包裝材料學十一章復合包裝材料課件

第五篇復合包裝材料第十一章復合包裝材料第一節(jié)概述第二節(jié)復合薄膜和軟包裝復合材料

第三節(jié)其他復合包裝材料第四節(jié)小節(jié)第一節(jié)概述概念:復合包裝材料指一切雙（或多）組分形成的結構體，即多層(2層以上)經有效（物理、化學、機械等）結合而成的。注意復合包裝材料的復合成分是自成獨立的材料組分。一.復合包裝材料的組成基材層合粘合劑封閉物及熱封合材料印刷與保護性涂料1.常見基材紙張玻璃紙鋁箔及蒸鍍鋁材料尼龍取向尼龍BOPPBOPET共擠塑包裝材料層合粘合劑溶劑型和乳液型熱塑性和熱固性擠塑粘合劑蠟及蠟混合物用蠟或聚偏二氯乙烯涂布的加工紙和防潮紙廣泛地用于糖果、快餐、小吃和脫水食品的包裝。印刷精美、用聚乙烯貼面的紙復合材料在包裝和其他領域也有廣泛的應用。紙張紙張價格低廉、種類齊全、便于印刷粘合，能適應不同包裝用途的需要，在層合材料中廣泛地用作基材。玻璃紙PVDC/紙/PVDC/劑/PVDC/紙/PVDC用于立式成型－充填－封合的糖果包裝。如果上述結構中的粘合劑使用PE，則它能形成高強度的氣密性封合，廣泛用于充氣包裝，干粉產品、葵花籽、藥片等產品。鋁箔及蒸鍍鋁材料阻隔層表面閃光和良好的印刷適性，且能保持食品的風味，對光空氣水及其他大多氣體和液體具有不滲透性，可以高溫殺菌尼龍與取向尼龍（ON）尼龍的潮氣阻隔性差但阻氧性能較高。這種層合結構常用來包裝鮮肉及塊狀干酪。經過取向的尼龍能夠提高抗拉強度和氧氣阻隔性、減小延伸性和降低熱成型性。取向尼龍也具有極好的抗戳穿強度，因此它常用作層合結構中的外層組分。BOPP是層合軟包裝中使用最廣的塑料薄膜材料。

——良好的阻隔功能（經PVDC涂布）

——有熱封合性

——可背面印刷

——可與其他材料共擠塑，形成多種基合結構BOPP雙向拉伸熱定型聚丙烯BOPET雙軸取向熱定型聚酯

外層組分具有耐熱性、良好的光學性能和阻氧性，對于要求防潮又要充分保香的如茶葉、咖啡、奶粉等用BOPET復合膜，包裝效果好。

共擠塑包裝材料（主要是PE、PP）成本低、適應性廣、易加工。LDPE、LLDPE：優(yōu)良的韌性和熱封性。HDPE：隔濕性及加工性。PP：取向拉伸可得到高沖擊、高勁度性能。2.層合粘合劑將兩層材料粘合為一體的膠粘劑，使被層合材料具有“可潤濕性”（1）溶劑型及乳液型（2）熱塑型及熱固型（3）擠塑粘合劑（雙重作用——粘合劑與層合材料）（4）蠟及蠟混合型（雙重作用：表面上光及自粘層）（5）其他粘合劑——預制型（熱壓PVDC、蠟涂鋁箔）3.包裝封閉物及熱封合材料即有形的熱粘合膠材封閉方法熱封合冷封合粘合劑封合熱封合是利用多層結構中的熱塑性內層組分，加熱時軟化封合，移掉熱源就固化。封閉物及封閉材料指在層合中具有一定形狀合厚度的材料，如塑料熱合層，而單一的液體粘合劑則不屬于常見的有過塑復合或覆膜

保護印刷表面、防止卷筒粘連、光澤、控制摩擦系數、熱封合性、阻隔性等。4.印刷與保護性涂料主要有油墨、上光劑及印后的覆膜層二.復合包裝材料制造技術復合制造技術指：將上述4種組成材料復合成一體的技術方法1.層合濕法粘合層合干法粘合層合熱熔式壓力層合也稱濕式復合濕法粘結層合使用液體膠粘劑——將在基材上后馬上復壓上第二層材料干法粘結層合也稱干式復合需先蒸發(fā)掉溶劑使用溶劑型膠粘劑的熱型樹脂——聚醋酸乙烯丙烯酸酯熱熔或壓力層合利用熱熔粘合劑將兩種或多種基材在加壓下形成多層復合材料的方法叫熱熔或壓力層合。2.擠出貼面層合在基材上擠出一種樹脂液體涂布其上3.擠出塑層合將兩層不同樹脂經擠出后復合冷卻成一體三.復合包裝材料的發(fā)展1、環(huán)保型材料的發(fā)展2、復合包裝材料向薄型化發(fā)展3、復合基材日益多樣化4、復合包裝專用功能化發(fā)展5、復合包裝高功能化發(fā)展6、包裝袋向特、奇、新、展示性、方便性方向發(fā)展第二節(jié).復合薄膜和軟包裝復合材料一.層合復合軟包裝材料結構與性能1.復合包裝材料的結構及表示方法復合材料結構示意圖（圖11-1)

見圖11-1結構圖示紙/塑（PE）/鋁箔/塑（PE）圖中各層性能與作用：紙——外層，可印刷，用作包裝傳遞與保護聚乙烯（PE）粘合劑——將紙與鋁箔層合鋁箔——阻隔（光和一些氣體）保護作用聚乙烯（封口層）——用于制袋時的封合封口2.層合包裝材料的性能層合包裝材料應根據所包裝產品的要求的目的而具備性能1）均一性——實現層合的效果2）性能間的互補——取長補短（層與層間）3）層合材料性能順序性——內、中、外的選擇4）氣味阻隔5）光線的阻隔6）機械性能的穩(wěn)定和持久7）特殊性能要求——產品的要求，如保香、保濕等二.復合薄膜的結構1.阻隔性樹脂習慣上，把氧的滲透系數＜38.9cm3·μm/m2·d·kPa（23℃）的樹脂叫阻隔型樹脂。PE－EVOH、PVDC、PAN、EVOH、PA2.復合膜層間布置結構如外層（印刷、覆膜）、阻隔層、粘合層、熱封層...對擠出層合（共擠樹脂膜）有如下幾種結構

1）單一樹脂結構

2）不對稱樹脂結構（品種的不對稱、厚度的不對稱）

3）對稱結構（品種的對稱、厚度的對稱）主要復合材料的結構特征與用途結構用途

BOPP/CPEBOPP/CPP(BOPP/PVDC/CPP)BOPP/OPP珠光膜BOPP/OPPNY/CPE,PVDC/NY/CPEPET/CPP,NY/CPP,PET/NY/CPPPET/AL/CPP,NY/AL/CPPPET/AL/CPP,NY/AL/CPPBOPP/PET,VM/CPEPET/AL/PET/CPE,PET/AL/NY/CPEPET/CPE,PET/AL/CPE,PET/CPP,PET/AL/CPPNY/PET,VM/PEPET/PE,NY/PE(PET/CPP),NY/CYAPET/PET,VM/CPEBOPP/珠光膜/CPP方便面、餅干、洗衣粉等餅干、干燥食品、糖果雪糕、糖果膨化食品麥片、茶葉、陳皮等畜肉加工品、火腿、雞臘腸等高溫加熱食品高溫蒸煮食品（熟肉制品）膨化食品、加工肉食、魚干片奶粉、咖啡、醫(yī)藥包裝粉劑酵母類食品、醫(yī)藥需巴氏消毒處理食品、飲料等油炸類食品冷凍食果醬、液體物、醫(yī)械包裝膜、洗衣粉及日化包裝液體物、化妝品、洗發(fā)水膨化類食品、薯片、蝦片等三多層復合包裝材料的阻隔性利用氣體的擴散速率分析（由菲克擴散與亨利定律條件下）得出：氣體穩(wěn)態(tài)擴散速率：

1、多層復合結構的滲透性式中：J為氣體擴散率；D為擴散系數；（11-1）為氣體沿滲透方向的滲透濃度梯度如果假設D與濃度C無關，由（11-1）式得(11-2)其中：是在表面1和2上的擴散物質濃度；L為膜厚。如果氣體或蒸氣在膜中的溶解服從亨利定律，則（11-2）式可改寫為（11-3）式中：S是溶解度系數；P是滲透系數；是擴散氣體在膜兩側的分壓。

（11-4）常把稱為擴散驅動力該式表明，透過薄膜的穩(wěn)態(tài)氣體擴散速率與擴散驅動力成正比與膜厚L成反比。對于n層復合膜，透過每一層的擴散速率相等，并都等于總的擴散速率，而使氣體擴散的總驅動力為每層的擴散驅動之和即：（11-5）則有

（11-6)為每層膜的滲透系數整理(11-5)和(11-6)有：上式可寫成：公式語言表達：擴散速率J與膜厚成反比，與溶解度系數P和擴散驅動力成正比。一個是擴散物濃度，一個是擴散驅動力。任取一個作比較（依已知條件）。下面我們舉例說明（11-8）式的應用。設某包裝膜由5層結構組成：聚乙烯/粘合劑/乙烯-乙烯醇/粘合劑/聚乙烯，在這個復合結構中有3種不同的高分子材料，他們的透氧系數分別為聚乙烯（d=0.96）乙烯-乙烯醇黏合劑（改性聚烯羥）以上數據單位分別為：（P：L：）=（11-10）解得P=0.777，即5層結構總的滲透系數為0.777.由上述計算我們發(fā)現，對于889μm厚的復合材料來說，透氣率為0.777/889=0.00087，其阻隔性能幾乎完全有76.2μm厚的乙烯-乙烯醇阻隔層決定，阻隔層的透氣率為0.066/76.2=0.00087.復合結構的其余部分，只起到載體作用。

上述分析并未考慮溫度影響，實際上溫度和濕度都會有影響，一般t攝氏度上升，滲透系數迅速增大，有如下式：

2、溫度變化對滲透性的影響式中：

是一個與溫度無關的系數；

是滲透活化能；R是氣體常數；T是絕對溫度。擴散系數和溶解度系數有類似的關系：式中：

是擴散活化能；

是溶解熱。對照上面公式,有：（即滲透活化能=溶解熱+擴散活化能）由上述公式，談論P隨溫度的變化情況。（1）溫度上升，滲透系數增大.（2）對于等非凝聚性氣體，大多數氣體滲透都遵循P隨溫度上升而增加的規(guī)律。(3)對于可凝聚氣體，如水蒸氣，有機化合物蒸氣等，為負值，為正值，P的變化復雜（當P不受溫度影響）。DE

3.相對溫度變化對滲透性的影響。

對某些多層復合包裝材料（如乙烯-乙烯醇共聚物為阻隔層），透氧性還與溫度（相對）有關。

即：相對溫度上升，透氧量增加，阻隔性能降低。

對于一個由多層構成的復合材料，位于第i層的阻隔層的相對濕度可由下式求得：(11-16)式中：為第i層的相對濕度（i的數目從外層算起的層數）；

為外部環(huán)境的相對濕度；

為內部環(huán)境的相對濕度；N為層數；A為水蒸氣透過率（MVTR)/厚度。上式的應用舉例：設一個多層復合包裝材料的結構為：LDPE/紙/粘合劑/EVOH/粘合劑/PP/離子鍵樹脂考慮到粘合劑層很薄，而紙又不是阻隔性材料，所以對氣體阻隔有貢獻的結構可以簡化為：LDPE/EVOH/PP/離子鍵樹脂阻隔性樹脂EVOH位于i=2層。如果該包裝外部環(huán)境的相對濕度（P0）為65%，而內部環(huán)境的相對濕度（P4）100%時，為計算阻隔層的相對濕度可先列出如下數據：多層結構材料LDPEEVOHPP離子鍵樹脂層數（i）1234厚度（μm）16.57.6238.112.7水蒸氣透率（g/m2）18.658.910.737.2A1.137.730.2812.93將上列數據代入式（11-6），經過運算得到阻隔層的相對濕度為71.8%。第三節(jié)其他復合包裝材料最早的在80年代日本出現蒸鍍SiOx薄膜,又稱為GT膜或氧化硅涂覆膜。該膜類似與鍍鋁膜，具有:透明，高阻隔，軟性，耐熱耐侵蝕，易回收，無污染一.無機氧化物鍍覆薄膜

1.技術現狀技術特點（原理）硅蒸鍍膜是利用SiOx

在真空中蒸鍍形成微米級薄膜

SiOx中的x為1.5~1.7，SiOx集成片狀，蒸鍍速度慢，干法層合

SiOx基材（PE等）接觸易裂紋，使氣密性能下降．方法蒸鍍法、淀積法——化學淀積（CVD）和物理淀積（PVD）。將液態(tài)有機硅在反應室內氧化反應后在PET上形成SiO2膜。SiO2

鍍膜可用于的鍍膜

其他結構：塑料膜＋SiOx＋塑料膜蒸鍍SiOx基材：PET、LDPE、OPP、ON等。復合膜：PP、PS、PA等。含SiOx蒸鍍復合材料的阻隔性

2.結構與性能：

性能：與用PVDC作阻隔層的復合材料相比，GT薄膜復合材料的透氣性受溫度影響較小。

３.前景GT薄膜是鋁箔復合材料的理想替代品。由于它非常薄，不會嗇包裝廢棄物回收的困難。廣泛用于干燥食品及水分高的食品或液體食品；

藥劑、化妝品等產品的熱封或冷封的外包裝；還可以用于牙膏、調味品、一次性醫(yī)用包裝及各種工業(yè)品、化工產品的復合包裝。二．多層復合塑料容器

使用強度好而且成本低的塑料以滿足機械強度方面的要求，而用阻隔性能好價格貴的樹脂作阻隔層。思路：

多層塑料瓶阻水蒸汽的:聚乙烯、聚丙烯、PVDC。阻氧的：尼龍、聚酯、聚氯乙烯。應用最多的阻隔樹脂：乙烯-乙烯醇、丙烯酯、PVDC也有用阻氧與阻濕合用。

阻隔層制造容器主體的樹脂，如PE、PP、PVC、PS等

粘合材料

結構層樹脂EVOH為阻隔層的多層瓶常用作農藥及藥品包裝。對飲料中的香精油等物質吸附極少，故也廣泛用作桔汁飲料的包裝。

應用舉例HDPE/改性PE/EVOH/改性PE/HDPEHDPE/改性PE/EVOH/改性PE/EVOH

PET單層瓶：用作汽水、礦泉水、茶等飲料的包裝。

PVDC涂覆PET瓶、PET/MXD6（尼龍）：易氧化的葡萄酒、啤酒等。

PET/EVOH/PET/EVOH/PET5：灌裝蕃茄醬。

聚萘二甲酸乙二酯（PEN）：替代PET，氣密性及耐熱性均優(yōu)，但價高。

2.層合軟管多層復合材料（多達10層）擠出制取的軟管。多層復合材料（多達10層）擠出制取的軟管。工藝為：片材制管半成品的裝料封口。用途：化妝品、牙膏和藥膏等1.外表面2.LDPE和抗靜電層3.印刷油墨4.白色LDPE5.紙基材6.LDPE7.乙烯－丙烯酸共聚物8.鋁箔9.乙烯－丙烯酸共聚物10.LDPE防塵層印刷層印刷底層紙（非拉伸基材）紙底層粘合劑層阻隔層粘合劑層密封層內表面12345678910層合軟管材料的典型結構塑料與金屬箔復合制取容器一般結構：PP/金屬箔/PP。

3.塑料/金屬箔復合容器PP(40um)/鋼箔（75um)/PP（70um)

用于甜凍食品、燒雞、田螺以及嬰兒食品包裝。三.高分子合金及其他材料

高分子合金材料主要方法是樹脂改性——制取高分子合金，類似與金屬制取合金技術：是在樹脂中加入一種混煉劑——實現改性。例如：將兩種不能共混的樹脂混煉后獲取高分子合金可用于制取高強度膜。能識別和鑒別參數——又有的性能參數記錄。

高分子加強材料

高分子記憶材料通過配方或特種加工方法，實現強度的增加，同時減少材料用量。第四節(jié)小節(jié)小節(jié)１.了解復合的概念、復合材料的組成及復合方法。多層復合容器鍍膜２.掌握復合包裝材料的制造技術（解釋）、復合材料結構及性能——每一層的作用。３.重點掌握如何讓選擇復合材料的層合結構，多層復合材料的阻隔性的影響因素（滲透性及濕度的關系）。1、Geniusonlymeanshard-workingallone'slife.(Mendeleyer,RussianChemist)

天才只意味著終身不懈的努力。20.8.58.5.202011:0311:03:10Aug-2011:032、Ourdestinyoffersnotonlythecupofdespair,butthechaliceofopportunity.(RichardNixon,AmericanPresident)命運給予我們的不是失望之酒，而是機會之杯。二〇二〇年八月五日2020年8月5日星期三3、Patienceisbitter,butitsfruitissweet.(JeanJacquesRousseau,Frenchthinker)忍耐是痛苦的，但它的果實是甜蜜的。11:038.5.202011:038.5.202011:0311:03:108.5.202011:038.5.20204、Allthatyoudo,dowithyourmight;thingsdonebyhalvesareneverdoneright.----R.H.Stoddard,Americanpoet做一切事都應盡力而為，半途而廢永遠不行8.5.20208.5.202011:0311:0311:03:1011:03:105、Youhavetobelieveinyourself.That'sthesecretofsuccess.----CharlesChaplin人必須相信自己，這是成功的秘訣。-Wednesday,August5,2020August20Wednesday,August5,20208/5/20206、Almostanysituation---goodorbad---isaffectedbytheattitudewebringto.----LuciusAnnausSeneca差不多任何一種處境---無論是好是壞---都受到我們對待處境態(tài)度的影響。11時3分11時3分5-Aug-208.5.20207、Althoughtheworldisfullofsuffering,itisfullalsooftheovercomingofit.----HellenKeller,Americanwriter雖然世界多苦難，但是苦難總是能戰(zhàn)勝的。20.8.520.8.520.8.5。2020年8月5日星期三二〇二〇年八月五日8、Formanismanandmasterofhisfate.----Tennyson人就是人，是自己命運的主人11:0311:03:108.5.2020Wednesday,August5,20209、Whensuccesscomesinthedoor,itseems,loveoftengoesoutthewindow.-----JoyceBrothers成功來到門前時，愛情往往就走出了窗外。11:038.5.202011:038.5.202011:0311:03:108.5.202011:038.5.202010、Lifeismeasuredbythoughtandaction,notbytime.——Lubbock衡量生命的尺度是思想和行為，而不是時間。8.5.20208.5.202011:0311:0311:03:1011:03:1011、Tomakealastingmarriagewehavetoovercomeself-centeredness.要使婚姻長久，就需克服自我中心意識。Wednesday,August5,2020August20Wednesday,August5,20208/5/202012、Treatotherpeopleasyouhopetheywilltreatyou.你希望別人如何對待你，你就如何對待別人。11時3分11時3分5-Aug-208.5.202013、Todowhateverneedstobedoneto

preservethislastandgreatestbastionof

freedom.(RonaldReagan,AmericanPresident)為了保住這最后的、最偉大的自由堡壘，我們必須盡我們所能。20.8.520.8.5Wednesday,August5,202014、Wherethereisawill,thereisaway.(ThomasEdison,Americaninventor)有志者，事竟成。11:01:1911:01:1911:018/5/202011:01:19AM15、

Everymanisthemasterofhiso