包裝材料學(xué)十一章復(fù)合包裝材料

第五篇復(fù)合包裝資料第十一章復(fù)合包裝資料第一節(jié)概述第二節(jié)復(fù)合薄膜和軟包裝復(fù)合資料第三節(jié)其他復(fù)合包裝資料第四節(jié)小節(jié)第一節(jié)概述概念:復(fù)合包裝資料指一切雙〔或多〕組分構(gòu)成的構(gòu)造體，即多層(2層以上)經(jīng)有效〔物理、化學(xué)、機(jī)械等〕結(jié)合而成的。留意復(fù)合包裝資料的復(fù)合成分是自成獨(dú)立的資料組分。一.復(fù)合包裝資料的組成基材層合粘合劑封鎖物及熱封合資料印刷與維護(hù)性涂料1.常見基材紙張玻璃紙鋁箔及蒸鍍鋁資料尼龍取向尼龍BOPPBOPET共擠塑包裝資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。印刷精巧、用聚乙烯貼面的紙復(fù)合資料在包裝和其他領(lǐng)域也有廣泛的運(yùn)用。紙張紙張價(jià)錢低廉、種類齊全、便于印刷粘合，能順應(yīng)不同包裝用途的需求，在層合資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。假設(shè)上述構(gòu)造中的粘合劑運(yùn)用PE，那么它能構(gòu)成高強(qiáng)度的氣密性封合，廣泛用于充氣包裝，干粉產(chǎn)品、葵花籽、藥片等產(chǎn)品。鋁箔及蒸鍍鋁資料阻隔層外表閃光和良好的印刷適性，且能堅(jiān)持食品的風(fēng)味，對(duì)光空氣水及其他大多氣體和液體具有不浸透性，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。這種層合構(gòu)造常用來包裝鮮肉及塊狀干酪。經(jīng)過取向的尼龍可以提高抗拉強(qiáng)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(qiáng)度，因此它常用作層合構(gòu)造中的外層組分。BOPP是層合軟包裝中運(yùn)用最廣的塑料薄膜資料?！己玫淖韪艄δ堋步?jīng)PVDC涂布〕——有熱封合性——可反面印刷——可與其他資料共擠塑，構(gòu)成多種基合構(gòu)造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(xué)性能和阻氧性，對(duì)于要求防潮又要充分保香的如茶葉、咖啡、奶粉等用BOPET復(fù)合膜，包裝效果好。共擠塑包裝資料〔主要是PE、PP〕本錢低、順應(yīng)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.層合粘合劑將兩層資料粘合為一體的膠粘劑，使被層合資料具有“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——粘合劑與層合資料〕〔4〕蠟及蠟混合型〔雙重作用：外表上光及自粘層〕〔5〕其他粘合劑——預(yù)制型〔熱壓PVDC、蠟涂鋁箔〕3.包裝封鎖物及熱封合資料即有形的熱粘合膠材封鎖方法熱封合冷封合粘合劑封合熱封合是利用多層構(gòu)造中的熱塑性內(nèi)層組分，加熱時(shí)軟化封合，移掉熱源就固化。封鎖物及封鎖資料指在層合中具有一定外形合厚度的資料，如塑料熱合層，而單一的液體粘合劑那么不屬于常見的有過塑復(fù)合或覆膜維護(hù)印刷外表、防止卷筒粘連、光澤、控制摩擦系數(shù)、熱封合性、阻隔性等。4.印刷與維護(hù)性涂料主要有油墨、上光劑及印后的覆膜層二.復(fù)合包裝資料制造技術(shù)復(fù)合制造技術(shù)指：將上述4種組成資料復(fù)合成一體的技術(shù)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(fù)合濕法粘結(jié)層合運(yùn)用液體膠粘劑——將在基材上后馬上復(fù)壓上第二層資料干法粘結(jié)層合也稱干式復(fù)合需先蒸發(fā)掉溶劑運(yùn)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構(gòu)成多層復(fù)合資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(jīng)擠出后復(fù)合冷卻成一體三.復(fù)合包裝資料的開展1、環(huán)保型資料的開展2、復(fù)合包裝資料向薄型化開展3、復(fù)合基材日益多樣化4、復(fù)合包裝公用功能化開展5、復(fù)合包裝高功能化開展6、包裝袋向特、奇、新、展現(xiàn)性、方便性方向開展第二節(jié).復(fù)合薄膜和軟包裝復(fù)合資料一.層合復(fù)合軟包裝資料構(gòu)造與性能1.復(fù)合包裝資料的構(gòu)造及表示方法復(fù)合資料構(gòu)造表示圖〔圖11-1)見圖11-1構(gòu)造圖示紙/塑〔PE〕/鋁箔/塑〔PE〕

圖中各層性能與作用：紙——外層，可印刷，用作包裝傳送與維護(hù)聚乙烯〔PE〕粘合劑——將紙與鋁箔層合鋁箔——阻隔〔光和一些氣體〕維護(hù)作用聚乙烯〔封口層〕——用于制袋時(shí)的封合封口2.層合包裝資料的性能層合包裝資料應(yīng)根據(jù)所包裝產(chǎn)品的要求的目的而具備性能1〕均一性——實(shí)現(xiàn)層合的效果2〕性能間的互補(bǔ)——取長補(bǔ)短〔層與層間〕3〕層合資料性能順序性——內(nèi)、中、外的選擇4〕氣味阻隔5〕光線的阻隔6〕機(jī)械性能的穩(wěn)定和耐久7〕特殊性能要求——產(chǎn)品的要求，如保香、保濕等二.復(fù)合薄膜的構(gòu)造1.阻隔性樹脂習(xí)慣上，把氧的浸透系數(shù)＜38.9cm3·μm/m2·d·kPa〔23℃〕的樹脂叫阻隔型樹脂。PE－EVOH、PVDC、PAN、EVOH、PA2.復(fù)合膜層間布置構(gòu)造如外層〔印刷、覆膜〕、阻隔層、粘合層、熱封層...對(duì)擠出層合〔共擠樹脂膜〕有如下幾種構(gòu)造1〕單一樹脂構(gòu)造2〕不對(duì)稱樹脂構(gòu)造〔種類的不對(duì)稱、厚度的不對(duì)稱〕3〕對(duì)稱構(gòu)造〔種類的對(duì)稱、厚度的對(duì)稱〕主要復(fù)合資料的構(gòu)造特征與用途結(jié)構(gòu)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(fù)合包裝資料的阻隔性利用氣體的分散速率分析〔由菲克分散與亨利定律條件下〕得出：氣體穩(wěn)態(tài)分散速率：1、多層復(fù)合構(gòu)造的浸透性式中：J為氣體分散率；D為分散系數(shù)；〔11-1〕為氣體沿浸透方向的浸透濃度梯度假設(shè)假設(shè)D與濃度C無關(guān)，由〔11-1〕式得(11-2)其中：是在外表1和2上的擴(kuò)散物質(zhì)濃度；L為膜厚。假設(shè)氣體或蒸氣在膜中的溶解服從亨利定律，那么〔11-2〕式可改寫為〔11-3〕式中：S是溶解度系數(shù)；P是浸透系數(shù)；是分散氣體在膜兩側(cè)的分壓?！?1-4〕常把稱為分散驅(qū)動(dòng)力該式闡明，透過薄膜的穩(wěn)態(tài)氣體分散速率與分散驅(qū)動(dòng)力成正比與膜厚L成反比。對(duì)于n層復(fù)合膜，透過每一層的分散速率相等，并都等于總的分散速率，而使氣體分散的總驅(qū)動(dòng)力為每層的分散驅(qū)動(dòng)之和即：〔11-5〕那么有〔11-6)為每層膜的浸透系數(shù)整理(11-5)和(11-6)有：上式可寫成：公式言語表達(dá)：分散速率J與膜厚成反比，與溶解度系數(shù)P和分散驅(qū)動(dòng)力成正比。一個(gè)是分散物濃度，一個(gè)是分散驅(qū)動(dòng)力。任取一個(gè)作比較〔依知條件〕。下面我們舉例闡明〔11-8〕式的運(yùn)用。設(shè)某包裝膜由5層構(gòu)造組成：聚乙烯/粘合劑/乙烯-乙烯醇/粘合劑/聚乙烯，在這個(gè)復(fù)合構(gòu)造中有3種不同的高分子資料，他們的透氧系數(shù)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(shù)據(jù)單位分別為：〔P：L：〕=〔11-10〕解得P=0.777，即5層構(gòu)造總的浸透系數(shù)為0.777.由上述計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于889μm厚的復(fù)合資料來說，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-乙烯醇阻隔層決議，阻隔層的透氣率為0.066/76.2=0.00087.復(fù)合構(gòu)造的其他部分，只起到載體作用。上述分析并未思索溫度影響，實(shí)踐上溫度和濕度都會(huì)有影響，普通t攝氏度上升，浸透系數(shù)迅速增大，有如下式：2、溫度變化對(duì)浸透性的影響式中：是一個(gè)與溫度無關(guān)的系數(shù)；是浸透活化能；R是氣體常數(shù)；T是絕對(duì)溫度。分散系數(shù)和溶解度系數(shù)有類似的關(guān)系：式中：是分散活化能；是溶解熱。對(duì)照上面公式,有：〔即浸透活化能=溶解熱+分散活化能〕由上述公式，議論P(yáng)隨溫度的變化情況?！?〕溫度上升，浸透系數(shù)增大.〔2〕對(duì)于等非凝聚性氣體，大多數(shù)氣體浸透都遵照P隨溫度上升而添加的規(guī)律。(3)對(duì)于可凝聚氣體，如水蒸氣，有機(jī)化合物蒸氣等，為負(fù)值，為正值，P的變化復(fù)雜〔當(dāng)P不受溫度影響〕。DE

3.相對(duì)溫度變化對(duì)浸透性的影響。對(duì)某些多層復(fù)合包裝資料〔如乙烯-乙烯醇共聚物為阻隔層〕，透氧性還與溫度〔相對(duì)〕有關(guān)。即：相對(duì)溫度上升，透氧量添加，阻隔性能降低。對(duì)于一個(gè)由多層構(gòu)成的復(fù)合資料，位于第i層的阻隔層的相對(duì)濕度可由下式求得：(11-16)式中：為第i層的相對(duì)濕度〔i的數(shù)目從外層算起的層數(shù)〕；為外部環(huán)境的相對(duì)濕度；為內(nèi)部環(huán)境的相對(duì)濕度；N為層數(shù)；A為水蒸氣透過率〔MVTR)/厚度。上式的運(yùn)用舉例：設(shè)一個(gè)多層復(fù)合包裝資料的構(gòu)造為：LDPE/紙/粘合劑/EVOH/粘合劑/PP/離子鍵樹脂思索到粘合劑層很薄，而紙又不是阻隔性資料，所以對(duì)氣體阻隔有奉獻(xiàn)的構(gòu)造可以簡化為：LDPE/EVOH/PP/離子鍵樹脂阻隔性樹脂EVOH位于i=2層。假設(shè)該包裝外部環(huán)境的相對(duì)濕度〔P0〕為65%，而內(nèi)部環(huán)境的相對(duì)濕度〔P4〕100%時(shí)，為計(jì)算阻隔層的相對(duì)濕度可先列出如下數(shù)據(jù)：多層結(jié)構(gòu)材料LDPEEVOHPP離子鍵樹脂層數(shù)（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(shù)據(jù)代入式〔11-6〕，經(jīng)過運(yùn)算得到阻隔層的相對(duì)濕度為71.8%。第三節(jié)其他復(fù)合包裝資料最早的在80年代日本出現(xiàn)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(jī)氧化物鍍覆薄膜

1.技術(shù)現(xiàn)狀技術(shù)特點(diǎn)〔原理〕硅蒸鍍膜是利用SiOx在真空中蒸鍍構(gòu)成微米級(jí)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(xué)淀積〔CVD〕和物理淀積〔PVD〕。將液態(tài)有機(jī)硅在反響室內(nèi)氧化反響后在PET上構(gòu)成SiO2膜。SiO2鍍膜可用于的鍍膜

其他構(gòu)造：塑料膜＋SiOx＋塑料膜蒸鍍SiOx基材：PET、LDPE、OPP、ON等。復(fù)合膜：PP、PS、PA等。含SiOx蒸鍍復(fù)合資料的阻隔性

2.構(gòu)造與性能：性能：與用PVDC作阻隔層的復(fù)合資料相比，GT薄膜復(fù)合資料的透氣性受溫度影響較小。

３.前景GT薄膜是鋁箔復(fù)合資料的理想替代品。由于它非常薄，不會(huì)嗇包裝廢棄物回收的困難。廣泛用于枯燥食品及水分高的食品或液體食品；藥劑、化裝品等產(chǎn)品的熱封或冷封的外包裝；還可以用于牙膏、調(diào)味品、一次性醫(yī)用包裝及各種工業(yè)品、化工產(chǎn)品的復(fù)合包裝。二．多層復(fù)合塑料容器運(yùn)用強(qiáng)度好而且本錢低的塑料以滿足機(jī)械強(qiáng)度方面的要求，而用阻隔性能好價(jià)錢貴的樹脂作阻隔層。思緒：

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。運(yùn)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

粘合資料構(gòu)造層樹脂EVOH為阻隔層的多層瓶常用作農(nóng)藥及藥品包裝。對(duì)飲料中的香精油等物質(zhì)吸附極少，故也廣泛用作桔汁飲料的包裝。

運(yùn)用舉例HDPE/改性PE/EVOH/改性PE/HDPEHDPE/改性PE/EVOH/改性PE/EVOHPET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(jià)高。

2.層合軟管多層復(fù)合資料〔多達(dá)10層〕擠出制取的軟管。多層復(fù)合資料〔多達(dá)10層〕擠出制取的軟管。工藝為：片材制管半廢品的裝料封口。用途：化裝品、牙膏和藥膏等1