高密度聚乙烯(HDPE)樹脂為原料做成的。內層材料只要用與杯體(瓶體)相同的材料做成即可。一方面要有較好的密封強度,另一方而又要有可揭性能,對于這種比較特殊的要求,熱封層的選擇是很重要的。目前,同時具備兩種功能的材料是改性的 EVA。EVA-乙烯-醋酸乙烯共聚物,它與聚丙烯、聚苯乙烯等具有良好的粘結性,但它與聚丙烯、聚苯乙烯分子結構不同,在熱封粘結時,兩種樹脂不能完全擴散、滲透、熔融在一起。只能形成有明顯界面的粘結力。所以選用改性 EVA 作為封蓋薄膜的熱封層,既有足夠的熱封強度,又有易揭的可剝離性。目前,EVA 改性樹脂國內尚無生產,在國內市場上主要有日本洋油墨株式會社、大日本油墨株式會社、美國杜邦公司等。
四、特殊的熱封材料
在一些特殊場合的包裝中,如咖啡的包裝、肉類的包裝、貼體包裝等,會用到一些特殊的熱封材料,如離子型聚合物、EAA(乙烯-丙烯酸共聚物)、EEA(乙烯-丙烯酸乙酯)、EMAA(乙烯-甲基丙烯酸)等。這些特殊材料都需要從歐美、日本等發達國家進口,原來在國內比較少用。但是,隨著我國國民經濟的快速發展,對包裝材料的要求也越來越高。這些特殊的熱封材料的運用也越來越廣泛。象美國杜邦公司的“沙林、牢靠、拜牢樹脂”,DOW 氏化學的“百馬樹脂”等,都屬于此類材料。
五、共擠薄膜
隨著包裝工業的發展,市場競爭的激烈,單層薄膜的較多缺點逐步顯現,制約了樹脂的推廣應用。利用共擠吹膜或共擠流延工藝生產共擠薄膜,具有以下優點:
1.降低生產成本:如為了改善薄膜的熱封性能,現在有好多廠家用 LDPE 和 mLLDPE 共混來生產薄膜。用單層設備生產,每噸材料成本要上升 800 元左右;用多層共擠設備生產,每噸材料成本要上升要小于 300 元。
2.改善熱封層的性能:(1)阻隔性能,在生產共擠薄膜時,選用 NY 及 EVOH 等高阻隔材料,可大幅提高薄膜對氣體的阻隔性能。(2)熱封性能,選用合適的 mLLDPE,可以改善薄膜的熱封強度、熱粘強度、起封溫度及熱封溫度的范圍。(3)物理性能,選用合適的樹脂,可改善薄膜的拉伸強度、撕裂強度、抗沖擊強度及斷裂伸長率。另外,根據客戶不同的要求,選擇不同的樹脂和不同牌號的樹脂,用于改善薄膜的挺度、光學性能、表面摩擦系數等?傊,由于共擠薄膜優良的性能和合理的價格,得到了較快的發展。目前,共擠薄膜從二層,三層發展到五層、七層、九層甚至更多。
在我國,復合薄膜內層材料從最初單層 LDPE 膜,經過 20 多年的發展,各種性能的共擠已經得到廣泛的使用。隨著世界科學技術的發展,新材料的不斷推出,生產工藝及生產設備的不斷完善,復合膜熱封層也將會進一步發展。(peter)
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