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高阻隔包裝
高阻隔性包裝，即具有高阻隔性的包裝材料，應(yīng)用與進(jìn)展目前工業(yè)化或具有工業(yè)化生產(chǎn)前景的阻隔材料主要有pvdc、evoh、pen、腈基樹脂、聚酰胺等。pvdcpvdc(聚偏二氯乙烯)的特點(diǎn)是低透過(guò)性、阻隔性和耐化學(xué)藥品性。
- 中文名
- 高阻隔包裝
- 外文名
- High barrier packaging
- 產(chǎn) 地
- 華北地區(qū)
- 特 性
- 高阻隔，阻氧、阻水、阻腐蝕等
- 應(yīng) 用
- 食品包裝、化工產(chǎn)品包裝
- 類 型
- 高阻隔真空袋、高阻隔鋁箔袋等
歷史沿革
產(chǎn)生
早在40多年前，高阻隔技術(shù)就已開(kāi)始產(chǎn)生了。美國(guó)在20世紀(jì)50年代已經(jīng)使用擠出聚乙烯薄膜復(fù)合到金屬箔上作為阻隔性包裝材料。也包括在金屬箔片基材上的加工技術(shù)，由于箔片材料很薄，且阻隔性很好，所以，當(dāng)時(shí)就認(rèn)為高阻隔工業(yè)已形成了。
初期
高阻隔產(chǎn)業(yè)的發(fā)展史已有20多年了。從20世紀(jì)70年代中期，不少聚合物團(tuán)體，才開(kāi)始把用于包裝的阻隔性薄膜材料投放市場(chǎng)。當(dāng)時(shí)，這種材料的加工方法都是采用聚烯烴材料作為粘接劑把類似的聚合物薄膜復(fù)合成多層結(jié)構(gòu)的薄膜。
在發(fā)展高阻隔包裝產(chǎn)業(yè)開(kāi)始時(shí)，消費(fèi)者的要求是市場(chǎng)發(fā)展的第一要素，但成本問(wèn)題也是這種新材料開(kāi)發(fā)中重要因素。開(kāi)發(fā)商認(rèn)為，讓食品到達(dá)消費(fèi)者手中應(yīng)盡量保持其新鮮狀態(tài)，這是開(kāi)發(fā)新材料的第一驅(qū)動(dòng)力。而第二驅(qū)動(dòng)力就是指最優(yōu)化操作，即達(dá)到薄膜材料的最低成本。換言之，產(chǎn)品銷售時(shí)應(yīng)體現(xiàn)出合理正確的價(jià)格。如果只是為了包裝普通土豆片之類產(chǎn)品，那就沒(méi)有必要去設(shè)計(jì)制造一種高檔次薄膜。開(kāi)發(fā)者們普遍認(rèn)為，經(jīng)濟(jì)性就處于開(kāi)發(fā)的背后，而創(chuàng)造性就處于市場(chǎng)的背后。高阻隔輕型軟包裝市場(chǎng)就是一個(gè)很好的實(shí)例。要使聚合物包裝達(dá)到替代金屬罐、玻璃瓶或其他硬包裝的目的，那必須使用高阻隔材料和共擠技術(shù)等。
肉類食品包裝是早期應(yīng)用阻隔包裝的產(chǎn)業(yè)部門。當(dāng)高阻隔技術(shù)在該部門得到開(kāi)發(fā)并完善以后，其他食品市場(chǎng)——快餐、乳酪和糖果等產(chǎn)品也開(kāi)始紛紛仿效，特別是在配制性快餐食品新領(lǐng)域尤其如此。由于這類食品的脂肪含量低，所以保持原有風(fēng)味的能力變?nèi)趿恕Ｒ虼耍瑸槭沟椭竞蜔o(wú)脂肪食品保持食品本來(lái)味道，必須求助于塑料供應(yīng)廠提供高質(zhì)量的阻隔性薄膜材料，以獲得較長(zhǎng)的食品保鮮時(shí)間。
變革
回顧20世紀(jì)90年代，高阻隔包裝材料曾發(fā)生過(guò)兩次變革，即1992至1996年至1996年至今天。在第一次變革中，形成了最主要的四種高阻隔材料的基本涂層：尼龍、PVDC、EVOH和噴鍍金屬膜。但是，社會(huì)的進(jìn)步使消費(fèi)者對(duì)阻隔包裝的要求更高，希望食品更新鮮，更能保持產(chǎn)品原汁原味和高品質(zhì)，這就促使材料開(kāi)發(fā)商和研究者們?nèi)で蟾酉冗M(jìn)的包裝材料和開(kāi)發(fā)方案。從20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始直至今天，有些復(fù)合包裝塑料薄膜已有15層以上了，特別引人注目的是，在高阻隔薄膜的研制中不斷地引入各種高新技術(shù)，這就成為阻隔性包裝材料第二次變革中一個(gè)主要特征。
主要類型
薄膜類
PVA涂布高阻隔薄膜
PVA涂布高阻隔薄膜是將添加了納米無(wú)機(jī)物的PVA涂布于聚乙烯薄膜后經(jīng)印刷、復(fù)合而成，在不大幅度提高成本的前提下，解決了目前三層聚乙烯共擠包裝薄膜阻隔性能差的技術(shù)瓶頸，PVA涂布高阻隔薄膜全面推向了市場(chǎng)。兩年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些乳制品加工企業(yè)在無(wú)菌包裝上用的奶膜由于采用了高阻隔薄膜，阻氧率小于2cm3/(m2·24h·0.1MPa)。其阻隔性能不僅明顯優(yōu)于EVOH五層共擠薄膜，而且包裝成本也大幅度下降，這不僅能確保被包裝物對(duì)無(wú)菌包裝所有的質(zhì)量要求，而且大幅度降低了食品加工企業(yè)無(wú)菌包裝的成本，解決了目前三層聚乙烯共擠包裝薄膜阻隔性能差的技術(shù)瓶頸，可用于包裝飲料、果汁、牛奶、醬油醋等。
PVDC（聚偏二氯乙烯）
PVDC樹脂常作為復(fù)合材料或單體材料及共擠薄膜片，是使用最多的高阻隔性包裝材料，其中PVDC涂覆薄膜使用量特別多。PVDC涂覆薄膜是使用聚丙烯(OPP)，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)等作為基材的。由于純的PVDC軟化溫度高，且與其分解溫度接近，又與一般增塑劑相溶性差，故加熱成型困難而且難以直接應(yīng)用。實(shí)際使用的PVDC薄膜多為偏氯乙烯(VDC)和氯乙烯(VC)的共聚物，以及和丙烯酸甲酯(HA)共聚制成的阻隔性特別好的薄膜。
PVDC（聚偏氯乙烯）的特點(diǎn)是低透過(guò)性、阻隔性和耐化學(xué)藥品性。我國(guó)PVDC是伴隨著火腿腸加工技術(shù)引進(jìn)并得到發(fā)展的。
2002年國(guó)內(nèi)PVDC產(chǎn)量約為2萬(wàn)噸，目前已廣泛應(yīng)用于食品、卷煙、飲料保鮮和隔味，以及化工、醫(yī)藥、電子和軍工產(chǎn)業(yè)的防潮包裝。
單層PVDC薄膜采用雙向拉伸吹塑制取，具有收縮性、阻隔性、阻水性，在微波加熱的條件下不分解，廣泛用于家用保鮮膜；PVDC與聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（HIPS）等合成樹脂多層擠出用于真空奶制品、果醬等包裝，其拉伸性能較好，適于較大容積的包裝；PVDC與PE、聚氯乙烯（PVC）的復(fù)合片材適用于易吸潮、易揮發(fā)藥品的包裝。目前國(guó)內(nèi)許多科研單位和生產(chǎn)廠家集中研究PVDC與其它樹脂復(fù)合層壓薄膜技術(shù)及復(fù)合薄膜的耐高溫技術(shù)。
PVDC使用于多種基材如PE、PP、PVC、聚酰胺（PA）、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）等，以雙向拉伸聚丙烯薄膜為例，涂覆后透氧率降低1000倍，透水率降低3倍；涂覆可以單層或多層，一般單層涂覆為2.5μm即可具備良好的阻隔效果。
EVOH（乙烯/乙烯醇共聚物）
EVOH一直是應(yīng)用最多的高阻隔性材料。這種材料的薄膜類型除了非拉伸型外，還有雙向拉伸型、鋁蒸鍍型、黏合劑涂覆型等，雙向拉伸型中還有耐熱型的用于無(wú)菌包裝制品。
EVOH的阻隔性能取決于乙烯的含量，一般來(lái)說(shuō)當(dāng)乙烯含量增加時(shí)候，氣體阻隔性下降，但易于加工。
EVOH顯著特點(diǎn)是對(duì)氣體具有極好的阻隔性和極好加工性，另外透明性、光澤性、機(jī)械強(qiáng)度、伸縮性、耐磨性、耐寒性和表面強(qiáng)度都非常優(yōu)異。
在包裝領(lǐng)域，EVOH制成復(fù)合膜中間阻隔層，應(yīng)用在所有的硬性和軟性包裝中；在食品業(yè)中用于無(wú)菌包裝、熱罐和蒸煮袋，包裝奶制品、肉類、果汁罐頭和調(diào)味品；在非食品方面，用于包裝溶劑、化學(xué)藥品、空調(diào)結(jié)構(gòu)件、汽油桶內(nèi)襯、電子元件等。在食品包裝方面，EVOH的塑料容器完全可以替代玻璃和金屬容器，國(guó)內(nèi)多家水產(chǎn)公司出口海鮮就使用PE/EVOH/PA/RVOH/PE五層共擠出膜真空包裝。在加快EVOH復(fù)合膜研究同時(shí)，國(guó)外也在研究EVOH拉伸取向，新型EVOH薄膜對(duì)氣體的阻隔性能為現(xiàn)有的高性能的非拉伸EVOH薄膜的3倍。另外EVOH也可以作為阻隔材料涂覆在其他合成樹脂包裝材料上，起到增強(qiáng)阻隔性能效果。
尼龍類
尼龍類包裝材料以前一直使用“尼龍6”。但是“尼龍6”的氣密性不理想。有一種從間二甲基胺和已二酸縮聚而成的尼龍(MKD6)的氣密性比“尼龍6”高10倍之多，同時(shí)還有良好的透明性和耐穿刺性，主要被用于高阻隔性包裝薄膜，用于阻隔性要求很高的食品軟包裝。其食品衛(wèi)生性也得到FDA的許可。
它作為薄膜的最大特點(diǎn)是阻隔性不隨濕度的上升而下降。在歐洲，由于環(huán)境保護(hù)問(wèn)題突出，作為PVDC類薄膜的替代產(chǎn)品，MXD6尼龍的使用量是很大的。由MXD6尼龍和EVOH復(fù)合而成的具有雙向延伸性的新型薄膜，作為一種高阻隔性的尼龍類薄膜。復(fù)合的方法有多層化復(fù)合，也有采用將MXD6尼龍和EVOH共混拉伸的方法。
無(wú)機(jī)氧化物鍍覆薄膜
在其它基材的薄膜上鍍覆SIOx(氧化硅)后制得的所謂鍍覆薄膜越來(lái)越受到市場(chǎng)重視，除了氧化硅鍍膜以外，還有氧化鋁蒸鍍薄膜。其氣密性能與同法獲得的氧化硅鍍膜相同。
近年來(lái)多層復(fù)合、共混、共聚、蒸鍍技術(shù)發(fā)展極為迅速。高阻隔性包裝材料如乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)、聚偏氯乙烯(PVDC)、聚胺(PA)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)的多層復(fù)合材料及硅氧化合物蒸鍍薄膜等得到進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，其中尤以下列產(chǎn)品更為引人注目：MXD6聚酰胺包裝材料；硅氧化物蒸鍍薄膜等。
紙塑鋁
紙塑鋁高阻隔包裝是以食品專用紙板作為基料的包裝系統(tǒng)，由聚乙烯、紙、鋁箔等復(fù)合而成的紙質(zhì)包裝。目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的紙塑鋁高阻隔包裝主要有4種原材料:即紙板、聚乙烯、鋁箔和油墨。紙板不直接接觸包裝內(nèi)容物，但其是包裝的重要構(gòu)成部分，占整個(gè)包裝重量的75%左右。主要作用是加強(qiáng)包裝成型后的挺度和硬度。聚乙烯無(wú)菌包裝中食品級(jí)的聚乙烯，重量占整個(gè)包裝的20%左右，主要作用是阻隔液體滲漏和微生物侵襲。鋁箔無(wú)菌包裝中鋁箔的重量只占整個(gè)包裝的5%左右，主要作用是避光和阻斷透氣，保持內(nèi)容物不被氧化，減少營(yíng)養(yǎng)損失，保持口味新鮮。油墨油墨在無(wú)菌包裝中的重量微乎其微，但是對(duì)衛(wèi)生安全卻非常重要。目前市場(chǎng)上乳品和飲料包裝印刷用油墨主要是溶劑性油墨和水性油墨。
紙塑鋁高阻隔包裝技術(shù)不僅在乳制品行業(yè)有很好的發(fā)展空間，而且在其他的行業(yè)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。我國(guó)飲料行業(yè)中一大批大型骨干企業(yè)的技術(shù)裝備已接近或達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。未來(lái)飲料行業(yè)對(duì)包裝設(shè)備需求很大，尤其是茶、果汁等不含氣飲料的灌裝設(shè)備。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)90%以上的無(wú)菌包裝材料市場(chǎng)還在被利樂(lè)、康美包占有。
紙塑鋁高阻隔包裝由于其優(yōu)點(diǎn)明鮮，在我國(guó)有良好的發(fā)展趨勢(shì)。其主要原因也有二個(gè)，第一個(gè)，我國(guó)牛奶產(chǎn)量主要在北方，而南方的牛奶消費(fèi)比北方大，牛奶的常溫包裝就顯得尤為迫切。第二，隨著國(guó)民生活水平提高，對(duì)果汁飲料及茶飲料的需求逐年增加。因此，無(wú)菌包裝食品的需求量不斷增加。無(wú)菌復(fù)合材料加工國(guó)內(nèi)除跨國(guó)企業(yè)外。未來(lái)幾年國(guó)內(nèi)無(wú)菌復(fù)合包裝材料的產(chǎn)量與質(zhì)量將有很大提高，今后有可能進(jìn)入伊利、蒙牛、光明等國(guó)內(nèi)著名乳品集團(tuán)，從而打破垮國(guó)企業(yè)的壟斷局面。無(wú)菌包裝的發(fā)展前景是很好的，目前急需國(guó)家有關(guān)部門政策支持，無(wú)菌包裝產(chǎn)品在低端市場(chǎng)惡性競(jìng)爭(zhēng)而把國(guó)內(nèi)中高端紙塑鋁高阻隔包裝市場(chǎng)拱手讓給跨國(guó)企業(yè)。
基本性能
國(guó)際上某些包裝學(xué)者認(rèn)為，所謂高阻隔，可以定義為一種材料具有很強(qiáng)的阻止另一種材料進(jìn)入的能力，不論另一種材料是氣體、水汽、氣味，還是怪味或香氣。目前正在使用的高阻隔包裝材料中最典型的就是阻氧材料，其中常見(jiàn)的是EVOH和尼龍樹脂制成的。這些阻氧性材料又通常需要與聚乙烯（PE）復(fù)合后使用，因?yàn)楹笳呔哂辛己玫母舫毙浴?/div>
此外，聚丙烯（PP）和聚酯（PET）一般可利用來(lái)作為高阻隔包裝薄膜的基材。這樣，PE、PP和PET三種塑料薄膜可作為阻隔材料的基材加工成多層結(jié)構(gòu)。
加工技術(shù)
在生產(chǎn)這些高阻隔多層薄膜中不斷形成了不同的加工技術(shù)與方法，其運(yùn)作藝術(shù)體現(xiàn)在使加工成本和材料性能之間的比例關(guān)系達(dá)到合理協(xié)調(diào)。很多制造廠根據(jù)各自具體情況采用不同的加工方法，有的使用共擠加工，有的采用層合技術(shù)，有的則采用涂布方法。
具體采用什么加工技術(shù)，往往取決于用戶的最終使用需求，例如，如果使用場(chǎng)合只需要中等水平的高阻隔薄膜材料，那么，他們只需要使用PVDC或EVOH涂布到PE的基材上去即可，這是一種十分經(jīng)濟(jì)的加工方法。生產(chǎn)這種同等性質(zhì)的阻隔薄膜的另一種加工方法，就是先得到PE的薄膜材料，然后用EVOH作為阻隔層進(jìn)行層合，再在其上面增加另一層PE。究竟包裝薄膜材料的結(jié)構(gòu)應(yīng)該設(shè)計(jì)成什么形式，這取決于很多因素如，需要加工的數(shù)量，運(yùn)作的時(shí)間長(zhǎng)度，必須達(dá)到的性能參數(shù)，還有最后包裝件的充填方式，是否常溫封嚴(yán)還是需要配裝拉鏈等等。
這幾年來(lái)，生產(chǎn)上述各類高阻隔薄膜的加工設(shè)備也得到了改進(jìn)和升級(jí)。在開(kāi)發(fā)材料過(guò)程中，材料加工廠的技術(shù)進(jìn)步一直是與設(shè)備更新結(jié)合在一起的。
應(yīng)用現(xiàn)狀
今天，高性能阻隔薄膜或高阻隔包裝廣泛地使用在食品行業(yè)。西方國(guó)家的有些學(xué)者分析說(shuō)，高阻隔包裝的應(yīng)用在歐洲和日本比在美國(guó)顯得更加普遍。在西歐和日本，消費(fèi)者十分重視食品的質(zhì)量，而且食品的消費(fèi)表現(xiàn)得更加社會(huì)化，而在北美地區(qū)，似乎更加強(qiáng)調(diào)個(gè)性化，也就是說(shuō)，他們更加喜愛(ài)口味變化快、更熱和更新鮮的食品。
在美國(guó)很早就重視高阻隔性材料的應(yīng)用。實(shí)際上，在共擠薄膜加工技術(shù)方面，美國(guó)走在世界其他國(guó)家的前列。不過(guò)，美國(guó)還有不少先進(jìn)的方法也是從其他工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)的。在普遍使用高阻隔性包裝的其他領(lǐng)域中，包括醫(yī)療器械、藥品及日漸興隆的寵物食品等。高阻隔軟包裝系統(tǒng)得到迅速發(fā)展的一個(gè)重要原因還在于這種包裝可以防止細(xì)菌的蔓延。很多種這類新型軟包裝也在發(fā)展中，有的配上某些金屬箔或噴涂金屬層形成高阻隔性，有的還裝上拉鏈或者類似的結(jié)構(gòu)。
發(fā)展前景
人們已經(jīng)預(yù)測(cè)，“主動(dòng)包裝”（Active packaging）將成為塑料薄膜阻隔包裝應(yīng)用的一種發(fā)展趨勢(shì)。主動(dòng)包裝也稱“可變包裝”（Variabe packaging），其含義不僅限于指不再不準(zhǔn)任何外部氣體進(jìn)入包裝內(nèi)，還包括調(diào)節(jié)包裝內(nèi)部的氣體成 分，使之不斷地保持最佳協(xié)調(diào)狀態(tài)。在這類包裝中，還有一種所謂“氧氣凈化器”（oxygen scavensers），可使包裝件頭部空間或間隙處的氧氣被裝入包裝件中的這類物質(zhì)吸收或去除。這種新型包裝技術(shù)在日本已經(jīng)使用，所以有人認(rèn)為這種包裝可能去發(fā)展成為新一代的包裝形式。這類包裝的顯著特點(diǎn)就是不僅僅是阻隔其他氣體進(jìn)入，而且可以調(diào)節(jié)包裝件內(nèi)部的氣體環(huán)境及其組成。因此，有學(xué)者認(rèn)為，這種主動(dòng)包裝將會(huì)迅速發(fā)展并不斷完善，特別是對(duì)新鮮水果、蔬菜類的產(chǎn)品包裝，將是軟包裝產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域。
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