為了提高塑料的阻隔性能,近年來,業(yè)界一方面在研究開發(fā)新型高阻隔性塑料,另一方面則是對(duì)現(xiàn)有的塑料包裝材料進(jìn)行改性。由于多層復(fù)合、共混、表面鍍覆、表面涂布和拉伸取向等阻隔技術(shù)的迅速推廣,使塑料包裝材料的阻隔性能得到了很大的提高。其中,復(fù)合包裝膜就是塑料包裝中最有活力、發(fā)展最快的一類包裝材料,代表著當(dāng)今塑料包裝材料的發(fā)展方向。由于多層復(fù)合結(jié)構(gòu)中的各組分均為連續(xù)相,可以通過濕式復(fù)合、干式復(fù)合、共擠出復(fù)合等方法進(jìn)行生產(chǎn)加工。
1、多層干式復(fù)合
干式復(fù)合又稱干法復(fù)合。即在塑料薄膜上涂布一層溶劑型膠黏劑(分單組分熱熔型膠黏劑和雙組分反應(yīng)型膠黏劑),經(jīng)過復(fù)合機(jī)烘道使溶劑揮發(fā)而干燥,再在熱壓狀態(tài)下與其他復(fù)合材料黏結(jié),形成平滑的復(fù)合材料。目前幾乎所有的薄膜均可用干式復(fù)合進(jìn)行生產(chǎn)加工。復(fù)合薄膜綜合了各層膜的優(yōu)良性能,如防潮性、阻隔性、耐熱性及熱封性等,從而可滿足各種商品的包裝需要。
在干式復(fù)合生產(chǎn)工藝中,膠黏劑是影響復(fù)合薄膜質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。干式復(fù)合所使用的膠黏劑大都為溶劑型,如聚氨酯、改性聚酯、環(huán)氧樹脂、聚醋酸乙烯酯和天然橡膠等膠黏劑。其中聚氨酯型膠黏劑具有優(yōu)良的綜合性能,其彈性好,耐低溫、耐煮沸,柔韌性、強(qiáng)度、耐老化性突出,在較寬的溫度和濕度范圍內(nèi)長期應(yīng)用不產(chǎn)生剝離,有良好的耐熱性和耐化學(xué)介質(zhì)性,對(duì)蒸煮、加熱殺菌、熱成型和熱封合均有出色的耐受性,對(duì)各種材料又具有優(yōu)良的粘接力,是復(fù)合薄膜生產(chǎn)所使用的主要膠種,且一般都采用雙組分溶劑型膠黏劑。
選擇膠黏劑要根據(jù)被包裝物的性質(zhì)(如冷凍還是蒸煮,食品還是非食品等條件)來決定。在復(fù)合前,首先將膠黏劑溶液均勻地涂布于薄膜表面,然后送入熱烘道除去溶劑,再經(jīng)復(fù)合輥在一定溫度和一定壓力下與另一層薄膜復(fù)合。目前,也流行分散型膠黏劑,如將改性聚烯烴在溶劑中的懸浮液對(duì)聚烯烴和鋁箔等極性材料進(jìn)行復(fù)合。溶劑型和分散型膠黏劑的共同點(diǎn)是在涂布機(jī)中涂布時(shí)為液體,涂布后必須消耗大量的能量以除去水分或溶劑,容易帶來空氣污染,且成本較高,因此,無溶劑膠黏劑是今后的發(fā)展趨勢(shì)。
多層干式復(fù)合最早用于生產(chǎn)阻隔包裝,是利用具有高阻隔性能材料與低廉的其他包裝材料復(fù)合,該工藝可利用傳統(tǒng)的阻隔材料——鋁箔,除鋁箔之外阻隔材料還可選擇鍍膜、涂膜或其他中高阻隔性薄膜(如PDVC膜、PA膜、EVOH膜)。其結(jié)構(gòu)常常是外層BOPP、BOPET,中阻隔層可為PA、PDVC、EVOH或鋁箔,內(nèi)熱封層為CPP,若不需要耐高溫也可用PE,相互之間用膠黏劑黏合。
干式復(fù)合膜的阻隔性能與用膜、膠黏劑有關(guān)。復(fù)合的基膜表面必須清潔、干燥、平整、無灰塵、無油污,對(duì)非極性、表面致密光滑的聚烯烴材料還要事先進(jìn)行電暈處理。而鋁箔作為復(fù)合基材,要求針孔要少,且針孔孔徑盡可能小,在復(fù)合前還往往要清除鋁箔加工中殘留的油脂。
2、多層共擠復(fù)合
多層共擠復(fù)合與干式復(fù)合相比起步較晚,但其有節(jié)省原材料、原材料可多樣化、適應(yīng)環(huán)保要求、不用有毒膠黏劑等優(yōu)點(diǎn),而且阻透效果十分理想,并隨著層數(shù)的增加效果越好,各層間聚合物結(jié)合良好。目前復(fù)合層數(shù)已發(fā)展到十幾層以上,在包裝膜、中空容器上都有應(yīng)用。
PVDC與PS、HIPS、PP等樹脂的多層共擠出物,可用于奶制品、果醬等的真空包裝; PVDC與PE、PVC的復(fù)合片材適用于崩解快、易潮解、易揮發(fā)藥品的包裝。英國Bass公司和美國的Miller公司利用多層共擠出方法制得的PET/EVOH/PET包裝材料用于啤酒的包裝,其阻隔性能良好,啤酒的保質(zhì)期可達(dá)到6~9個(gè)月。
共擠出復(fù)合工藝是采用兩臺(tái)或數(shù)臺(tái)擠出機(jī)將各種不同功能的樹脂分別熔融擠出,通過各自的流道在模頭內(nèi)或模頭外匯合,再經(jīng)吹脹、冷卻復(fù)合在一起。該工藝不僅大大簡化了生產(chǎn)工序,而且用料少,同時(shí)可降低原料消耗和生產(chǎn)成本;采用此工藝生產(chǎn)相同結(jié)構(gòu)的復(fù)合包裝材料比其他工藝可以節(jié)省30%的生產(chǎn)成本。
共擠復(fù)合是把兩種以上的材料在熔融狀態(tài)下在一個(gè)模頭內(nèi)復(fù)合熔接在一起,由于阻隔材料和熱封材料相容性一般都很差,因此必須首先考慮選擇好溶劑。如在共擠復(fù)合尼龍-6同低密度聚乙烯的復(fù)合膜時(shí),用Bynel樹脂,使用3臺(tái)擠出機(jī)共用一個(gè)復(fù)合模頭,便可擠出尼龍/Bynel/LDPE三層結(jié)構(gòu)復(fù)合膜。
目前典型的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)為:主要受力層/阻隔層/熱封層/可剝離層。主要受力層為PS、HIPS、PP、PET等,阻隔層為EVOH、PA、PVDC等,熱封層為HDPE、LDPE、LLDPE、CPP等,可剝離層為PP等。相鄰層之間如樹脂相容性差需加粘接層。根據(jù)不同用途,用不同的材質(zhì)制成不同結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜,常用的有以下幾種:PET/PVDC/PE,OPP/PVDC/EVA,PVDC/PET/PE,EVOH/PVDC/EVA,PVC/PVDC/EVA,NY/EVA/PVDC/EVA等。
多層共擠出復(fù)合膜多采用ABCBA五層對(duì)稱結(jié)構(gòu),以PA或EVOH為阻隔層,PE為熱封層。從其功能組合上看,主要有阻隔、熱封以及黏結(jié)3個(gè)功能。通過不同聚合物的組合滿足包裝物質(zhì)防氧、防濕的要求,通常由4種聚合物組成,但市場上也已出現(xiàn)了七層、九層、十一層甚至更多層的共擠出復(fù)合膜。其中以PVDC類為中間阻隔層的共擠復(fù)合膜發(fā)展最快,產(chǎn)量最大,這是因?yàn)镈CI的洗脫技術(shù)已研制成功并應(yīng)用于新型噴霧干燥洗脫塔,從而能對(duì)產(chǎn)物污染進(jìn)行有效的控制。
阻隔樹脂要求有較好的加工性能,以適應(yīng)共擠復(fù)合機(jī)頭要求有良好流動(dòng)性的需要。流動(dòng)性太差或幾種樹脂之間流動(dòng)性相差太大,都會(huì)由于層流形成受到影響而降低復(fù)合膜的阻隔性能。主要的結(jié)構(gòu)有PE/膠黏劑/尼龍/EVOH/尼龍/PE,該結(jié)構(gòu)對(duì)食品香味泄露率從5%降到1%。其他結(jié)構(gòu)還有HDPE(PP)/膠黏劑/EVOH/膠黏劑/HDPE(PP),PP/膠黏劑/PVDC/膠黏劑/HDPE等。
共擠復(fù)合膜中,各層的厚度靠調(diào)節(jié)擠出機(jī)轉(zhuǎn)速來控制,由于擠出機(jī)速度控制并不十分精確,往往造成共擠復(fù)合膜的厚度也不好控制,需要較高的工人素質(zhì)和較為精密的機(jī)器設(shè)備。另外機(jī)頭設(shè)計(jì)也十分關(guān)鍵,一般說來,按ABCBA五層及ABCDCBA七層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的機(jī)頭所成型的包裝膜的阻隔性及復(fù)合強(qiáng)度最好,主要原因是對(duì)稱結(jié)構(gòu)的物料流動(dòng)更易形成層流。共擠復(fù)合的缺點(diǎn)是擠出機(jī)轉(zhuǎn)速不同會(huì)產(chǎn)生料與料之間混淆,而且也只能表面印刷。
3、多層共擠流延
高阻隔性共擠流延薄膜是上世紀(jì)80年代末開發(fā)成功的塑料包裝材料。近年來,隨著多層共擠流延膜的問世,其阻隔性、保香性、防潮性、耐油性、可蒸煮性和熱封性能達(dá)到進(jìn)一步提高,可廣泛應(yīng)用于肉類冷凍制品、蒸煮肉類食品、方便食品、水產(chǎn)品、水果和乳制品、食用油、酒類、醬油類等包裝,大大延長商品的貨架壽命。
高阻隔性多層共擠流延膜是以高阻隔材料為主要材料,配合其他復(fù)合材料和粘接樹脂經(jīng)一次擠出成型的,其原材料可分為3大類,即高阻隔材料、復(fù)合材料和黏結(jié)材料。高阻隔材料的性能直接影響共擠流延膜的高阻隔性。目前,常用的高阻隔材料包括PA、EVOH和PVDC三種,由于這些材料均是極性材料,吸濕力很強(qiáng),而材料中的水分對(duì)生產(chǎn)影響很大,水分本身在加熱過程中可產(chǎn)生降解作用,而含水分過高在熔融擠出時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣泡,使高阻隔材料形成斷層,嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量,故對(duì)高阻隔材料的水分含量要求很高,一般不能超過0.06%。因此,為防止原材料的吸濕,要求采用防潮的紙鋁復(fù)合包裝,并在運(yùn)輸過程中要確保包裝的完好;有條件的廠家可安裝干燥器,對(duì)購入的原材料實(shí)施干燥后再使用。
根據(jù)用途復(fù)合材料可采用蒸煮級(jí)CPP粒料、復(fù)合級(jí)CPP粒料、 LDPE、LLDPE、茂金屬LLDPE,要求MI值在2~8范圍,熔融擠出性能良好,熱封性能良好。
黏結(jié)強(qiáng)度的大小直接影響共擠膜的質(zhì)量。因此,根據(jù)不同的高阻隔材料和復(fù)合材料而選用黏結(jié)力強(qiáng)的黏結(jié)樹脂,其MI值在2~6之間。
在原材料質(zhì)量保證的前提下,生產(chǎn)工藝是控制產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵,主要包括溫度、生產(chǎn)線速度、厚度控制、分層分流控制、表面處理等。
高阻隔多層共擠流延膜從結(jié)構(gòu)上可分兩大類,即對(duì)稱結(jié)構(gòu)A/B/C/B/A和非對(duì)稱結(jié)構(gòu)C/B/A。A為復(fù)合材料,B為黏結(jié)材料,C為高阻隔材料。例如常用的對(duì)稱結(jié)構(gòu)有PE/Tie/PA/Tie/PE,PP/Tie/PA/Tie/PP,PE/Tie/EVOH/Tie/PE,PE/Tie/PVDC/Tie/PE等;常用的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)有PA/Tie/PE,PA/Tie/PP,PA/EVOH/Tie/PE等。
由于高阻隔多層共擠流延膜是由幾種材料共擠成型的,其集合了多種材料的優(yōu)點(diǎn),因而具有很好的使用性能,可廣泛應(yīng)用于各類食品包裝。但由于這種薄膜目前尚無法回收利用,相對(duì)增加了生產(chǎn)成本,因此,加快科技創(chuàng)新,優(yōu)化工藝流程,已成為其規(guī);a(chǎn)應(yīng)用的必然選擇。
塑料包裝多層復(fù)合阻隔技術(shù)
2012-10-26 21:51:00 作者: 來源: 評(píng)論:0 點(diǎn)擊:
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