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阻隔型包装薄膜材料的开发与创新1柔性电缆冷却器气弹簧涡卷弹簧切菜机Frc

发布时间:2023-12-18 17:23:39 阅读: 来源:主板厂家

阻隔型包装薄膜材料的开发与创新

我国很快就要加入WTO了,商品流通将更进一步向全球化发展。如可使我国的出口商品在全球化的市场中点胜越来越我的份额,其影响的因素很多,其中如何提高出口商品的货架寿命?如何开发具有自主知识产权的高科技产品?是两个很重要的课题。具体到包装业界,对阻隔型包装薄膜材料的开发与创新也引起了更为广泛的关注和重视。

自高聚合物问世以来,在各类包装尤其在食品包装方面获得的广泛的应用。特别是薄膜型塑料,一直是软包装材料的主要来源。随着商品经济发展和人民生活水平的提高,这类塑料薄膜的产量不断增长,其工艺技术也在不断改进,由此而形成了一种类型的包装设计,那就是阻隔包装设计。

实际使用中的包装技术方法很多,包括真空包装、充气包装、防潮包装、脱氧包装、自调气氛包装等等,都离不开阻隔型薄膜包装材料,都要进行阻隔包装设计。一项完整的阻隔包装设计,主要包括三大因素:被包装产品的性能;包装件周围环境条件的有关参数;阻隔型包装材料的特性。以食品包装而言,包装件的阻隔性能如何主要取决于包装材料的渗透性。若某种软包装薄膜材料对一种气体的渗透性低,则说明这种材料对此类气体的阻隔性好;反之,则为阻隔性差。

根据上述三个因素,可以形成一项完整的阻隔包装设计,建立合理的数学模型,利用计算机排程求解,达到优化设计的目的。但是若作深入分析可知,被包装食品的特性,由食品本身的类型所决定的;而包装个周围的环境参数,由产品的流通环境所确定。这样整个阻隔包装设计的过程就集中到阻隔包装材料的阻隔性能,希望更多地通过包装材料阻隔材料的提高来达到阻隔包装设计的优化。到目前为止,尽管阻隔性包装薄膜包括复套装合膜,品种很多,但是仍然不能满足人们对食品包装的多种阻隔性能的要求。因此,国际包装界一直在努力开发功能性多样化的包装薄膜,包括具有高阻隔性、部份阻隔性及高渗透性的薄膜材料。本文通过回顾阻隔型包装薄膜的研制、开发过程,探讨继续开发这类包装材料的合理思路和方法,并提出可供选择的阻隔型包装薄膜材料的创新原理及工艺技术。

1.高聚合物单膜及复合膜、涂布膜

一般情况下,高阻隔材料是指在22.8℃温度下气体透过率在10毫升/100英寸2·天·大气压以下,而材料密度为1密耳(25.4微米)以内。

就高阻隔性薄膜材料而言,PVDC和EVOH是使用最广泛的。

PVDC-聚二氯乙烯薄膜可以通过共聚偏二氯乙烯单体和丙烯酸单体而成。这两种单体含量增加,则薄膜的阻气性变好。然而,带来的不利因素则是材料的的热稳定性变差。这个问题曾看作为进一步开发阻隔性包装材料的一道难关。为适应食品包装的需要,考虑采用复合薄膜的方法,即利用PVDC气密性好的特长而作为复合薄膜的中间层,把聚酯、聚丙烯、尼龙或纸作为其外层,聚乙烯作为热熔封层而形成三层或多层复合薄膜。但其工艺制造成本显然要提高。

EVOH-聚乙烯聚乙烯醇系薄膜,同样具有很好的气体阻隔性和阻湿性。这主要是由于EVOH共聚了聚乙烯和聚乙烯醇两类高聚物后性能得到了提高。聚乙烯的阻湿性好,而聚乙烯醇的阻气性好。但是,EVOH是属于亲水性薄膜,会吸附水份,这样就会降低EVOH的阻气性。这说明EVOH的良好阻隔性也是不稳定的,受环境湿湿度的影响很大。因此EVOH最好使用在多层复合薄膜的中间层,再用其他具有高阻湿性的聚烯烃材料来阻止它吸附水份,以充分发挥EVOH阻气性强的特长。

聚丙烯腈(PAN)也是使用很广泛的透明高阻隔性薄膜。在食品包装中,还经常使用阻隔性较好的PET、PA等薄膜,以及具有选择透气性的LDPE、PVC、PE等薄膜。此外,还经常应用涂布PVDC的各类PP、PA、PE和PT等阻气性良好的薄膜。由于每一类塑料薄膜的性能各有所长、各有所短,因此,为了发挥其各自的长处,应该把它们组合起来使用。这就是目前市场上出现了种类繁多的层合型复合薄膜的原因,现在复合薄膜的品种已超过上千种,复合层数已由二、三层发展到十多层。尽管如此,有些情况下仍难以满足包装品要求,而且工艺复杂、增加成本。此外,这种“叠加式”的复合方法不能充分利用资源,因而有局限性。

2.“高聚物合金”

共混高聚物就是应用现有的高聚塑料新材料应用市场分析:年内将达2万亿物品种,通过适当的制造工艺,制成高分子-高分子混合物,使之具备多方面的综合性能。这种共混高聚物和治金工业中合金甚为上似,所以用此法形成共混高聚物的新品种,被誉为“高分子合金”或“高聚物合金”。共混方法是开发新型高聚物材料的一种捷径。目前,这种方法不仅应用于EVOH、PVDC等材料,而且还用于其他阻隔型树脂,以弥补和消除现有树脂的缺陷,改善性能并扩大使用范围。

2.1EVOH/PA高聚物合金

少量的聚酰胺(6-12PA)加入到EVOH中后,在不影后者阻气性时改善分子定向性,因而使热稳定性变好,热工艺性也变好。这种高分子合金材料的特性在吹塑延伸工艺、热成型工艺中十分有利。EVOH中加入10-12我们常常应用的就是第3种实验办法PA的聚酰胺,即可在低至150℃的温度下热成型。否则,在这么低温度下是不可能加工的。

2.2EVOH/PET高聚物合金

在PET(涤纶)中混入20%EVOH后,在不影响PET机械强度的条件下,其阻隔性能显著改善。EVOH的级别越高,这类高聚物合金的阻隔性改进越多。所谓EVOH的级别越高,是指其乙烯含量越多。改进阻隔性的原因在于提高共混聚合物中分子间通道的长宽比。

2.3PVDC/PA聚合物合金高聚物,但其脆性温度相当高,一般都高于0℃。所以,低温下的机械性能相当差,因而限制了其应用范围。用PVDC制作的包装容器在低温下容易发脆,若发生跌落冲击,则常会破裂。为解决此问题,采取的措施之一就是使PVDC与具有很高脆性温度的另一种聚合物共混。例如,PVDC和6-12PA形成聚合物合金,使其脆性温度显著降低,并且不影响其气体的阻隔性。

根据上述各例可知,通过在一种聚合物中混合其他聚合物,或在聚合物中增加添加剂,可以改进材料性能,扩大应用范围。这指明了用“物理”的方法开发新型阻隔型材料的一个方向。这种开发新材料的工艺技术显然不限于二元系统。如果把前述的聚合物单膜、涂布膜及多层复合膜称为第一代阻隔型材料,那么这种依靠共混聚合方法得到了“高聚物合金”材料,可以称为第二代阻隔型材料了。

3.喷涂型和充填型薄膜

喷涂铝薄膜是早已广泛应用的食品高阻隔膜,但是其最大缺点则是失去了塑料薄膜的透明性。在塑料薄膜上喷涂一层厚度为800~1500A(埃)的高纯度硅氧化物,这种薄膜除了具有很高的阻隔性外,还有高透明度、耐高温,适用于微波炉,因而得到重视。加工工艺方法为电子束真空板喷涂技术,其喷涂速度约为喷铝的1/3。由于氧化硅有升华的特性,难于达到恒定的蒸发速度。日本不久前介绍了一种新工艺,使用的是一种特殊的热阻喷涂法,解决了电锥形喷嘴子束真空喷涂法中出现的氧化硅蒸发不均匀的问题。试验结果表明,气体阻隔性几乎已经与铝材相当。但是,这种新型的喷涂阻隔材价格昂贵,因此难于在市场上推广。

把片晶状无机充填物例如云母等加入聚合物中也可以改善阻气性。云母微粒混合到EVOH中,其排列方向刚好与氧气渗透方向垂直,使EVOH形成了二次阻气层,因而云母充填EVOH的材料阻气性可提高三至五倍。但这种薄膜厚度一般不得小于0.5密耳,否则会降低机械性能。另外,还开发出在LDPE中充填陶瓷粉末的塑料薄膜,这种薄膜对乙烯气体的阻隔性特别低,这样可以减少新鲜果蔬包装件中乙烯气体的含量,从调剂被动针压簧螺丝而可以推迟新鲜果蔬的成熟,达到延长保鲜期的目的。

这种以喷涂或充填无机材料的方法来改变聚合物材料的阻隔性能是十分有效的,但其制造工艺还有待进一步导轮成熟。此类薄膜可称作为第三代阻隔型材料。这是又一种开发阻隔型包装材料的新思路。

4.化学阻隔材料

上述对高聚物阻隔性进行改善的方法,均属所谓“物理阻隔法”。若要使其阻隔性提高到相当于玻璃和金属等具有的水平而不影响工艺性和实用性,面临难度很大。突破这一障碍的途径之一就是采用与“物理阻隔法”相对应的所谓“化学阻隔法”。自80年代以来,已有几种这类产品问世,主要可分为下述两类。

4.1通过氧化反应

80年代末,英国开发出一种称为OXBR的化学合成阻隔材料。它由PET(主要成份)、MXD-6PA(化合氧化剂)和有机钴盐(作为催化剂)所组成。据介绍,这种合成材料经过挤压加工或吹塑加工成各类容器,其真空容器在两年内可保持其内部氧气为零的超阻隔水平。日本也已开发成功。目前,这种材料已试用在水果饮料等包装容器上。

美国前不久研制出一种称为“长命”的吸氧性塑料。所使用的基材聚合物中的OH基可与硅元素发生化学反应,也可与金属元素发生化学反应,也可与金属元素相结合。这种材料不溶于水,具有类似于血红蛋白的结构,因而具很强的吸氧性。美国已把此类材料用作某些饮料瓶盖内衬,这样可以明显地延长某些对氧气敏感的饮料的货架寿命。

4.2应用生物技术

这是开发新型阻隔型材料的一个全新途径,这就是应用酶使液体食品或饮料等物质得以除去氧气,据此达到提高食品货架寿命的目的。美国一家药品公司根据这项原理,研制出所库“主动阻隔包装技术”。具体的方法就是在包装容器避中混合有两类酶:葡萄糖氧化酶和催化酶。当容器内部空气中氧气进入 被包装液体产品以后,这些氧气在催化酶的作用下渗入容器避内部,与葡萄糖酸酯和水,由此达到使液体食(药)品除氧的目的。

这种化学阻隔法制成的高阻隔聚合物是在物理阻隔法的基础上研制成功的,其阻隔水平达到更高一级水平,可谓第四代阻隔材料。

5.金属茂基聚合物

近来,聚合物研制领域中有一类新材料,那就是将金属茂作为催化剂应用到聚烯烃类材料中去,提高了聚合物的阻隔性。金属茂基乙烯(MPE)

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