包裝材料學(xué)十一章復(fù)合包裝材料

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

第三節(jié)其他復(fù)合包裝材料第四節(jié)小節(jié)第一節(jié)概述概念:復(fù)合包裝材料指一切雙（或多）組分形成的結(jié)構(gòu)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。注意復(fù)合包裝材料的復(fù)合成分是自成獨(dú)立的材料組分。一.復(fù)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(hù)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(fù)合材料在包裝和其他領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。紙張紙張價(jià)格低廉、種類齊全、便于印刷粘合，能適應(yīng)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(jié)構(gòu)中的粘合劑使用PE，則它能形成高強(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(fēng)味，對(duì)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(jié)構(gòu)常用來(lái)包裝鮮肉及塊狀干酪。經(jīng)過取向的尼龍能夠提高抗拉強(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，因此它常用作層合結(jié)構(gòu)中的外層組分。BOPP是層合軟軟包裝中中使用最最廣的塑塑料薄膜膜材材料?！己玫淖枳韪艄δ苣埽ń?jīng)PVDC涂布）——有熱封合合性——可背面印印刷——可與其他他材料共共擠塑，，形成多多種基合合結(jié)構(gòu)BOPP雙向拉伸伸熱定型型聚丙烯烯BOPET雙軸取向向熱定型型聚酯

外層組分具有耐熱熱性、良良好的光光學(xué)性能能和阻氧氧性，對(duì)對(duì)于要求求防潮又又要充分分保香的的如茶葉葉、咖啡啡、奶粉粉等用BOPET復(fù)合膜膜，包包裝效效果好好。共擠塑包裝材料（主要要是PE、PP）成本低低、適適應(yīng)性性廣、、易加加工。。LDPE、、LLDPE：：優(yōu)良良的韌韌性和和熱封封性。。HDPE：：隔濕濕性及及加工工性。。PP：：取向向拉伸伸可得得到高高沖擊擊、高高勁度度性能能。2.層合粘合劑將兩層層材料料粘合合為一一體的的膠粘粘劑，，使被層層合材材料具具有“可潤(rùn)濕濕性”（1）溶溶劑型型及乳乳液型型（2）熱熱塑型型及熱熱固型型（3）擠擠塑粘粘合劑劑（雙重重作用用——粘合劑劑與層層合材材料））（4）蠟蠟及蠟蠟混合合型（雙重重作用用：表表面上上光及及自粘粘層））（5）其他他粘合合劑——預(yù)制型型（熱熱壓PVDC、蠟涂涂鋁箔箔）3.包裝封閉物及熱封合材料即有形形的熱熱粘合合膠材材封閉方法熱封合冷封合粘合劑封合熱封合合是利利用多多層結(jié)結(jié)構(gòu)中中的熱熱塑性性內(nèi)層層組分分，加加熱時(shí)時(shí)軟化化封合合，移移掉熱熱源就就固化化。封閉物物及封封閉材材料指指在層層合中中具有有一定定形狀狀合厚厚度的的材料料，如如塑料料熱合合層，，而單單一的的液體體粘合合劑則則不屬屬于常見的的有過過塑復(fù)復(fù)合或或覆膜膜

保護(hù)印刷表面、防止卷筒粘連、光澤、控制摩擦系數(shù)、熱封合性、阻隔性等。4.印刷與保護(hù)性涂料主要有有油墨墨、上上光劑劑及印印后的的覆膜膜層二.復(fù)合包包裝材材料制制造技技術(shù)復(fù)合制造技術(shù)指：將上述4種組成材料復(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濕式復(fù)復(fù)合濕法粘粘結(jié)層層合使用液液體膠膠粘劑劑——將在基基材上上后馬馬上復(fù)復(fù)壓上上第二二層材材料干法粘粘結(jié)層層合也稱干干式復(fù)復(fù)合需先蒸發(fā)掉溶劑使用溶溶劑型型膠粘粘劑的的熱型型樹脂脂——聚醋酸酸乙烯烯丙丙烯酸酸酯熱熔或或壓力力層合合利用熱熱熔粘粘合劑劑將兩兩種或或多種種基材材在加加壓下下形成成多層層復(fù)合合材料料的方方法叫叫熱熔熔或壓壓力層層合。2.擠出貼面層合在基材材上擠擠出一一種樹樹脂液液體涂涂布其其上3.擠出塑層合將兩層層不同同樹脂脂經(jīng)擠擠出后后復(fù)合合冷卻卻成一一體三.復(fù)合包包裝材材料的的發(fā)展展1、環(huán)保保型材材料的的發(fā)展展2、復(fù)合合包裝裝材料料向薄薄型化化發(fā)展展3、復(fù)合合基材材日益益多樣樣化4、復(fù)合合包裝裝專用用功能能化發(fā)發(fā)展5、復(fù)復(fù)合包包裝高高功能能化發(fā)發(fā)展6、包裝裝袋向向特、、奇、、新、、展示示性、、方便便性性方方向發(fā)發(fā)展第二節(jié).復(fù)合薄膜和軟包裝復(fù)合材料一.層合復(fù)復(fù)合軟軟包裝裝材料料結(jié)構(gòu)構(gòu)與性性能1.復(fù)合包包裝材材料的的結(jié)構(gòu)構(gòu)及表表示方方法復(fù)合材材料結(jié)結(jié)構(gòu)示示意圖圖（圖圖11-1)見圖11-1結(jié)構(gòu)圖圖示紙紙/塑（PE）/鋁箔/塑（PE）圖中各各層性性能與與作用用：紙——外層，，可印印刷，，用作作包裝裝傳遞遞與保保護(hù)聚乙烯烯（PE）粘合合劑——將紙與與鋁箔箔層合合鋁箔——阻隔（（光和和一些些氣體體）保保護(hù)作作用聚乙烯烯（封封口層層）——用于制制袋時(shí)時(shí)的封封合封封口2.層合包裝材料的性能層合包包裝材材料應(yīng)應(yīng)根據(jù)據(jù)所包包裝產(chǎn)產(chǎn)品的的要求求的目目的而而具備備性能能1）均一性——實(shí)現(xiàn)層合的的效果2）性能間的的互補(bǔ)——取長(zhǎng)補(bǔ)短（（層與層間間）3）層合材料料性能順序序性——內(nèi)、中、外外的選擇4）氣味阻隔隔5）光線的阻阻隔6）機(jī)械性能能的穩(wěn)定和和持久7）特殊性能能要求——產(chǎn)品的要求求，如保香香、保濕等等二.復(fù)合薄膜的的結(jié)構(gòu)1.阻隔性樹脂習(xí)慣上，把把氧的滲透透系數(shù)＜38.9cm3·μm/m2·d·kPa（（23℃））的樹脂叫叫阻隔型樹樹脂。PE－EVOH、PVDC、PAN、EVOH、PA2.復(fù)合膜層間布置結(jié)構(gòu)如外層（印印刷、覆膜膜）、阻隔隔層、粘合合層、熱封封層...對(duì)擠出層合合（共擠樹樹脂膜）有有如下幾種種結(jié)構(gòu)1）單一樹樹脂結(jié)構(gòu)2）不對(duì)稱稱樹脂結(jié)構(gòu)構(gòu)（品種的的不對(duì)稱、、厚度的不不對(duì)稱）3）對(duì)稱結(jié)結(jié)構(gòu)（品種種的對(duì)稱、、厚度的對(duì)對(duì)稱）主要復(fù)合材材料的結(jié)構(gòu)構(gòu)特征與用用途結(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)合合包裝材料料的阻隔性性利用氣體的的擴(kuò)散速率率分析（由由菲克擴(kuò)散散與亨利定定律條件下下）得出：氣體體穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散散速率：

1、多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的滲透性式中：J為氣體擴(kuò)散散率；D為擴(kuò)散系數(shù)數(shù)；（11-1）為氣體沿滲透方向的滲透濃度梯度如果假設(shè)D與濃度C無(wú)關(guān)，由（（11-1）式得(11-2)其中：是在表面1和2上的擴(kuò)散物質(zhì)濃度；L為膜厚。如果氣體或或蒸氣在膜膜中的溶解解服從亨利利定律，則則（11-2）式可改寫寫為（11-3）式中：S是溶解度系系數(shù)；P是滲透系數(shù)數(shù)；是擴(kuò)散氣體體在膜兩側(cè)側(cè)的分壓。。（11-4）常把稱為擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力該式表明，透過薄膜的穩(wěn)態(tài)氣體擴(kuò)散速率與擴(kuò)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，，透過每一一層的擴(kuò)散散速率相等等，并都等等于總的擴(kuò)擴(kuò)散速率，，而使氣體體擴(kuò)散的總總驅(qū)動(dòng)力為為每層的擴(kuò)擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)之之和即：（11-5）則有

（11-6)為每層膜的滲透系數(shù)整理(11-5)和(11-6)有：上式可寫成：公式語(yǔ)言表達(dá)：擴(kuò)散速率J與膜厚成反比，與溶解度系數(shù)P和擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力成正比。一個(gè)是擴(kuò)散散物濃度，，一個(gè)是擴(kuò)擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力力。任取一一個(gè)作比較較（依已知知條件）。。下面我們舉舉例說(shuō)明（（11-8）式的應(yīng)用用。設(shè)某包裝膜膜由5層結(jié)構(gòu)組成成：聚乙烯烯/粘合劑/乙烯-乙烯醇/粘合劑/聚乙烯，在在這個(gè)復(fù)合合結(jié)構(gòu)中有有3種不同的高高分子材料料，他們的的透氧系數(shù)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層結(jié)構(gòu)總的的滲透系數(shù)數(shù)為0.777.由上述計(jì)算算我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，對(duì)于889μm厚的復(fù)合材材料來(lái)說(shuō)，，透氣率為為0.777/889=0.00087，其阻隔性性能幾乎完完全有76.2μμm厚的乙烯-乙烯醇阻隔隔層決定，，阻隔層的的透氣率為為0.066/76.2=0.00087.復(fù)合結(jié)構(gòu)的的其余部分分，只起到到載體作用用。上述分析并并未考慮溫溫度影響，，實(shí)際上溫溫度和濕度度都會(huì)有影影響，一般般t攝氏度上升升，滲透系系數(shù)迅速增增大，有如如下式：

2、溫度變化對(duì)滲透性的影響式中：是一個(gè)與溫溫度無(wú)關(guān)的的系數(shù)；是滲透活化化能；R是氣體常數(shù)數(shù)；T是絕對(duì)溫度度。擴(kuò)散系數(shù)和和溶解度系系數(shù)有類似似的關(guān)系：：式中：

是擴(kuò)散活化能；

是溶解熱。對(duì)照上面公式,有：（即滲透活活化能=溶解熱+擴(kuò)散活化能能）由上述公式式，談?wù)揚(yáng)隨溫度的變變化情況。。（1）溫度上升，滲透系數(shù)增大.（2）對(duì)于等非凝聚性氣體，大多數(shù)氣體滲透都遵循P隨溫度上升而增加的規(guī)律。(3)對(duì)于可凝聚聚氣體，如如水蒸氣，，有機(jī)化合合物蒸氣等等，為為負(fù)值，，為為正值，P的變化復(fù)雜（當(dāng)P不受溫度影影響）。DE

3.相對(duì)溫度變變化對(duì)滲透透性的影響響。對(duì)某些多層層復(fù)合包裝裝材料（如如乙烯-乙烯醇共聚聚物為阻隔隔層），透透氧性還與與溫度（相相對(duì)）有關(guān)關(guān)。即：相對(duì)溫溫度上升，，透氧量增增加，阻隔隔性能降低低。對(duì)于一個(gè)由由多層構(gòu)成成的復(fù)合材材料，位于于第i層的阻隔層層的相對(duì)濕濕度可由下下式求得：：(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。上式的應(yīng)用用舉例：設(shè)一個(gè)多層層復(fù)合包裝裝材料的結(jié)結(jié)構(gòu)為：LDPE/紙/粘合劑/EVOH/粘合劑/PP/離子鍵樹脂脂考慮到粘合合劑層很薄薄，而紙又又不是阻隔隔性材料，，所以對(duì)氣氣體阻隔有有貢獻(xiàn)的結(jié)結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)簡(jiǎn)化為：LDPE/EVOH/PP/離子鍵樹脂脂阻隔性樹脂脂EVOH位于i=2層。如果該該包裝外部部環(huán)境的相相對(duì)濕度（（P0）為65%，而內(nèi)部環(huán)環(huán)境的相對(duì)對(duì)濕度（P4）100%時(shí)，為計(jì)算算阻隔層的的相對(duì)濕度度可先列出出如下數(shù)據(jù)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)據(jù)代入式（（11-6），經(jīng)過運(yùn)運(yùn)算得到阻阻隔層的相相對(duì)濕度為為71.8%。第三節(jié)其他復(fù)合包裝材料最早的在80年代日日本出現(xiàn)蒸蒸鍍SiOx薄膜,又稱稱為GT膜膜或氧化硅硅涂覆膜。。該膜類似與與鍍鋁膜，，具有:透明，高阻阻隔，軟性性，耐熱耐耐侵蝕，易易回收，無(wú)無(wú)污染一.無(wú)機(jī)氧化物物鍍覆薄膜膜

1.技術(shù)現(xiàn)狀技術(shù)特點(diǎn)（原理）硅蒸鍍膜是是利用SiOx在真空中蒸蒸鍍形成微微米級(jí)薄膜膜

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、淀積積法——化學(xué)淀積（CVD）和物理淀積積（PVD）。將液態(tài)有有機(jī)硅在反應(yīng)應(yīng)室內(nèi)氧化反反應(yīng)后在PET上形成SiO2膜。SiO2

鍍膜可用于的鍍膜

其他結(jié)構(gòu)：塑料膜膜＋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)合材料料的阻隔性

2.結(jié)構(gòu)與性能：性能：與用PVDC作阻阻隔層的復(fù)合合材料相比，，GT薄膜復(fù)復(fù)合材料的透透氣性受溫度度影響較小。。

３.前景GT薄膜是鋁鋁箔復(fù)合材料料的理想替代代品。由于它它非常薄，不不會(huì)嗇包裝廢廢棄物回收的的困難。廣泛用于干燥燥食品及水分分高的食品或或液體食品；；藥劑、化妝品品等產(chǎn)品的熱熱封或冷封的的外包裝；還可以用于牙牙膏、調(diào)味品品、一次性醫(yī)醫(yī)用包裝及各各種工業(yè)品、、化工產(chǎn)品的的復(fù)合包裝。。二．多層復(fù)合合塑料容器使用強(qiáng)度好而而且成本低的的塑料以滿足足機(jī)械強(qiáng)度方方面的要求，，而用阻隔性性能好價(jià)格貴貴的樹脂作阻阻隔層。思路：

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

阻隔層制造容器主體體的樹脂，如如PE、PP、PVC、PS等

粘合材料結(jié)構(gòu)層樹脂EVOH為阻隔層的多多層瓶常用作作農(nóng)藥及藥品品包裝。對(duì)飲料中的香香精油等物質(zhì)質(zhì)吸附極少，，故也廣泛用用作桔汁飲料料的包裝。

應(yīng)用舉例HDPE/改性PE/EVOH/改性PE/HDPEHDPE/改性PE/EVOH/改性PE/EVOHPET單層瓶瓶：用作汽水水、礦泉水、、茶等飲料的的包裝。PVDC涂覆覆PET瓶、、PET/MXD6（尼尼龍）：易氧氧化的葡萄酒酒、啤酒等。。PET/EVOH/PET/EVOH/PET5：灌裝蕃蕃茄醬。聚萘二甲酸乙乙二酯（PEN）：替替代PET，，氣密性及耐耐熱性均優(yōu)，，但價(jià)高。

2.層合軟管多層復(fù)合材料料（多達(dá)10層）擠出制取取的軟管。多層復(fù)合材料料（多達(dá)10層）擠出制取取的軟管。工藝為：片材材制管半半成品的裝料料封口。用途：化妝品品、牙膏和藥藥膏等1.外表面2.LDPE和抗靜靜電層3.印刷刷油墨4.白色色LDPE5