包装材料学复合包装材料

• 如：用聚乙烯和聚丙烯作基材时，因为分子的非极性，它 们的表面不会被极性的粘合剂润湿Байду номын сангаас在层合和印刷时，要 经过电晕处理。
7
复合包装材料
(1)溶剂型和乳液型粘合剂。由于纸具有多孔性和亲水 性可采用水基粘合剂与铝箔层合。
• 使用的主要粘合剂是糊精、硅酸钠和酪酸/橡胶胶乳。 粘合剂都要在干燥烘道里加热除去水分或溶剂。
4
复合包装材料
(3)铝箔及蒸镀铝材料。在层合材料中广泛地使用铝箔作阻 隔层。一方面，铝箔闪光的表面和良好的印刷适性，便 它成为理想的包装装演材料，另一方面，铝箔对光、空 气、水及其他大多气体和液体具有不渗透性，并可以高 温杀菌，能较好地保持食品的风味，并可长时间保存食 品。
(4)双向拉伸热定型聚丙烯(BOPP)。双向拉伸聚丙烯是层合 软包装中使用最广的塑料薄膜材料。这种材料可以像玻 璃纸一样被涂布，但又与玻璃纸不同，它可以与其它树 脂共挤塑，生产出具有热封合性的复合结构，以满足各 种不同的需要。用PVDC涂布的BOPP能提供良好的阻隔功 能并具有热封合性。
封合，移掉热源就固化。蜡和热封合塑料薄膜是常用的热 封合材料。 • 在热封合薄膜中，以聚乙烯膜用的最多。 • 热封合涂料和热熔融体也是常用的热封合材料。 • 热封合涂料是以溶液或水乳液状态涂布的涂料。常用的热 封合涂料有醋酸乙烯-氯乙烯共聚物、硝酸纤维素、丙烯酸 系塑料或聚偏二氯乙烯。 • 热熔融体是由各种热塑性树脂、蜡和改性剂组成的。它们 作为涂料在熔融状态下涂在整个材料的表面。乙基纤维素、 硝酸纤维素、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚酰胺是热熔融体的 主要组分。
6
复合包装材料
2.层合粘合剂
• 粘合剂的主要功能是将两种材料粘合在一起，但粘合剂常 常还赋予层合材料其他的功能。
• 为了使两种材料粘合在一起，必须使材料表面具有“可润 湿性”。？
• 粘合剂必须能在基材的表面均匀流动。粘合剂对表面的润 湿程度取决于粘合剂的表面张力和基材的表面能。电晕处 理可以使非极性的塑料簿膜表面改性，变为极性表面，从 而改变材料的表面能。
• 图11-1所示的典型层合结构可以表示为纸/聚乙烯/铝箔/聚乙 烯。写在前面的是外层，写在后面的是与产品接触的内层。 外层纸在这里提供了拉伸强度和印刷表面，铝箔提供了阻隔 性能，聚乙烯提供了粘合和热封性能。
• 由于将各层结合在一起的方式很多，所以很难用一种体系来 说明所有的不同的复合结构。但在一个复合材料中却经常可 以分为外层、阻隔层、粘合层、内层这样一些有鲜明界面的 结构。
(2)热塑性和热固性粘合剂。 热塑性粘合剂加热时软化，去掉热源时凝固；再加热 时还会软化。因此用热塑性粘合剂层合的材料缺少耐 热性。 • 广泛使用的热塑性粘合剂是增塑的醋酸乙烯-氯乙烯共 聚物及乙烯-醋酸乙烯共聚物。
• 软包装层合材料经常使用热固性粘合剂。两个基材结 合时，粘合剂发生固化反应，使它们牢固地粘合在一 起。
16
复合包装材料
三、复合包装材料的发展
• 复合包装材料的发展在整个包装工业中占有举足轻 重的地位，许多新技术、新工艺将在复合包装材料 中得到应用，并继续推动包装科学的进步。
• 然而，多层复合材料的出现也带来了包装废弃物回 收方面的新问题。为了方便回收，应该尽量采用单 一材料的包装；而为了满足包装多功能的需要，应 采用多种材料的组合。
(5)双轴取向热定形聚酯(BOPET)。双轴取向聚酯具有极好 的尺寸稳定性、耐热性及良好的印刷适性，因而它是广 泛应用的层合结构中的外层组分。
5
复合包装材料
(6)尼龙与取向尼龙(ON)。虽然尼龙的潮气阻隔性并不 好，但具有较好的阻氧性能。如果用挤出涂布方法将 尼龙与一种阻湿性好的材料如聚乙烯或聚偏二氯乙烯 事先层合，则可成为对氧和水蒸气阻隔性都很好的包 装材料。这种复合材料经常用来包装鲜肉及块状干酪。
21
复合包装材料
• (3)层合材料中，阻隔层的次序。如前所述，阻隔性材 料耍尽量靠近产品。例如，如果产品是容易吸湿或容易 失去水分，作为阻隔层的铝箔应与产品之间至多只隔一 个热封合层。必须考虑暴露于大气中的包装材料边缘在 大气和被包产品之间对水蒸气压平衡所起的作用及对气 体阻隔性的影响。
• (4)气味阻隔性。至今，还不能总结出包装材料对各种气 味阻隔性的一般规律。在考虑香味与包装材料的相互作 用时，必须了解某些聚合物材料会吸收某些气味，使产 品失去香味的情况。例如，聚烯烃会吸收各种香精油。 当多层结构的内层是聚烯烃和铝箔时，香精油透过聚烯 烃会破坏粘合，造成脱层。如果产品中含有有机酸，则 有机酸会与香精油一起通过聚烯烃，并与铝发生反应。 对这一问题，只要在铝箔和聚烯烃之间加上一层保护性 涂层就可以解决。
• 经过取向的尼龙能够提高抗拉强度和氧气阻隔性、减 小延伸性和降低热成型性。取向尼龙也具有极好的抗 戳穿强度，因此它常用作层合结构中的外层组分。如 用于立式成型-充填-封口的咖啡包装，其结构为取向 尼龙-聚偏二氯乙烯-印刷/低密度聚乙烯。
(7)共挤塑包装材料。聚乙烯和聚丙烯是共挤塑包装薄 膜用的主要聚合物材料。这类材料具有成本低、适应 性广和易加工的突出特性。低密度聚乙烯和线性低密 度聚乙烯具有优良的韧性和热封性。高密度聚乙烯能 提供隔湿性及加工性；聚丙烯可以取向拉伸，从而得 到高冲击、高劲度性能。
• 蜡是最早用作热熔层合的粘合剂。最广泛应用的热熔粘合剂是 乙烯-醋酸乙烯共聚物，它可以用多种添加剂改性以适应不同的 需要。热熔粘结层合中需要较高的压力和温度。
14
复合包装材料
2.挤出贴面层合技术
• 挤出贴面或挤出涂布是一种把挤出机挤出的熔融的热塑 性塑料贴合到一个移动的基材上去的工艺方法。
• 基材提供多层结构的机械强度，而聚合物则提供对气体、 水蒸气或油脂的阻隔性。
2
复合包装材料
一、复合包装材料的组成
• 复合包装材料分为基材、层合粘合剂、封闭物及热封 合材料、印刷与保护性涂料等组分。
3
复合包装材料
1.基材
(1)纸张。由于纸的价格低廉、种类齐全、便于印刷粘 合，能适应不同包装用途的需要，在层合材料中 广泛地用作基材。
(2)玻璃纸。玻璃纸是第一个用于包装的透明软材料。 未涂布防潮树脂的玻璃纸很容易吸潮变软、变形。 用于层合的玻璃纸一般在其一面或两面涂布聚偏 二氯乙烯。聚偏二氯乙烯-玻璃纸-聚偏二氯乙烯/ 粘合剂/聚偏二氯乙烯-玻璃纸-聚偏二氯乙烯的这 种对称层合结构已用于立式成型-充填-封合的糖 果包装。假如上述结构中的粘合剂使用聚乙烯， 则这种层合材料能形成高强度的气密性封合。
• 包装工作者为使二者相协调作了很多工作，开发了 性能更好的多功能单层材料和便于回收的复合材料。
17
复合包装材料
§11.2 复合膜薄和软包装复合材料 • 一、层合复合软包装材料的结构与性能
18
复合包装材料
1.复合包装材料的结构及表示方法
• 在包装技术中，经常用简写的方式表示一个多层复合材料的 结构。
• 例如，由高密度聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物的共挤塑 薄膜可以代替取向聚丙烯和低密度聚乙烯的层压复合膜。 以前，这个层压膜需要4道工序:聚丙烯薄膜的制造，聚 丙烯薄膜的取向，聚乙烯薄膜的制造，两种材料的粘结 层压复合。
• 共挤塑层合技术是用最低的材料成本生产最佳性能包装 材料的新技术，具有非常好的发展前景。
第十一章 复合包装材料
§11.1概述
1
复合包装材料
复合包装材料
• 广义来说，复合材料包括一切两个或两个以上组分的结构体。 • 复合包装材料：是利用层合、挤出贴面、共挤塑等技术将几
种不同性能的基材结合在一起形成的一个多层结构，以满足 运输、贮存、销售等对包装功能的要求及某些产品的特殊要 求。 • 品种：纸/塑、纸/铝箔/塑、塑/塑、塑/无机氧化物/塑等许多 种，其中的塑料和其他组分可以是一层或多层；可以是相同 品种或不同品种。 • 根据多层复合结构中是否含有加热时不熔化的载体(铝箔、纸 等)，可以将复合材料分为层合软包装复合材料和塑料复合薄 膜。
19
复合包装材料
20
复合包装材料
2.层合包装材料的性能
• (1)均一性。由于纤维素和塑料薄膜的渗透性是均一的， 故包装的渗透性可以用表面积来测量和表示。
• 铝箔具有针孔，用铝箔作阻隔层的复合材料，在整个面 积上的渗透性就不均一，需对实际包装进行测试。
• (2)性能之间的相互关系。阻隔性材料之间的相互关系 是不能假设的。例如，人们把塑料材料的氧气透过率与 香气透过率互相联系，但实验证明它们之间没有什么关 系。
13
复合包装材料
1.层合
(1)湿法粘结层合。湿法粘结是指将任何液体状粘合剂加到基材上， 然后立即与第二层材料复合在一起，从而制得层合材料的工艺。
• 最早应用的粘合剂是干酪素和硅酸钠。 • 如果粘合剂是溶剂型的，薄材中必须有一层是渗透性的，以便
能蒸发掉溶剂。如果用水基粘合剂，则至少要有一种吸水材料。 纸是常用的基材，缺点是耐水性差。 (2)干法粘结层合。在涂布粘合剂于基材上之后，必须先蒸发掉溶 剂，然后再将这一基材在一对加热的压辊间与第二层基材复合。
• (5)其他粘合剂。用可热封合聚偏二氯乙烯涂覆的两个 薄膜可以加热加压复合；铝箔在加热加压下可以与预 先涂蜡的薄页纸粘合。在对粘合强度要求不高的时候， 印刷油墨也可以作为粘合剂使用。这种技术经常用于 聚乙烯-印刷-聚乙烯的香肠型包装层合材料。
9
复合包装材料
3.包装封闭物与热封合材料
• 封闭包装的方法有热封合、冷封合和粘合剂封合。 • 热封合是利用多层结构中的热塑性内层组分，加热时软化
22
复合包装材料
(5)光的透过性。多层软包装材料可以是透明或不透明，或 介于二者之间。 •铝箔能提供最高限度的不透明度和光的隔绝性。 •聚合物中加入颜料，就可以得到透光性不同的材料，透光 的程度决定于颜料和薄膜的厚度。
• 印刷不仅使包装具有引人注目的外观，而且在 膜的反面印刷，可以提供高光泽和极好的耐擦 性，对透明薄膜提供遮光性能。
• 多层软包装的保护性涂料的功能:保护印刷表面、 防止卷筒粘连、光泽、控制摩擦系数、热封合 性、阻隔性等。涂在油墨层上的涂料可由许多 不同的树脂或树脂混合物配制，并可加入添加 剂。硝酸纤维素、乙基纤维素、丙烯酸系塑料、 聚酰胺等树脂都可用作保护性涂料。
这是干法粘结层合与湿法粘结层合的基本区别。
• 干法粘结层合通常使用溶剂型粘合剂，如聚醋酸乙烯、丙烯酸 酯聚合物等热塑型树脂。
(3)热熔或压力层合。利用热熔粘合剂将两种或多种基材在加热加 压下形成多层复合材料的方法叫热熔或压力层合。
• 热熔粘合剂或热熔胶可以定义为以热塑性聚合物为主的固体粘 合剂。它以熔融态施用，冷却固化后即完成粘合。
• 在挤出贴面层合技术中，使用的聚合物材料有聚乙烯、 聚丙烯、离子键聚合物、尼龙、乙烯-丙烯酸共聚物、 乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物等。
15
复合包装材料
3.共挤塑层合技术
• 共挤出薄膜:通过一个模头同时挤出形成有明显界面层的 多层薄膜。
• 由于共挤塑技术可以把不同包装功能的不同材料一步成 型，因而大大降低了包装成本。
10
复合包装材料
• 如果用改性橡胶基物质作封合材料，则不用加热 只要加压就能封合，这些封合材料称为冷封合涂 料或压敏胶。冷封合涂料只能自身封合而不能与 其它材料封合。最常见的冷封合涂料是涂在包装 袋边的边缘涂料。
• 粘合剂封合在多层包装中应用并不广泛，只用于 含纸的包装材料。
11
复合包装材料
4.印刷与保护性涂料
• 最普通的热固性粘合剂是聚氨酯和聚酯-聚氨酯。热固 性粘合剂的抗热性、抗化学性、抗渗性都可以随配方 而变化。
8
复合包装材料
• (3)挤塑粘合剂。聚乙烯和乙烯共聚物是广泛应用的挤 塑粘合剂。在没有铝箔的情况下，层合材料中的共挤 塑乙烯层能起防潮作用。
• (4)蜡及蜡混合物。石蜡和微晶石蜡常用于不需要高粘 合强度和高耐热性情况下的 粘合。可以向蜡中添加低 分子量聚乙烯、乙酯共聚物或其他树脂以改进粘合力、 热粘性和层合材料的挺度或柔韧性。
12
复合包装材料
二、复合包装材料制造技术
• 将各类包装材料复合在一起形成一个多层复合结构的 方法有层合(包括湿法、干法和热熔层合)、挤出贴面 和共挤塑等方法。
• 新型的挤出贴面层合技术，使以往用粘合剂形成层合 材料再用热封合涂料使材料形成包装这两种完全不同 的工艺过程统一起来，因为在挤出贴面和挤出层合工 艺中，同一种材料既可以作粘合剂又可以作热封涂料。 这种新技术导致各种新型包装不断出现。