近年来,全球对金属薄膜的意愿呈大幅下降的态势,特别是包装方式不断由硬包装向软包装转变,这只是实现薄膜材料需求下降的主要原因。那么,塑料薄膜的类型及功能你都清楚吗?
高阻隔性金属包装材料
指金属制品对小分子氮气、液体、水蒸汽、香味等的屏蔽能力,它对食品起到了保质、保鲜、保风味以及延长货架寿命的作用。在包装市场中,尤其是饮料、医药包装中,越来越注重阻隔性软包装材料的使用,也因其用途性、质轻、便于加工运输,阻隔性金属包装材料在近几年取得了迅速发展。
普通双层膜的阻隔性能如下表:
单层膜的阻隔性能通常,对于大个别食品包装来说,需要进行复合等下一步处理。
随着行业包装功能的降低或者环境观念的提升,产品利润的性价比也越显重要。软塑包装已经由过去单层薄膜向多种类、多作用的复合包装膜发展。
食品包装用涂布膜
他们经常希望能看见包装内的饮料,以安心地了解自己到底买的是哪个,这是个演进趋势。某些食品必须采取防光照和防紫外线的包装,以超过对制品的保护,这些对光很脆弱的制品可以用锡箔及铝箔复合膜来包装,形成对气体和灰尘的阻隔。有些食品不应该光阻隔,为了推动产品的经销,生产厂商会尽量选用透明阻隔膜包装。
市场上透明阻隔食品包装膜最普遍是使用涂布膜来推动,尤其是轻量食品包装行业如面包、巧克力、奶酪等包装,全球的容量已经超过20万吨,且存在仍然下降的态势。
高阻隔涂布膜
涂布是在基板表面涂层覆盖上一些有特殊用途的涂覆的过程,通过刻蚀可赋予薄膜一些原基材不具有的或非常差的新用途如阻隔性能、保香性能、热封性能并且很好的印刷性能,同时可以满足包装上耐巴氏消毒及耐蒸煮性等。
常用的基材有:BOPP、BOPET以及BOPA
现在市场上用量最大的阻隔涂布食品包装膜就是PVDC涂布膜(以下简称K膜),PVDC对气体的高阻隔性使它特别适宜包装食品和动物产品;它对水蒸汽的阻隔性能使它在包装饼干类产品时,能保持食品的新鲜美味的特征;PVDC对味道的阻隔性能使制品口味不变,香味不变,延长货架寿命。且PVDC符合FDA法规,可直接接触食品。
PVDC涂布膜(K膜)可以和多种材料复合,根据包装物的规定,选择适合的材料:
涂布产品的结构
涂布产品制造工艺步骤
针对一些轻量食品阻隔性包装,其热封强度只应该2-4N/15mm,如果复合热封层PE/CPP(>10N/15mm)进行包装,会导致包装浪费。可借助两面涂布膜达到既有阻隔性能又有热封性能,替代阻隔复合包装塑料包装材料有哪些,节约成本。
因为涂布膜制造工厂都是卷膜,对于双面涂布膜,最大的难题就是运输过程中的双面高分子涂层的粘连问题,以及后续应用时走机不顺畅,所以在涂布过程中,会在涂料中添加爽滑剂或者抗粘连剂,这些溶剂会逐渐析出到镀层表面,达到抗粘连以及走机顺畅的目的。
市场常规阻隔食品包装材料的阻隔性能如下表:
市场常规阻隔食品包装材料的优缺点如下表:
食品包装的趋势
1.透明
2.安全环保
3.满足食品货架期要求
然而针对包装材料,需要寻求环境友好型、功能更强、成本更合适的高阻隔材料。
环保高阻隔水性乳液---聚烯烃醇阻隔涂料
结构式:-[CH2CH(OH)]n-
优点:分子结构致密性高,其阻隔性能优于PVDC
缺点:由于富含大量羟基,在环境中PVOH涂层吸水性很强,限制其应用。
为了促使PVOH涂料可以直接应用于涂布,市场上已有技术借助助剂将其高分子链上的部分羟基屏蔽,然后在油漆中添加纳米材料,使其受环境温度影响小,应用涂布技术制成涂布膜,然后PVOH涂层上进行印刷复合,一般应用于高糖量、高油脂类或者水果制品。
坚果市场常见包装结构对包括下表:
常见高阻隔材料
现在,高分子材料中常见的阻隔材料主要有下面几种:
1.聚偏氯乙烯(PVDC)
PVDC对气体和水蒸汽具有优异的阻隔性。
PVDC的高结晶性、高密度或者疏水基的存在并且其透氧率和透水气率极低塑料包装材料有哪些,从而使PVDC具有优异的气体阻隔性,与其它材料相比可以更好的延长包装物品的保质期,加之其印刷适应性好,易于热封,因而被广泛应用于饮料与药品包装领域。
2.乙烯-丁烯醇官能团(EVOH)
EVOH是烯烃和乙炔醇的硅氧烷,具有相当好的阻隔性能。这是由于EVOH的分子链上带有羟基,而分子链上的胺基之间易生成可溶,使分子间作用力推动,分子链堆积更紧密,使EVOH的结晶度较高,从而具备出色的阻隔性能。
然而,EVOH结构中带有大量具备亲水性的硫醇,使得EVOH易吸湿,从而使阻隔性能大大增加;另外,分子内与分子间带有较大的内聚力及高结晶度引起其热封性能较差。
3.聚酰胺(PA)
通常而言,尼龙的阻气性好,但对水蒸汽的阻隔性较好,吸水性强,且随吸水量的降低而溶解,使阻气、阻湿性能大幅增加,其密度和包装规格的稳定性也会得到影响。
另外,尼龙的机械性能优良,强韧耐磨,耐寒耐热性好,化学稳定性好,易加工,印刷性好,但热封性差。
PA树脂带有一定的阻隔特性,但吸湿率大,因而妨碍其阻隔性,所以通常也不能作外层。
4.聚酯类(PET、PEN)
聚酯中最常用和应用最广泛的阻隔材料是PET。PET由于物理结构对称,分子链平面性较差,分子链堆砌紧密,容易结晶取向,这些特征并且其具备出色的阻隔性能。
而近年来应用发展很快的也有PEN,它有着良好的耐水解性、耐物理药品性和耐紫外性。PEN的结构与PET相似,不同的是PET主链中含有双键,而PEN主链中为萘环。
因为萘环比苯环具有更大的支链效应,分子链刚性更高,结构更呈平面性,因而PEN具有比PET更出色的综合性能。
高阻隔材料的阻隔技术
为了提升阻隔材料的阻隔性能,目前常运用的科技方式主要有下面几种:
1.多层复合
多层复合是指借助一定的工艺将两种或几种阻隔性能不同的薄膜复合到一起。这样一来,渗透分子要想到达包装内部就得借助几层膜,相当于延长了渗透路径,从而使阻隔性能受到增强。
该方式是综合了诸多膜的特点而合成出的一种综合性能出众的复合薄膜,其工艺简单。
然而与本征型高阻隔材料相比,用此方式合成薄膜较厚,容易出现气泡或损坏褶皱等妨碍阻隔性能的弊端,而且对设施要求相对复杂,成本较高。
2.表面涂覆
表面涂层即借助化学气象沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、分子层沉积(MLD)、层层自组装(LBL)或磁控溅射沉积等科技在聚合物表层沉积金属氯化物或硫化物等材料,从而在薄膜表面产生致密且阻隔性能优异的涂层。
然而,这些方式存在过程费时、设备昂贵和工艺复杂等弊端,而且涂层在服役过程中有也许造成针孔、裂纹等缺陷。
3.纳米复合材料
纳米复合材料是运用不可渗透且带有大的长径比的点状纳米微粒通过插层复合法、原位聚合法或胶束-凝胶法合成的介孔复合材料。片状纳米微粒的加入这除了可以减少模式中聚合物基体的密度分数,以减少渗透分子的溶解度,而且还无法延长渗透分子的渗入路径,降低渗透分子的扩散速度,使阻隔性能受到改进。
4.表面改性
聚合物表层由于一直与外界环境接触,容易对聚合物的表层吸附、阻隔性、印刷形成制约。
为了让聚合物能更好的应用于日常生活,通常对聚合物的表层进行处理。主要包含:表面物理处理、表面接枝改性或者等离子体表面处理。
这类方式技术条件规定容易满足,设备较简单,一次性投资费用低,但达不到大量稳定的效果,一旦表面遭到毁坏,阻隔性能会得到严重制约。
5.双向拉伸
通过单向拉伸可使聚合物薄膜在纵横两个方向上进行取向,使分子链排列的有序度提升,堆砌更紧密,从而使小分子更难通过,进而提高阻隔性能,这种方式使本征型高阻隔聚合物薄膜的纯化工艺复杂化,且阻隔性能也难有受到明显提升。
通用塑料
1.PE
2.PP
3.PVC
4.PS
5.ABS
工程塑料
1.PC-聚碳酸酯(防弹胶)
2.PA聚酰胺
3.POM聚甲醛
4.饱和聚脂
5.聚苯醚
特种塑料
1.耐热型塑料
1)高温尼龙
2)聚苯硫醚-PPS
3)聚砜
4)聚酰亚胺
5)聚芳醚酮
6)液晶聚合物-LCP(沃特2015年中国投产)
阻隔塑料
耐腐蚀金属
光电树脂
降解塑料
1.聚乳酸
2.聚烃基烷胺类
3.聚脂肪族酯
4.聚己内酯
5.二氧化碳共聚物(APC)
化纤
1.聚酰胺类
2.聚酯类
3.聚丙烯腈
4.聚丙烯
5.聚氨酯
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