复合包装材料学

复合包装材料
以下纯属个人观点，仅供参考。

大家看课件时多注意“包装工程专业硕士研究生课程第二讲第四节的内容”
试题：给几种包装对象（食品居多）（可能给出一些指标要求：如pH值、最大水分、氧气含量等），给出几种包装材料基材（可能给出一些基材指标特性：如透湿、透氧系数等）（此处涉及计算），要求选择几种（通常3种）材料制成复合包装薄膜包装食品，写出选择理由、材料特性，写出制成这种复合薄膜的加工工艺，最后写出要检测此薄膜的哪些性质以及检测方法。

以“红烧排骨”为例，非标准答案如下：
一、选择材料基材：PA、Al（铝箔）、CPP
二、设计理由：由于包装对象为肉类熟食，因此要求包装阻隔性好、耐骨头刺破，为符合灭菌要求，包装袋应在121℃蒸煮条件下不破、不裂、不收缩、无异味。

三、复合薄膜各层要求
外层：美观、阻隔性好、机械强度高、耐磨、易加工、可印刷、安全卫生中层：机械强度高、阻隔性好、加工性好（易粘合）
内层：机械强度高、阻隔性好、稳定性好、无毒、安全卫生、热封性好
四、基材选择理由：
外层PA：耐高温、强度大、柔韧性、阻隔性好、耐穿刺
中间层Al（铝箔）：阻隔性极佳、耐高温，可用于135℃超高温蒸煮
内层CPP：耐高温蒸煮级材料、无毒无味、热封性好
五、复合薄膜透气率计算
可能用到的公式如下：
单层膜
1、F=D(c2-c1)/d
F：单位时间、单位面积气体透过量
D：扩散系数（与气体有关，会给出）
c：气体浓度
d：材料厚度
2、F=DS(p2-p1)/d=p g(p2-p1)/d、p g=DS
S：溶解度参数（与材料有关，会给出）
p：气体分压（其他参数同1）
3、F=V/tA
V：气体透过总量
t：渗透时间
A：渗透面积
4、Q=V/AtΔp
Q：透气率
Δp：气体压差（其他参数同上）
透氧率的计算
5、Q=Pg/d
Q：透氧率
Pg：透氧系数
d：材料厚度
6、复合膜透气率
Δp=Δp1+Δp2+Δp3……F=F1=F2=F3
Δp=Fd/Pg
因此FD/Pg=F1d1/Pg1+F2d2/Pg2+F3d3/Pg3……
D/Pg=d1/Pg1+d2/Pg2+d3/Pg3……
D、d分别表示复合膜总厚度和基材单膜厚度（此处粘合剂也算一层）
Pg、Pg i分别表示复合膜和单膜的透气系数
计算题大家可以参考课件上的例题，但一定要注意单位的换算，最好自己看着课件算一遍，有的地方课件上可能有误。

六、透湿性能计算（公式可以参考课件）
七、复合薄膜加工工艺（工艺流程图请参考王锋棚共享的文件）
单膜的制备：
PA：挤出，为提高薄膜性能可进行拉伸；所用设备：塑料挤出机
CPP：PP挤出流延；所用设备：平挤薄膜设备
复合膜的制备：
采用干法复合工艺将三层薄膜制成复合薄膜，粘合剂和印刷油墨应选用耐蒸煮的原料。

八、干法复合工艺关键控制点
1、张力控制：张力过小会使薄膜产生褶皱，张力过大会破坏印刷图案、制袋开口处易卷曲收缩，甚至可能拉断薄膜。

2、涂胶系统控制：由于包装袋是高温蒸煮袋，涂胶量较大，因此要采用75线涂胶网纹辊，涂胶时刮刀应保持刀刃平直，刀刃上无异物，刮刀压力20N左右，刮刀与涂布辊切角一般为60°，涂胶橡胶压辊两边压力要均匀，光滑辊要干净。

对于大型复合机，胶液浓度一般控制在25%~35%之间，正常生产时最好一小时测一次浓度，做到随时控制。

对于刚配好的粘合剂应静置一会儿，待气泡逸出再使用。

3、干燥控制：干燥烘道一般分为三段加热，各段温度一般为50℃-60℃；65℃-75℃；75℃-85℃温度要阶梯式升高，第一段温度不可过高。

对于蒸煮复合膜，各段温度可适当提高5-10℃。

风量控制为最低25m/s，出风喷嘴处最好达到35m/s，进风出风要平衡，生产时预抽风一定要离开。

4、复合控制：复合时第二基材膜应先预热，预热温度一般控制在40-60℃，预热后与干燥后的第一基材经过橡胶辊和钢辊热压复合，钢辊为加热辊，对于高温蒸煮袋复合温度应在80℃以上，最后经冷却辊冷却再收卷。

复合压力通常为0.15-0.4MPa。

5、熟化控制：复合好的薄膜收卷后应在50-60℃下存放3-5天，使粘合剂的主剂和固化剂反应交联并与被复合基材表面相互作用，已达到最佳的复合薄膜强度。

6、环境控制：复合时环境温湿度控制范围一般为：温度15-28℃，湿度50%-75%，环境中不应有灰尘、杂物存在，因此在车间通风口应有良好的过滤装置并要定期清洗。

九、复合薄膜成品质量检测
主要检测指标：复合膜的透气率透湿率；复合膜、袋的剥离强度；热封强度；复合膜残留溶剂含量；综合质量分析。

1、透气率检测：常用压差法，也可使用电量法和体积变化法。

2、透湿率检测：常用增重法（杯式法），可用电量法和红外线检测法。

3、复合袋的剥离强度检测：由于复合膜袋的最终用途不同，其指标不同，方法根据GB8808—88用电子拉力机检测，对于复合膜，将其裁成15x 200mm 细长条，剥离5mm后用电子拉力机逐渐增加拉力进行剥离试验。

4、复合袋的热封强度检测：检测样品裁成15x100mm的细条同方法3检测。

5、复合膜的残余溶剂含量：根据GB1004—88用气相色谱仪检测，含量不得大于10mg／m2。

6、综合质量分析：根据前几步检测所得结果综合分析复合薄膜的成品质量并进行经济效益分析。

附：由于考试题型与江南大学考研初试题目相似，无答案题型附上供参考。

1、设计一套“红烧猪排”的销售包装，说明采用哪种包装形式？采用哪些包装材料？如欲采用复合包装材料，应写出如何组合？采用哪些复合工艺？讲明为什么要采用那些材料及那些工艺？（满足包装要求：1 内容物净重300g 2.内包装应是软塑包装 3.产品在超市内销售 4.保质期为六个月）（1999）
2、现有一套酱肉产品（如酱鸭）需要进行包装，包装基本要求为：250g～500g袋包装，外形美观，保质期12个月。

请针对这一产品解决下列包装问题：（1）酱肉的包装要求如何？
（2）采用怎样的复合软包装材料？（写出复合结构和每层大致厚度），说明所选材料的各自作用；
（3）获得这一结构材料需要采用哪些复合工艺？（若分步完成，则需说明复合加工顺序），并用箭头（→）描述出从树脂到制袋的整个工艺过程。

（2004）
3、设计一套果子酱的销售包装方案。

要分析回答下列问题：
（1）说明所定产品的包装要求，并确定一种可行的包装形式；
（2）上述包装形式所采用的包装材料或结构组成，并说明各组成的作用；（3）说明所定产品其他可能采用的包装材料和包装形式（至少一种），并与前述包装形式进行包装功能比较。

（2005）
4、现有即冲饮品（颗粒）产品需要进行包装，包装基本要求为：250g袋包装，外形美观，保质期12个月。

请针对这一产品解决下列包装问题：（1）即冲饮品的包装要求如何？
（2）采用怎样的复合软包装材料？（需写出复合结构和每层大致厚度），说明所选材料的各自作用。

（应答方向：1、外表美观，有光泽度，良好的适印性。

2、防潮性、气密性优良，且避光。

3、安全性，卫生无毒。

4、等等。

尽量多写点）（2006）
5、现有一套蒸煮袋包装，拟采用PET/AL/CPP复合材料结构的包装袋，请分析回答下列问题：
（1）PET/AL/CPP复合结构中各层材料的作用？（5分）
（2）说明承印层及墨层在结构中所在的位置，初步拟定每层结构材料大致的厚度，并简述其理由？（4分）
（3）描述从树脂原料到制成成品袋的整个制作工艺流程（可加箭头）？（5分）（4）蒸煮袋包装是否可用其它复合材料结构？如有，请举二例加以评述？（4分）（2007）
6、现有一套药品包装，拟采用OPP/AL/PE复合材料结构的包装袋，请分析回答下列问题：
（1）OPP/AL/PE复合结构中各层材料的作用？
（2）说明承印层及墨层在结构中所在的位置，初步拟定每层结构材料大致厚度，并简述其理由？
（3）描述从树脂原料到制成成品袋的整个制作工艺流程（流程图）（4）药品包装有何特殊要求？目前复合包装材料应注意哪些热点问题？（2008）
7、现有一套粉剂包装，拟采用PET/VMPET/LLDPE复合材料结构的包装袋，请分析回答下列问题：
（1）颗粒、粉剂包装有何特殊包装要求？
（2）PET/VMPET/LLDPE复合结构中各层材料的作用？设计内层大致的厚度？
（3）描述从树脂原材料到制成成品袋的整个制作工艺流程（流程简图）？（2009）。