纸铝塑复合软包装材料的研究_梅星贤

长沙理工大学陈启杰 将 ［９］ 原纸板的性能特点
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２０１２ 年 第 ４ 期 《黑 龙 江 造 纸 》
归纳为以下五个 方 面：较 高 的 机 械 度 和 较 低 的 纵 横度 比；较 高 的 挺 度；较 高 的 耐 压 强 度；较 高 的 平 整 度 ；较 高 的 抗 水 性 能 。
２ 纸 铝 塑 复 合 软 包 装 材 料 中 的 原 纸 板
作为复合软 包 装 材 料 的 用 纸，原 纸 板 要 经 过 印刷、复 合、打 孔、折 叠 成 形、过 氧 化 氢 浸 涂、高 温 （１１０～１１５℃）瞬 间 消 毒、粘 合 等 处 理 工 序。 为 了 满足原纸板在复 合 软 包 装 材 料 中 的 要 求，对 原 纸 板的作用、性能特 点 和 生 产 工 艺 的 考 察 显 得 尤 为 重 要 。 ［５，６］ ２．１ 原 纸 板 在 复 合 材 料 中 的 作 用
在 复 合 包 装 中，铝 箔 起 着 非 常 重 要 的 作 用 。 ［１３］ 铝箔质 地 紧 密，有 效 地 防 止 饮 品 的 渗 出； 其具有很好 的 防 湿 性，避 免 饮 品 的 吸 潮。 铝 箔 表 面自然形成 氧 化 膜，可 以 防 止 饮 品 的 挥 发。 铝 箔 可 以 反 射 光 线 ，避 免 紫 外 线 的 不 利 影 响 ，延 长 饮 品 的保质期。 ４．２ 铝 箔 的 性 能 特 点
表 ２ 铝 箔 厚 度 与 针 孔 数 量 的 关 系
铝箔厚度／μｍ 针孔数量／ｍ２ 铝箔厚度／μｍ 针孔数量／ｍ２
６．３８ ７．０１ ８．５７
４３０５．２ ２１８３．８ ２２０．３
１２．７０ ２５．４ ＞２５．４
１０７．８ 无针孔 无针孔
表 ３ 铝 箔 不 同 厚 度 时 的 质 量 和 强 度
纸铝塑复合软 包 装 材 料 以 纸 板、聚 乙 烯 塑 料 和铝 箔 为 主 要 基 材，此 外 还 含 有 少 量 油 墨、涂 料、 胶黏剂等成 分。 不 同 用 途 的 包 装 中，各 种 部 分 材 料的含量也不完全相同，以“砖型”利乐包 为 ［３］ 例， 纸板、聚 乙 烯 塑 料 和 铝 箔 的 含 量 分 别 为 ７３％、 ２０％ 和 ５％ 。
［关 键 词 ］ 纸 铝 塑 ；性 能 特 点 ；包 装 材 料 ；复 合 工 艺
随着 经 济 的 高 速 发 展 和 生 活 水 平 的 不 断 提 高，人们对包装材料健康和安全越来越重 视［１］，越 来越多的人和企业投入到对包装材料的研究中。 由于各种包装 材 料 性 能 大 不 一 样［２］，单 独 的 某 一 种或一层包装材 料 很 难 达 到 产 品 的 要 求，因 此 人 们将两种或两种以上的包装材料用一定的复合方 式制成复合包装。纸铝塑复合软包装就是在这种 趋势下形成的一种包装形式。
铝箔厚度／μｍ 质量／ｇ·ｍ－２ 拉伸强度／ＭＰａ 撕裂强度／ｋＰａ
７
１８．９７０
１８１
５０
８
２４．３９０
１７４
６０
１０
２７．１００
１９３
９５
１２
３２．５２０
１８７
１２０
２５
６７．７５０
２０１
２５６
３０
８１．３００
１８７
３００
５０
随热封温度的高 低 而 波 动，只 要 在 较 低 的 起 始 热
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封 温 度 下 热 封，就 有 可 靠 安 全 的 热 封 剥 离 强 度。
同 时 这 类 聚 乙 烯 还 具 有 强 韧 ，耐 低 温 性 优 ，冲 击 强
度高，撕 裂 强 度 高，绝 对 无 菌 等 特 性。 以 某 一
２５０ｍＬ 成品 包 装 盒 为 例，其 规 格 数 据 如 表 １ 所
·论文与综述·
纸铝塑复合软包装材料的研究
纸铝塑复合软包装材料的研究
梅 星 贤 ，张 素 风
（陕西科技大学 轻工与能源学院，陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室，陕西 西安 ７１００２１）
［摘 要］ 使用 ＳＥＭ 观察纸铝塑复 合 软 包 装 材 料 的 横 截 面，对 其 进 行 结 构 分 析；考 察 原 纸 板、塑 料 、铝 箔 分 别 在 复 合 材 料 中 的 作 用 、性 能 特 点 ；并 介 绍 了 纸 铝 塑 复 合 软 包 装 材 料 的 复 合 工 艺 。
层双聚乙烯层厚 度 为 ４０～６０μｍ，封 口 强 度 要 好， 对铝箔的粘合层 剥 离 强 度 也 要 好；同 时 不 含 添 加
剂，对食品绝 对 无 毒 无 异 味。 其 中 与 饮 品 直 接 接
触的 ＰＥ 需要有极好的热封制袋性 和 良 好 的 低 温
热 封 性 ，保 证 在 液 面 下 能 够 热 封 制 袋 ，热 封 牢 度 不
铝箔的主 要 性 能 特 点 为：高 阻 隔 性，力 学 性 能 ，耐 高 低 温 性 和 较 好 的 光 学 性 能 。
纸铝塑复合软包装材料的研究
铝箔的阻隔性 并 非 是 绝 对 的，它 与 铝 箔 的 厚 度有很大 的 关 系 。 ［１４］ 包 装 中 一 般 用 到 的 铝 箔 较 薄，为 ７～５０μｍ。 铝 箔 过 薄 时，会 使 铝 箔 产 生 针 孔 缺 陷 ，使 得 阻 隔 性 能 降 低 ；太 厚 会 增 加 包 装 盒 的 成本及重量。铝箔厚度与针孔数量的关系如表２ 所 示 ，铝 箔 不 同 厚 度 时 的 质 量 和 强 度 如 表 ３ 所 示 。
在 成 型 过 程 中 ，要 预 先 对 材 料 打 折 ，打 折 成 角 的地方容易造成 包 装 物 的 渗 漏，因 而 原 纸 板 必 须 具有一定的机械强度。纵横强度比大的原纸板， 总有一方（纵向或 横 向）是 弱 势，弱 势 一 方 容 易 损 坏，因而原纸 板 要 具 有 较 低 的 纵 横 强 度 比。 原 纸 板还要具有一定 的 抗 弯 曲 能 力，在 外 界 干 扰 下 能 保持原形，这 就 要 求 原 纸 板 具 有 较 高 的 挺 度。 商 品 在 整 个 流 通 过 程 中 要 经 过 包 装 、运 输 、销 售 等 环 节 ，包 装 物 要 有 一 定 的 耐 压 强 度 ，在 流 通 领 域 中 承 受一般压力时不 易 破 损，因 此 要 求 原 纸 板 具 有 一 定的耐压强度。原纸板与铝箔之间的塑料粘合层 非 常 薄 ，在 原 纸 板 打 孔 过 程 中 ，其 表 面 必 须 非 常 平 整，否则打孔 时 不 是 粘 连 不 断 就 是 打 孔 过 头。 因 此原纸板既要做 到 密 度 一 致 保 持 印 刷 效 果，又 要 保持表面平 整 一 致，以 保 证 半 打 孔 的 质 量。 原 纸 板成型之前要经高浓度的过氧化氢于高温处理， 施胶不良的原纸板在此过程中会遭受到严重的破 坏。为防止原纸 板 在 消 毒 过 程 中 被 破 坏，对 原 纸 板 进 行 重 施 胶 ，使 原 纸 板 具 有 较 高 的 抗 水 性 能 。
示。
表１ 某一２５０ｍＬ 成品规格数据表
拉伸 封合 强度 强度 ／ＭＰａ ／Ｎ
复合层 塑料膜 与纸的 粘结度
／％
表层塑 料膜剥 离强度
／Ｎ
内层膜 内层塑 表对内 剥离 料膜 静摩擦 强度 定量 系数 ／Ｎ ／ｇ·ｍ－２ ／μｓ
内对内 静摩擦
系数 ／μｓ
纵向５５接搭１３０ 横向２９对接３０ ８０ ３．５ ４．５ ３５ ０．５ ０．４
从图１，图２分析得出，纸 铝 塑 复 合 软 包 装 一 般由６层材料组 成，其 总 厚 度 约 为 ３２０μｍ。 从 外 至内 分 别 为 聚 乙 烯 层、印 刷 油 墨 层、原 纸 板 层、聚 乙 烯 层 、铝 箔 、双 聚 乙 烯 层 。
收 稿 日 期 ：２０１２－０９－０７ 基金项目：国家自然科学青年基金（编 号：３１１００４４３），陕 西 省 教 育 厅 专 项 项 目 （编 号 ：２０１０ＪＫ４５７）；制 浆 造 纸 工 程 国 家 重 点 实 验 室 开 放 基 金 项 目 （编 号 ：２０１０２６） 作者简介：梅星贤（１９８７－），男，汉 族，陕 西 科 技 大 学 在 读 研 究 生 ，主 要 研 究 方 向 ：废 弃 液 体 包 装 盒 的 回 收 。
４ 纸 铝 塑 复 合 软 包 装 材 料 中 的 铝 箔
铝箔是用高纯度铝经多次压延而成的极薄印 刷基材，比其 他 金 属 具 有 更 好 的 延 展 性。 在 纸 铝 塑复合包装材料 中，铝 箔 作 为 一 种 重 要 基 材 有 着 其他高分子和薄膜无法比拟的作用和特点。由于 铝 箔 容 易 起 皱 、不 耐 折 、易 撕 裂 、不 可 热 封 、易 被 酸 碱 所 腐 蚀 ，不 能 单 独 将 铝 箔 作 为 包 装 材 料 ，而 是 把 它与 纸 或 塑 料 复 合 在 一 起 作 为 阻 隔 层 来 使 用 。 ［１１，１２］ 铝箔分为硬 铝 箔 （药 片 或 胶 囊 的 泡 罩 包 装 ）和 软 铝 箔 （一 般 作 复 合 软 包 装 材 料 使 用 ），硬 铝 箔 厚 度 在 ２０～２５μｍ，软 铝 箔 厚 度 在 ７～９μｍ。 ４．１ 铝 箔 在 复 合 材 料 中 的 作 用
陈俣杉 研 ［１０］ 究复合膜热 封 制 袋 工 艺 时，发 现 聚乙烯选用无添 加 剂、粘 结 性 和 密 封 性 等 加 工 性
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好、相对 密 度 为 ０．９１７～０．９２５ 的 低 密 度 聚 乙 烯
（ＬＤＰＥ），热 封 效 果 很 好。 纸 铝 塑 复 合 材 料 中 的
外层聚乙烯要求 透 明 性 良 好，厚 度 为 １０～３０μｍ。 中间层聚乙烯在熔融状态下粘结性能要好。最内
纸铝塑复合 材 料 共 有 ３ 层 聚 乙 烯 层，每 层 聚 乙烯所起的作用也不完全相同 。 ［８］ 最外一层 聚 乙 烯也叫 ＰＥ 油墨保护层，保护印 刷 图 案 不 被 污 染， 同时应有良好的热封性。中间层聚乙烯为挤出流 涎复合 ＰＥ，其作用是将原纸板和铝箔进行压贴复 合。最内层 双 聚 乙 烯 层 塑 料 分 别 为 挤 出 粘 结 用 ＰＥ 和直接接触饮品的 ＰＥ。双聚乙烯层既能与铝 箔 很 好 地 复 合 ，又 能 直 接 接 触 饮 品 ，保 护 饮 品 。 ３．２ 聚 乙 烯 的 性 能 特 点
原纸板为复合 材 料 的 主 体，其 作 用 是 用 于 提 高纸盒的强 度 与 硬 度，并 有 避 光 的 作 用。 以 三 层 纸 板 为 例 ，面 层 主 要 功 能 是 提 供 印 刷 和 强 度 功 能 ， 芯层主要功能是 提 供 挺 度 和 耐 破 度，底 层 主 要 作 用是提高成纸的物理强度 。 ［７，８］ ２．２ 原 纸 板 的 性 能 特 点
１ 纸 铝 塑 复 合 软 包 装 的 结 构
利乐包为一 种 典 型 的 纸 铝 塑 复 合 包 装，其 复 合 材 料 结 构 紧 密 ，性 能 优 良 。 对 利 乐 包 结 构 分 析 ， 能很好地再现 纸 铝 塑 复 合 层 的 微 观 结 构。 将 “砖 型”利乐包拆开，并 沿 横 截 面 快 速 切 开，使 用 扫 描 电子显微镜 观 察 横 截 面 的 微 观 形 态 结 构，如 图 １ 所示；根据复合层微观结构和考察资料［４］，得 出 复 合 材 料 的 结 构 示 意 图 ，如 图 ２ 所 示 。
除此之外，原 纸 板 要 求 绝 对 无 缺 陷，如 孔 洞、 针 眼 等 纸 病 ；无 尘 埃 、杂 质 ，无 毒 和 异 味 ；有 害 重 金 属离子含量达到食品包装用纸要求。
３ 纸 铝 塑 复 合 软 包 装 材 料 中 的 聚 乙 烯
聚乙烯，简称 ＰＥ，是世界上产量最大的塑料， 用途十分广泛。在塑料复合包装中聚乙烯的使用 量最多，其消耗量 占 总 的 塑 料 包 装 消 耗 量 的 三 分 之一，聚乙烯的选 用 对 包 装 材 料 的 性 能 有 着 非 常 关键的作用。 ３．１ 聚 乙 烯 在 复 合 材 料 中 的 作 用