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1、,第十三章 复合包装材料,Enter,Exit,上一章,13.1 概述,Next,下一节,Exit,是由层合、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有某些产品的特殊要求。,广义来说，复合材料包括一切双组分的结构体。以聚合物为基体复合材料至少含有一种高分子树脂和另一种填充剂。,Next,Back,现代包装技术：真空包装 气体置换包装 封入脱氧剂包装 干燥食品包装 无菌充填包装 蒸煮包装 液体热充填包装 结构：纸/塑、纸/铝箔/塑、塑/塑、塑/无机氧化物/塑 层合软包装 塑料复合薄膜,Next,Back,一.复合包装材料的组
2、成：,1.基材：纸张、玻璃纸、铝箔、双轴取向聚丙烯、双向拉伸聚酯、尼龙与取向尼龙、共挤塑材料、蒸镀金属膜。,基材 层合粘合剂 封闭物及热材料 印刷与保护性涂料,Next,Back,a.性能：价格低、种类全、便于印刷粘合。b.用途：用蜡或PVDC涂布的加工纸和防潮纸广泛地用于糖果、快餐、小吃和脱水食品的包装。用PE贴面的纸复合材料在包装和其他领域有广泛应用。,Next,Back,（1）纸张：,Next,Back,a.性能：未涂布易吸潮变软、变形。b.用途：PVDC/纸/PVDC/剂/PVDC/纸/PVDC 用于立式成型充填封合的糖果包装。如果上述结构中的粘合剂使用PE，则它能形成高强度的气密性封
3、合，广泛用于充气包装，干粉产品、葵花籽、药片等产品。用乙烯共聚物代替PE，可降低热封合温度。层合时使用白色的PE薄膜，可使之不透明。,（2）玻璃纸：,a.性能：闪光表面和良好的印刷性能；较好地保持食品的风味，对光、空气、水及其大多气体和液体具有不渗透性；可高温杀菌，使产品不受氧气、日光和细菌的侵害。,Next,Back,（3）铝箔及蒸镀铝材料：,厚度6.4150um的铝箔用于层合软包装，此时必须退火到“极软”级。PET/铝箔/PP三层复合材料可制成可蒸煮包装。用蒸煮铝代替铝箔可减少铝材消耗。它附着力好，优良耐折性和韧性，部分透明，但必须有另外的基材作支撑材料。厚度0.03um。适合真空镀铝的基
4、材有玻璃纸、纸、PE、PET、拉伸PP、PE、PA等。,Next,Back,b.用途：,（4）双向拉伸热定型聚丙烯（BOPP）：,Next,Back,a.性能：可以象玻璃纸一样被涂布，又可以与其它树脂共挤塑，生产出具有热封合性的复合结构；,未涂布的BOPP一般用作复合材料外层印刷组分，其背面印刷可以提供光泽的外表面，并保护油墨不被擦掉。用PVDC涂布BOPP能提供良好的阻隔功能并具有热封合性。,Next,Back,a.性能：极好的尺寸稳定性、耐热性及良好的印刷适性。,Next,Back,（5）双轴取向热定型聚酯（BOPET）：,Next,Back,PETPVDC印刷/PE（或离子键聚合物）用作
5、加工肉食品包装。未涂布PVDC时用来包装蒸煮食品。含有铝箔或蒸镀铝的聚酯复合结构具优秀的阻隔性和耐热性，但加工成本较高。未涂布聚酯薄膜：PET压敏粘合剂铝箔热封合涂料，在儿童安全药品包装中起特殊作用。,b.用途：,a.性能：潮气阻隔性不好，但阻氧性能较好。取向尼龙能提高抗拉强度和氧气阻隔性、减小延伸性和降低热成型性，还具极好的抗戳穿强度。,Next,Back,（6）尼龙与取向尼龙（ON）：,Next,Back,b.用途：将尼龙与具有阻隔潮气和热封合功能的材料复合（PE、PVDC），用作鲜肉及块状干酪的包装。乙醋共聚物/尼龙/聚乙烯（或乙醋共聚物）的复合结构常作为衬袋箱的衬袋材料。取向尼龙PVD
6、C印刷/低密度PE用于立式成型充填封口的咖啡包装。,a.性能：成本低、适应性广、易加工。LDPE、LLDPE：优良的韧性和热封性。HDPE：隔湿性及加工性。PP：取向拉伸可得到高冲击、高劲度性能。,Next,Back,（7）共挤塑包装材料（主要是PE、PP）：,Next,Back,乙烯醋酸乙烯、乙烯丙烯酸、乙烯甲基丙烯酸等共聚物：低温热封性，常用作共挤结构的粘结层和热封合层材料。乙烯乙烯醇：阻隔性聚合物，在软包装和半硬包装中得到应用。,b.其他共挤材料：,可润湿性（粘合剂的表面张力，基材的表面能）电晕处理,Next,Back,2.层合粘合剂：,（1）溶剂型和乳液型粘合剂 由于纸具有多孔性和亲水
7、性可采用水基粘合剂与铝箔层合。主要用糊精、硅酸钠和酪酸/橡胶胶乳。,热塑性：增塑的醋酸乙烯氯乙烯共聚物及乙烯醋酸乙烯共聚物：热塑性粘合剂缺少耐热性。PVDC的水基乳液粘合剂：氧和水蒸气的阻隔层。它适用于涂覆塑料、纸及纸板等基材。热固性：聚氨酯和聚酯聚氨酯：抗热性、抗化学性、抗渗性都可随配方而变化。,Next,Back,（2）热塑性和热固性粘合剂,PE、乙烯丙烯酸共聚物、乙烯甲基丙烯酸共聚物和离子键聚合物。,Next,Back,（3）挤塑粘合剂,（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的粘合。向蜡中添加低分子量PE、乙醋共聚物或其他树脂以改进粘合力、热粘性和层合材料
8、的挺度或柔韧性。,可热封合PVDC涂覆的两个薄膜可加热加压复合；铝箔在加热加压下可以与预先涂蜡的薄页纸粘合；粘合强度要求不高时，印刷油墨也可作粘合剂用，经常用于PE印刷PE的香肠型包装层合材料；,Next,Back,（5）其他粘合剂,a.热封合：利用多层结构中的热塑性内丑组分，加热时软化封合，移掉热源就固化。,Next,Back,3.包装封闭物与热封合材料：,（1）封闭包装：,Next,Back,热封合涂料：醋酸乙烯氯乙烯共聚物、硝酸纤维素、丙烯酸系塑料或PVDC。热熔融体：乙基纤维素、硝酸纤维素、乙烯醋酸乙烯共聚物、PA是熔融体的主要组分。,b.冷封合：用生橡胶基特制作封合材料，则不用加热只
9、要加压就能封合，这些封合材料称为冷封合涂料或压敏胶。它只能自身封合而不能与其它材料封合。,Next,Back,c.粘合剂封合：只用于含纸的包装材料。,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。,Next,Back,4.印刷与保护性涂料：,Next,Back,在高度反光的铝箔或蒸镀铝上使用透明色印刷，可使软包装具有引人注目的外观。在外层透明薄膜的反面印刷，可提供高光泽和极好的耐擦性。透明薄膜上全版印刷，能提供遮光性能，如用不透明色，可使透明薄膜成为不透明材料。,1.层合：（1）湿法粘结层合 将任何液体状粘合剂加到基材上，然后立即与第2层材料复合在一起，从而制得层合材料的
10、工艺。干酪素 硅酸钠 水基粘合剂：基材至少有一种是吸水性的。溶剂型粘合剂：基材至少有一种是渗透性的。,Next,Back,二.复合包装材料制造技术：,区别：干法复合中，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2层基材复合。,Next,Back,（2）干法粘结层合,利用热熔粘合剂将两种或多种基材在加压下形成多层复合材料的方法叫热熔或压力层合。,Next,Back,（3）热熔或压力层合,热熔粘合剂（热熔胶）：以热塑性聚合物为主的100固体含量的粘合剂。,Next,Back,与干法区别：在热熔粘合剂结合层中需要较高的压力和温度。,涂布方法：刮刀式、辊轴、挤出
11、、流延、喷枪,基材：提供多层结构的机械强度。聚合物：提供对气体、水蒸气或油脂的阻隔性。,Next,Back,2.挤出贴面层合技术：,是一种把挤出机挤出的熔融的热性塑料贴合到一个移动的基材上去的工艺方法。,3.共挤塑层合技术：通过一个模头同时挤出形成有明显界面层的多层薄膜。共挤塑层合技术：平挤薄膜共挤塑、吹塑薄膜共挤塑、共挤塑贴面、共挤塑层合、平挤片材共挤塑。,Next,Back,Next,Back,聚合物：聚烯烃（PE、PP）PA PVDC 乙烯乙烯醇共聚物 粘合层：乙烯醋酸乙烯、乙烯丙烯酸、乙烯甲基丙烯酸,例如：PET/SiOX涂覆膜/CPP或OPP/SiOX涂覆膜/涂覆 绿色包装材料。阻隔
12、性同蒸镀铝、透明、耐破裂、耐折叠、耐化学药品、耐热性能，可微波加热。,Next,Back,三.复合包装材料的发展：考虑：能源和材料的消耗和包装废弃物的回收。,Next,Back,复合材料、复合包装材料一.复合包装材料的组成：1.基材：（1）纸张（2）玻璃纸（3）铝箔及蒸镀铝材料（4）BOPP,1,Next,Back,（5）BOPET（6）ON（7）共挤塑包装材料2.层合粘合剂：（1）溶剂型和乳液型粘合剂（2）热塑性和热固型粘合剂（3）挤塑粘合剂,2,Next,Back,（4）蜡及蜡混合物（5）其他粘合剂3.包装封闭物与热封合材料：（1）封闭包装：热封合、冷封合、粘合剂封合4.印刷与保护性涂料二
13、.复合包装材料制造技术：,3,1.层合：（1）湿法粘结（2）干法粘结（3）热熔或压力层合2.挤出贴面层合技术3.共挤塑层合技术二.复合包装材料的发展,4,Back,下一节,上一章,13.2 复合薄膜和软包装复合材料,Next,下一节,上一节,Exit,1.复合包装材料的结构及表示方法,Next,Back,一.层合复合软包装材料的结构与性能,（1）外层：机械强度好，耐热、印刷性能好、光学性能好。有覆膜的纸、玻璃纸、BOPP、PET、PA、PVC。（2）内层：热封性好、无味、无毒、耐油、耐水、耐化学药品。未拉伸PP、PE、离子型聚合物、无毒PVC。（3）阻隔层：位于层合结构中靠近产品的一侧。铝箔（
14、复合）、蒸镀金属膜。,Next,Back,2.层合包装材料的性能 软包装作用：,Next,Back,防止干燥产品吸潮或含水量大的产品失去水分；防止产品氧化；充气包装中，防止充入的CO2或N2组分变化；防止产品受异味影响；防止被包装物的挥发性香气组分散失。,（1）均一性 纤维素、塑料薄膜：渗透性均一，包装的渗透性可用表面积来测量和表示。铝箔：针孔发生率与厚度有关，渗透性不均一，其渗透性只能对实际包装进行测试。（2）性能之间相互关系 阻隔材料之间的相互关系是不能假设的。,Next,Back,（3）层合材料中，阻隔层的次序 阻隔材料要尽量靠近产品。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
15、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 无一般规律。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哪些气味。eg.聚烯烃吸收香精油。,Next,Back,使用加入颜料的聚合物，可以选择不同程度的透光性，透光程度决定于颜料和薄膜的厚度。蒸镀金属膜可提高对气体和湿气的阻隔性，控制镀层的厚度可 以得到不同透光率。多层复合包装中加入一层能吸收紫外线的材料可防止辐射引起的食品变质，此种材料对可见光透明。eg.加工肉的包装材料中含有PVDC，不致使肉食品变色。,Next,Back,（5）光的透过性,层合结构的机械性能是由产品、包装机械及销售等因素的要求而决定的。复合
16、材料的物理性能并不都是各个组分性能的简单加和。有些复合材料在加工时需要一定的挺度、滑爽性及适当的摩擦系数。为了促进销售，还要有一定柔韧性和手感。,Next,Back,（6）机械性能（柔韧性、挺度、耐撕裂性）与耐久性,（7）特殊要求的性能,Next,Back,二.复合薄膜的结构,1.阻隔型树脂,习惯上，把氧的渗透系数38.9cm3 m/m2dkPa（23oC）的树脂叫阻隔型树脂。,Next,Back,（1）EVOH：干燥时是极好的阻隔性材料，相对湿度较高的环境中，由于吸水，阻氧性能下降。（2）PVDC：对氧和水蒸气的阻隔性都很好，但热稳定性不好，故难以用共挤塑制造多层结构，而以涂布层合方式。,（
17、3）PAN：优良的阻隔性能，其单层膜可作阻隔性包装。但高温不稳，不适合于共挤加工。（4）PA、EVOH：对氧有好的阻隔性、但对水蒸气的阻隔性差。故必须与另一层对水蒸气有良好阻隔性的复合。,Next,Back,Next,Back,2.复合薄膜的结构：复合薄膜的构成与其他层合材料相似，但又与加工方法有关。在用共挤塑方法制造复合薄膜时，经常 把用来支撑阻隔层的材料叫结构层。,PS：优良的共挤塑加工性和热成型性，但加工温度较低（90.6oC）。PP：耐热性好，适于共挤塑，但耐低温冲击性差。HDPE：低温性能比PP有显著提高，但对蒸煮过程的适应性不好。LDPE：熔点较低，可作共挤塑结构中的热封合层。结晶
18、型PET、PC：未实现商业化，应用前景良好。,Next,Back,（2）不对称结构：典型的不对称结构是用来满足立式成型/充填/封合机用的。热封合功能层：基体树脂（HDPE）的热封性通过用乙烯醋酸乙烯共聚物作表层得以实现。有时选用PP作表层材料，因它有较高的耐热性。,Next,Back,（1）单一树脂结构：中间层采用有色料或回用料。用纯树脂作表面层来控制表面质量和机械加工性。,典型的对称共挤塑结构由起功能作用的芯层和二个可热封的表层组成。,Next,Back,共挤塑表层材料：取向PP；冷冻食品包装的共挤塑表层材料：乙烯醋酸乙烯。厚壁袋：LLDPE共挤出芯层来提高耐冲击强度。包装鲜肉：PVDC薄膜
19、用乙烯醋酸乙烯作表层以确保良好的热封合性。,（3）对称结构：,Next,Back,一.层合复合软包装材料的结构与性能：1.复合包装材料的结构及表示方法：内层、外层、阻隔层2.层合包装材料的性能：（1）均一性（2）性能之间相互关系,1,Next,Back,（3）阻隔层次序（4）气味阻隔性（5）光透过性（6）机械性能与耐久性（7）特殊要求的性能3.复合薄膜的结构1.阻隔型树脂：EVOH、PVDC、PAN、PA,2,2.复合薄膜的结构：PS、PP、HDPE、LDPE、结晶型PET、PC（1）单一树脂结构（2）不对称结构（3）对称结构3.多层复合包装材料的阻隔性,3,Back,下一节,上一节,13.3
20、 其它复合包装材料,Next,目录,上一节,Exit,SiOx 蒸镀薄膜（GT膜，氧化硅涂覆膜）：气体阻隔性、透明、耐热、耐破裂、耐折叠、耐化学药品侵蚀、容易加工复合等。比铝塑复合材料容易回收，无污染。,Next,Back,一.无机氧化物镀覆薄膜,物理气相淀积（PVD）：x=1.51.7。由于是干法层合，镀层呈多层化。虽镀层本身气密性不差，但由于实际加工时镀覆物与高温状态的基村（如PE）接触，蒸镀层会产生裂纹，使气密性能下降。,Next,Back,1.技术现状：,Next,Back,化学气相淀积（CVD）：,CVD法产生涂层比PVD法致密，气密性好，不易产生裂纹。,Next,Back,利用氩离
21、子溅射技术在PET材料上镀覆SiO2 膜。利用电子束（EB）蒸发和等离子体结合的方法制备SiO2镀覆膜。EB法、PVD法、CVD法制氧化铝蒸镀膜。,2.结构与性能：（1）结构：塑料膜 SiOx 塑料膜 蒸镀SiOx 基材：PET、LDPE、OPP、ON等。复合膜：PP、PS、PA等。,Next,Back,含SiOx 蒸镀复合材料的阻隔性,（2）性能：与用PVDC作阻隔层的复合材料相比，GT薄膜复合材料的透气性受温度影响较小。,Next,Back,3.前景：GT薄膜是铝箔复合材料的理想替代品。由于它非常薄，不会啬包装废弃物回收的困难。广泛用于干燥食品及水分高的食品或液体食品；药剂、化妆品等产品的
22、热封或冷封的外包装；还可以用于牙膏、调味品、一次性医用包装及各种工业品、化工产品的复合包装。,使用强度好而且成本低的塑料以满足机械强度方面的要求，而用阻隔性能好价格贵的树脂作阻隔层。,二.多层复合塑料容器,Next,Back,1.多层塑料瓶：,思路：,Next,Back,含水产品：PE、PP、PVDC；需阻氧的产品：PA、PET、PVC；层合结构中阻隔型树脂：乙烯乙烯醇、PVDC、PAN；,（1）阻隔层树脂：,LDPE：改进柔性。PP：比HDPE有更好的耐热性与接触透明度。PVC：抵抗化学药品的侵蚀。PS：透明、有刚性、低成本，但脆。PC：价贵，对氧与水的阻隔性不佳，但能承受高温。在多层容器中
23、作为热充填、高温灭菌、蒸煮包装中不耐热材料的支撑材料。,Next,Back,（2）结构层树脂：,（3）粘合剂和粘合材料：（4）举例：以EVOH为阻隔层：包装农药和药品，对饮料中的香精油等物质吸附极少，故也广泛用作桔汁饮料的包装。HDPE/改性PE/EVOH/改性PE/HDPEHDPE/改性PE/EVOH/改性PE/EVOH,Next,Back,PET单层瓶：用作汽水、矿泉水、茶等饮料的包装。PVDC涂覆PET瓶、PET/MXD6（尼龙）：易氧化的葡萄酒、啤酒等。PET/EVOH/PET/EVOH/PET5：灌装蕃茄酱。聚萘二甲酸乙二酯（PEN）：替代PET，气密性及耐热性均优，但价高。,Nex
24、t,Back,Next,Back,这种层合材料先制成大卷片材，以利于制管时分切成适当宽度。分切的卷筒被送到制管厂制成管筒。由于层合材料中采用不渗透的铝箔作阻隔层，因此可能发生渗透的部位是搭接缝。,2.层合软管：,1.外表面 2.LDPE和抗静电层 3.印刷油墨 4.白色LDPE 5.纸基材 6.LDPE 7.乙烯丙烯酸共聚物 8.铝箔 9.乙烯丙烯酸共聚物 10.LDPE,防尘层,印刷层,印刷底层,纸（非拉伸基材）,纸底层,粘合剂层,阻隔层,粘合剂层,密封层,内表面,12345678910,层合软管材料的典型结构,Next,Back,（2）防止氧化的钢箔类复合无菌容器 用于桔子、菠萝、桃子等水
25、果害及蘑菇、藕、土豆等蔬菜类。使内容产品于常温下在一年内完好无损，并保持食品的色、味及内在质量。,Next,Back,3.塑料金属箔复合容器：,钢箔比铝箔刚性好，不易变形，消除了形成容器时常见的褶皱现象，外形美观。,（1）PP(40um)/钢箔（75um)/PP（70um)用于甜冻食品、烧鸡、田螺以及婴儿食品包装。,PET/LCP：两种成分比例为9：1。不透明、呈乳白色外观。具有比PET更好的氧气和湿气阻隔性、更好的耐热性和机械性能。因而膜厚可降低一半，而且可回收循环使用，是一种绿色包装材料。可用于薄膜、也可以作为共挤树脂制造软包装用的膜片，还可用于硬包装及半硬包装等多种包装形式。,Next,Back,三.高分子合金材料,用共混的方法，在树脂中加入一种能够改进互混性的相混剂就可以形成合金材料。,Next,Back,一.无机氧化物镀覆薄膜：1.技术现状：PVD、CVD2.结构与性能：（1）结构（2）性能（3）前景,1,Next,Back,二.多层复合塑料容器：1.多层塑料瓶：（1）阻隔层树脂（2）结构层树脂（3）粘合剂和粘合树脂,2,Back,3,目录,上一节,（4）举例2.层合软管3.塑料金属箔复合容器三.高分子合金材料：PET/LCP,
