包装用复合薄膜技术及其应用

２０１４年　第２４卷　第４期　塑料包装　３１　包装用复合薄膜技术及其应用　张明明　（天津科技大学包装与印刷工程学院）　摘要：介绍了包装用复合薄膜的综合性能、组成、层压方法和食品包装复合薄膜用粘合剂的条件，以及我　国对薄膜复合工艺的研制及其应用。　关键词：包装材料复合薄膜复合工艺　Ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐａｃｋａｇｉｎｇ　ｌａｍｉｎａｔｅｄ　ｆｉｌｍ　Ｚｈａｎｇ　Ｍｉｎｇｍｉｎｇ　（Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｐａｃｋａｇｉｎｇ　ａｎｄ　Ｐｒｉｎｔｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｓｉｖｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌａｍｉｎａｔｅｄ　ｆｉｌｍｓ，ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｉｎｄｅｒｓ　ｆｏｒ　ｆｏｏｄ　ｐａｃｋａｇｉｎｇ　ｌａｍｉｎａｔｅｄ　ｆｉｌｍｓ，　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｌｍ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｏｕｒ　ｃｏｕｎｔｒｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐａｃｋａｇｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｌａｍｉｎａｔｅｄ　ｆｉｌｍ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　引言　复合包装薄膜是指将两种或两种以上的薄膜　复合在一起组成的一种新型包装材料。随着食品　工业的飞速发展，人们对食品包装的要求也越来　越高，除了薄膜包装要具有防潮、防光、耐热等优　良的性能外，还要具有优良的印刷性和装饰工艺　１　复合薄膜的组成　复合薄膜的组成是多样的，作为外层材料，主　要是使用已久的纸，聚酯（ＰＥＴ）玻璃纸等，他们具　有较好的耐热性和尺寸稳定性¨一。作为内层材　料，主要是聚乙烯，聚丙烯，软聚氯乙烯等具有出　色的热封性和卫生性的材料。此外各种拉伸薄　性，而这些性能和要求是单一材料所难达到的，因　而诞生了复合包装薄膜。塑料复合包装薄膜是以　塑料为基体，增强体为无机（如铝箔）或有机纤维　材料（如纸张）所组成。由于复合膜具有极好的机　械性能、良好的热封性、较好的气密性、防潮性、耐　膜，聚碳酸酯，醋酸纤维素，硬聚氯乙烯等也可作　外层材料使用。　２复合薄膜用粘合剂条件　食品包装复合薄膜用的粘合剂，必须满足下　列条件：　１、完全无臭无味；　热性、保香性以及优良的印刷性，因此在食品包装　行业中得到了广泛的应用。然而复合薄膜的质量　好坏，与复合基材、粘合剂以及复合方法的选择密　切相关。因此本文就着重对复合工艺和层压方法　进行介绍。　２、在食品卫生方面没有有害的萃取物；　３‰温性能好，层压能耐１００度，热封能耐　２００度；　４、受日光照射不会发黄，发生分解；　５、有良好的柔韧性；　３２　塑料包装　２０１４年　第２４卷　第４期　６、层压品的剖面不会泄露；　７、不会产生卷曲或钩状剥离；　８、表面对油墨的粘合性好　。　３复合薄膜的层压方法　复合薄膜的层压方法大致有湿法层压、干法　层压、共挤层压和挤复层压。　３．１湿法层压　３．１．１原材料的选择　原材料的选用主要是根据产品的使用要求而　定。通用波形板、平板，采用１９１＃不饱和聚酯树脂　和中碱玻璃纤维，透明波形板、平板，采用１９３＃、　１９５＃不饱和聚酯树脂及无碱玻璃纤维。玻璃纤维　浸润剂为聚醋酸乙烯酯型浸润剂、７１１＃浸润剂和　８１１＃浸润剂等。　３．１．２工艺过程　首先把薄膜和玻璃布牵引好，再于树脂槽中　加入已配制好的胶液，准备工作做好后，就开动成　型机。各卷玻璃布以同一速度进入树脂槽，布卷　数根据板材厚度的要求来确定。各幅布从树脂槽　浸胶后出来集合在一起，被上、下层薄膜所覆盖，　并通过压紧辊此时压紧辊挤出胶布上过量的胶液　并将各层胶布粘结在一起形成“夹心带”。胶布两　面贴上薄膜，一方面能防止胶布上的粘结剂粘附　在成型机上，另一方面能防止树脂中的交联剂苯　乙烯的挥发及隔绝空气。“夹心带”进入红外线加　热的干燥室中，温度控制在６０—８０℃。干燥室由　两部分组成，下半部是固定的，只供加热用，上半　部能上下移动，将干燥室的上半部放下，既能加　热，又能对预浸渍材料施加一定的压力，使各幅胶　布良好地粘结在一起。预浸渍材料在干燥室内固　化成为板材。　３．２干法层压　干法涂层是纸张、铝箔、塑料薄膜等组合层压　的重要方法，尤其适宜于同种或异种塑料薄膜的　层压，如聚乙烯、聚丙烯等复合薄膜。　复合方法是：先在第一块上涂上粘合剂，通过　敞开干燥，合上第二块，在加热下加压制成成品。　粘合剂涂敷可采用挤压辊筒、反向辊筒，对加热杀　菌、热成型和热封均有出色的耐受性。用这个粘　合剂粘合的聚酯复合膜，作为代罐包装，可在实用　前直接投入沸水加热。　３．３热熔层压　这一方法适用于铝箔、玻璃纸的层压，热熔粘　合剂是蜡，乙烯一醋酸乙烯共聚物、聚丁二烯、石　油树脂等改性蜡类热融合粘合剂。其他方法是将　融态的粘合剂涂敷在第一个面上直接与第二个面　对合，通过冷却辊筒便实现了粘合一　。粘合剂采　用照相凹板辊筒或浸溃的方法进行涂敷。由于不　需要加热干燥，所以具有设备简单、操作简便等有　利条件。　３．４共挤层压　这种方法只适用于塑料薄膜之间的层压。主　要是利用塑料挤出机的多孔机头，通过共同挤出，　将尚处于熔融态的不同基料层压为一体，因而不　需要粘合剂。共挤层压只有在分子结构相同或相　似的塑料之间才能实现溶合，如高密度聚乙烯／中　密度聚乙烯／低密度聚乙烯的复合或乙烯丙烯共　聚物／聚乙烯的复合等。对于分子结构完全不同　的塑料，就必须加入第　种能与两者亲合的物质　作为媒介才能实现溶合　。如尼龙／聚乙烯复合　时，可以在树脂中混人离子型树脂。与丙烯酸树　脂、马来酸酐接技共聚，也可以取得很好的效果。　３．５挤复层压　挤复层压是一种不用粘合剂的挤出涂布方　法。它在两个粘合面之间必须有一个是塑料薄　膜，如铝箔／塑料、织物／塑料、纸张／塑料、塑料／塑　料等。所谓挤复层压就是通过挤出机把加热熔融　的树脂涂复在另一个已经定形的薄膜状物体上，　使之层压成一体。对多孔性材料是比较容易的，　因为熔融的树脂挤入孑Ｌ隙，产生了牢固的机械结　合。但对光滑的表面如塑料薄膜等就有一定困　难，必须进行打底处理。处理方法有化学法和物　理法两种。化学法主要为钦盐法、亚胺盐法、聚氨　醋法。钦盐法就是把烷基钦酸醋的正己烷溶液涂　敷在表面，使之形成很薄的氧化钦膜，从而增加粘　合力　。溶液的浓度随材料而异，对纸和铝为　２％，对玻璃纸、烯烃薄膜、醋酸纤维素等含增塑剂　较多的材料则以５％一１０％为宜。亚胺盐主要是　聚乙烯亚胺的２％甲乙酮溶液，由于价格昂贵，应　用不多。需要耐水、耐热，尤其是作为煮沸用的薄　膜，要用双组分的聚氨醋，但要在较高的温度下通　过加热反应才能干燥。物理法主要是有电晕放电　处理和空气氧化法，前者适用于聚醋、尼龙、聚丙　烯等薄膜的处理，与聚氨酣、聚乙烯亚胺、环氧树　脂溶液相配合进行挤复，后者可以单独应用，但由　２０１４年　第２４卷　第４期　塑料包装　３３　于存在分子里降解、封口性差以及臭味等缺点，应　塑料复合薄膜之间的复合牢度除了与粘合剂　用范围不广。　的选择有关外，更重要的是如何正确选择合适的　４复合工艺　复合工艺，从而获得高质量、低成本的复合包装薄　膜。塑料复合薄膜常见的复合方法有下列七种。　表１列出了常用的七大复合法生产的复合材料的　结构及用途。　表１　七大复合法生产的常用复合材料结构及用途　复合方法　复合材料品种　用途　于式复合　涂聚偏二氯乙烯玻璃纸／粘合剂／ＰＥ薄膜　午餐肉、奶酪、香肠等包装；黄油、人造奶油、奶酪品　等包装　湿式复合　热封涂料／铝箔／粘合Ｎ／纸　饮料瓶、咖啡、茶叶盒等包装　挤出复合　挤出复合层／玻璃纸／聚乙烯　奶粉、饮料粉、麦片等包装　多层共挤复合　ＨＤＰＥ／ＬＤＰＥ　粮食、食品、浓缩果汁等包装　热熔复合　铝箔／热熔胶／纸／印刷纸　奶酪／茶Ｄｒ／标签／即时贴　涂腊复合　铝箔／腊／纸／透明软纸　奶糖、薄荷馅饼、雪糕等包装　镀膜复合　镀箔／聚乙烯／纸　调味剂、榨菜、饼干等包装　４．１干式复合　与另一基材复合，再进人烘道烘干成为复合薄膜。　干式复合就是指粘合剂在干的状态下进行复　其工作原理与干式复合基本相似，所不同之处是　合的一种方法，首先在一种基材上涂好黏合剂，经　干式复合法是将涂布粘合剂的薄膜，经过烘道加　过烘道干燥，将黏合剂中的溶剂全部烘干，在加热　热待粘合剂中有机溶剂挥发后再与其它基材复　状态下将黏合剂熔化，再将另一种基材与之贴合，　合　。而湿式复合法是将涂布粘合剂的薄膜直接　然后经过冷却，经熟化处理后生产出具有优良性　与其它基材复合后，再进人烘道干燥，并且复合的　能的复合材料的过程。干式复合法是塑料复合包　基材之一应是多孔性材料，如纸张，纤维组织物　装材料中最常用的方法，不仅适合塑料薄膜之问　等，湿式复合工艺适合制作真空包装用的复合薄　的复合，也可以与铝箔、纸张等包装材料复合，少　膜。　则二、三层，多则五、六层。。　。　４．３挤出复合　干式复合适用于多种复合膜基材如塑料、纸　挤出复合是将热塑性塑料，如聚乙烯、聚丙烯　及金属铝等，应用范围广，抗化学介质侵蚀性能优　等，在挤出机内熔融后，挤入平膜口模成为片状热　异，如食品中的碱、酸、辣、油脂等成分，化妆品中　熔薄膜作为粘合剂，立即与另一种或两种基材通　的香精、乳化剂等成分，化学品的溶剂、农药成分，　过冷却辊和复合压辊复合在一起。该种复合工艺　它的广泛用于内容物条件比较苛刻的包装，具有　简单，无需粘合剂，还可将商标、图案夹于中间，在　其他复合Ｔ艺所难以做到的综合多功能包装要　复合包装材料的生产中得到了广泛的应用。　求，特别是耐１２１　ｏＣ以上的高温蒸煮袋，更具有优　４．４多层共挤复合　势。复合强度高，稳定性好、产品透明性好，既可　多层共挤复合是将多种不同性能的塑料树脂　生产高、中低档复合膜，又能生产冷冻、保温或高　通过多台挤出机共挤复合模头形成复合膜，这是　温灭菌复合膜，使用方便灵活，操作简单，适用于　一种生产复合包装材料的先进工艺，它工艺简单，　多品种、批量少的生产。　生产率高，成本低，薄膜层与层之间不用粘合剂，　４．２湿式复合　不存在有机溶剂的残留，能选择不同性能的塑料　湿式复合是在基材表面涂布水溶性或水乳性　树脂，使复合薄膜具有优良的防潮、阻气、耐油及　粘合剂，在粘合剂未干的状况下，通过复合辊立即　热封等性能，适用于食品包装和医疗器具的包　塑料包装　２０１４年　第２４卷　第４期　装　。　由于塑料复合包装薄膜独特的、综合的优异　４．５热熔复合　性能，不但适合一般包装，尤其适合特殊包装，如　热熔复合是将聚乙烯一丙烯酸醋共聚物、乙　真空包装、充气包装、冷冻包装、耐油包装、蒸煮杀　烯一醋酸乙烯共聚物、石蜡放在一起加热熔融，然　菌包装及高级豪华包装。近年来，复合包装薄膜　后涂布在基材上，立即与其它基材复合冷却而成。　发展十分迅速，世界各国都在竞相研制，新的工　其优点是无需热烘道干燥，复合时间短，节省能　艺、新的复合薄膜不断涌现，复合层数也达十几层　源，成本低，并且无溶剂公害。　之多，并且已向多样化、多功能、多相复合材料方　４．６涂蜡复合　面发展。人们可以根据不同的产品、不同的需要，　涂蜡复合是把卫生级微晶石蜡放在加热槽中　设计和合成具有指定性能的塑料复合包装材料，　加热熔融，然后使之均匀涂布于基材表面，经压辊　一些能够抑制热、声、光、放射性、静电及电磁波等　把两层或两层以上基材复合在一起。如玻璃与　诸能量穿透的新型复合材料也将不久面世，这些　纸，纸与铝箔等。涂蜡复合生产的复合材料在糖　都为世界的包装行业谱写新的、辉煌的篇章。　果、饼干等点心的包装中得到了广泛的应用。　参考文献　４．７镀膜复合　［１］（日）高分子材料便览Ｐ．１２０２、１２０３（１９７３）．　镀膜复合是在基材，如聚乙烯、聚丙烯、聚醋、　［２］Ｓｃｈｗａｂ，Ｊｏｓｅｐｈ　Ｊ．；Ｌｉｅｈｔｅｎｈａｎ，Ｊｏｓｅｐｈ　Ｄ．Ｐｏｌｙｈｅｄ—　纸等上面直接镀金属膜。如应用最广的镀铝薄　ｒａｌ　ｏｌｉｇｏｍｅｒｉｅ　ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ（ＰＯＳＳ）一ｂａｓｅｄ　ｐｏｌｙｍｅｒｓ［Ｊ］．　膜，是采用真空蒸镀法，将高纯度铝在真空室中加　１９９８：６７—６９．　热蒸发，当基材通过真空室时，铝微粒便均匀地凝　［３］陈永芬，邹明国．咤聚乙烯醇／聚乙烯复合薄膜的　研制［Ｊ］．塑料工业，１９８５：３６—３７．　结其上，从而得到镀铝膜。除了真空镀法，还有离　［４］江锡安，胡宁先．粘合剂及其应用［Ｍ］．上海科技　子镀、浸镀、喷镀等。镀铝薄膜不仅阻隔性能优　文献出版社，１９８１：４６—４７．　良、机械性能、热封性能好，而且具有格调华贵的　［５］丁振威，齐平一译．氯化聚合物［Ｊ］．化学工业出版　金属光泽，包装美观、漂亮。同时复合的适应性　社。１９８８：５７—５８．　好，它除了自身可做包装材料外，还可与多种其它　［６］李地红．新包装技术便览ＥＪ］．２５２—４４１．５０２—５３７．　薄膜相互复合，成为新的、性能更好的复合材料。　［７］工业材料，１９６４：４７—４８．　镀铝膜在软包装上应用十分广泛，如常用于调味　［８］黄克．胶粘剂与涂料［Ｊ］．中国林业出版社，１９８７：　品、饼干、茶叶、化妆品和香烟等产品的包装。　１２—１４　５结束语　（上接第６４页）　ｔｒａｄｕｒ＠ＰＢＴ改性装置提前投产巴斯夫预计亚太　巴斯夫上海浦东基地特性材料装置进行扩建　区工程塑料市场将保持７％的年平均增长速度。　这主要得益于工程塑料在交通、建筑、高铁、电子　日前，全球领先的化工公司巴斯夫特性材料　电气等行业的应用日益广泛。Ｕｈｒａｍｉｄ＠和Ｕｌｔｒａ—　业务部三大重点扩建项目在上海浦东基地顺利展　ｄｕｒ￣可用于汽车零部件和其它创新应用，包括座　开，包括工程塑料Ｕｈｒａｍｉｄ＠（聚酰胺，ＰＡ）、Ｕｌｔｒａ－　椅框架、油底壳模块、传感器、发动机悬置、连接器　ｄｕｒ￣（聚对苯二甲酸丁二醇酯，ＰＢＴ）产能扩建、　和高度集成设计的激光直接成型电子产品等。　Ｅ１ａｓｔｏｌｌａｎ＠热塑性聚氨酯弹性体（ＴＰＵ）产能扩建，　现有的Ｕｈｒａｍｉｄ￣和Ｕｌｔｒａｄｕｒ￣改性装置年产能　以及Ｃｅｌｌａｓｔｏ￣（微孔聚氨酯弹性体）技术中心和产　为４．５万吨，扩建后将超过１Ｏ万吨．每年，一跃成　能扩建。　为巴斯夫在亚太地区最大的工程塑料改性生产装　巴斯夫亚太区最大的Ｕｈｒａｍｉｄ＠聚酰胺和Ｕｌ—　（下转第５９页）