可吸收紫外線的透明包裝材料

孫永泰

(遼寧省遼中縣水利化工設(shè)備廠)

一、紫外線的損害作用

紫外線是波長為136～390nm的電磁波，具有殺菌效果，而以波長在250～280nm的紫外線尤其有效，早就廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)。但是紫外線照射在商品上，由于其高能量作用，會使組成成分發(fā)生變化，如使高分子材料老化，特別是會使食品中的油脂發(fā)生氧化，色素發(fā)生分解，導(dǎo)致變質(zhì)腐敗。而使纖維制品(如棉布紡織物)發(fā)生的老化褪色，則會使商品品質(zhì)下降，影響銷售，減少收益。

采用塑料制造的透明容器和薄膜袋，具有能使消費(fèi)者看見內(nèi)裝物的特點(diǎn)，深受廣大消費(fèi)者的喜愛，成為流行和有效的包裝形式。但其易透過紫外線又成為它的一大缺陷，阻礙了它的發(fā)展。因此開發(fā)研究可吸收紫外線的透明包裝材料具有緊迫性和重大意義。

二、可吸收紫外線的透明包裝材料

1.截止紫外線的方法

要實(shí)現(xiàn)防止紫外線的遮光包裝，可以采用如下方法:一為采用不透光的包裝材料，如鋁箔、紙張、及它們的復(fù)合材料;二為塑料薄膜著色或者加以沖刷。前者完全遮光，已經(jīng)不具有透明包裝特性。后者則透明性下降，使商品價(jià)值下降。為了達(dá)到既截止紫外線又透明的目的，可采取紫外線吸收劑加以解決。方法為將紫外線吸收劑混合在樹脂中制成透明包裝材料，或者將摻有紫外線吸收劑的粘合劑(涂料)涂覆在塑料薄膜上，由此制得既有透明性又能防止紫外線照射的薄膜。

2.紫外線吸收劑

制造可吸收紫外線透明包裝材料的關(guān)鍵為紫外線吸收劑。

紫外線吸收劑有兩大類:有機(jī)化合物紫外吸收劑和無機(jī)超微粒子紫外吸收劑。前者使用較早且廣泛，而后者為納米科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，歷史較短但具有優(yōu)勢和發(fā)展前途。

(1)有機(jī)紫外線吸收劑有機(jī)紫外線吸收劑是一類能夠強(qiáng)烈地選擇性吸收高能量的紫外線，并進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，以熱能形式或無害的低能輻射將能量釋放或消耗的有機(jī)化合物。主要有二苯甲酮類和苯并三唑類等。

有機(jī)紫外線吸收劑具有經(jīng)濟(jì)、有效、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。但其最大的缺點(diǎn)為有毒，不能直接接觸食品，除非采用層合包裝，使包裝內(nèi)壁為無吸收劑的純樹脂層，然而這樣就增大了成本，增加了工序和難度。同時，這類有機(jī)紫外線吸收劑耐久性差，缺乏熱穩(wěn)定性，在加工工序中經(jīng)不起200℃以上溫度的處理，限制了應(yīng)用。但如能采用粘復(fù)合技術(shù)，使有機(jī)紫外線吸收劑摻入粘合劑中，涂在塑料薄膜上形成復(fù)合膜，則能克服以上缺點(diǎn)，制造出合格的包裝材料。這就是日本發(fā)明生產(chǎn)的SC復(fù)合膜，將在后詳細(xì)介紹。

(2)無機(jī)超微粒子紫外線吸收劑粒徑大約在1～l00nm范圍內(nèi)的顆粒叫做超微顆粒(粒子)。物質(zhì)變成超微顆粒后，在性能上會出現(xiàn)與固體完全不同的行為，成為“物質(zhì)的新狀態(tài)”，具有許多獨(dú)特的電、磁、光、力學(xué)和催化性能。氧化鐵超微粒子就具有很好的紫外線屏蔽性能，且耐光性、耐候性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱性都很好，更令人欣喜的是沒有毒性，且成本低廉。因此，跟有機(jī)紫外線吸收劑比較具有明顯的優(yōu)勢，是一類極有前途的紫外線吸收劑?，F(xiàn)在開發(fā)使用的有氧化鐵、氧化鋅、氧化鈦等，但以氧化鐵超微粒子吸收能力最強(qiáng)。它能完全吸收400nm左右波長的紫外線。

3.可吸收紫外線的透明包裝材料的制造和應(yīng)用

(1)SC復(fù)合膜的制造和應(yīng)用

將有機(jī)紫外線吸收劑溶解在定量的溶劑內(nèi)，和預(yù)先調(diào)配好的粘合劑溶液混合在一起，以涂料器涂覆制成復(fù).合膜。依靠這種辦法，粘合劑涂層就成為一種復(fù)合基材，使紫外線吸收劑不暴露在表面，從而發(fā)揮防止紫外線照射的功能，且不會接觸內(nèi)容物，符合食品衛(wèi)生法規(guī)。

具體加工條件如下:

①紫外線吸收劑2%—2.5%

②涂覆溫度15—20℃

③干燥溫度l00℃

④生產(chǎn)線速度70m/min

此方法中紫外線吸收劑的涂覆量保持穩(wěn)定不變，在保證充分的干燥溫度條件下，在粘合層養(yǎng)護(hù)完畢后，就可以獲得透明度良好的涂層。其與隔氣性優(yōu)良的薄膜構(gòu)成復(fù)合膜，具有優(yōu)良的性能:阻氣遮光。

SC復(fù)合膜具有如下特點(diǎn):

①薄膜基材的適應(yīng)范圍很寬，可任意組合后用于生產(chǎn)復(fù)合膜;

②粘合強(qiáng)度、熱封緘性和耐煮性等幾乎不變;

③不損害透明性;

④可截止95%的紫外線;

⑤防止紫外線功能穩(wěn)定性好，達(dá)6個月以上;

⑥安全可靠，通過批準(zhǔn)。

在SC復(fù)合膜生產(chǎn)中應(yīng)注意的事項(xiàng):

①要采取在紫外線全部波長范圍內(nèi)均具有較高吸收能力的吸收劑，一般上苯并三唑系紫外吸收劑較好。

②要注意紫外吸收劑在溶劑內(nèi)的可溶性及與粘合劑的溶合性。

③注意紫外線吸收劑濃度的調(diào)節(jié)。

SC復(fù)合膜的應(yīng)用:

①在點(diǎn)心等快餐食品領(lǐng)域中已經(jīng)實(shí)用化，包括:馬鈴薯片、油炸餅、奶油花生米、小餅干及乳制品、珍味等，另外茶葉、面條、海菜和熟肉制品也逐漸推廣使用。

②纖維品包裝成為廣闊的市場

SC復(fù)合膜制造用基材可選擇:O PP/CP P，OPP/OPP，KOPP/CPP，ON/CPP，PET/CPP 等。

其中:BOPP為雙向拉伸聚丙烯，CPP為不拉伸聚丙烯，KOPP為涂PVDC的OPP ON為雙向拉伸尼龍。

值得注意的是，用SC復(fù)合膜雖然能遮擋紫外線，但不能防止可見光，而可見光也會引起包裝食品品質(zhì)的下降。因此，應(yīng)考慮遮擋紫外線和可見光的綜合效果，而這可通過在SC復(fù)合膜的粘合劑中添加一些著色劑和無機(jī)物(如玻璃粉)來解決。

(2).氧化鐵超微粒子紫外吸收劑及其透明可吸收紫外線包裝材料的制造和應(yīng)用。

①氧化鐵超微粒紫外吸收劑的制造

制備氧化鐵超微粒子的方法很多，但以水相合成法最成熟和有效。日本昭和電工株式會社微粉研究中心開發(fā)的商品名為Nanotite。氧化鐵超微粒子的制備方法如下:

首先把氧化鐵和碳酸鋇經(jīng)混合、焙燒，最后粉碎成粉末，然后從中除去鋇，得到球形的α—Fe2O3超微粒子。

此粉末含有很多的羥基(－OH)，且成球狀，故分散性很好，即使在高濃度狀態(tài)下亦能良好分散。這對制造紫外線吸收材料十分有利。

②透明紫外線吸收包裝材料的制造

采用氧化鐵超微粒紫外線吸收劑制造透明紫外線吸收材料有兩種方法。

一為將Fe2O3超微粒紫外線吸收劑制成涂料涂覆在基材上形成復(fù)合材料，具有吸收紫外線的功能，并保持基材的透明性。

粒子的分散和涂料加工工藝關(guān)系很大。為了獲得良好的分散效果，在涂料制作中，在形成所要求的濃度之前，一定要在高濃度下施以干硬拌和，即要在少加溶劑的狀態(tài)下干拌。比如100gNanotite，34g丙烯酸樹脂，需要816g丁酮作溶劑。在拌和時，不是一下就按此比例把丁酮加入，而是先在少加丁酮的情況下攪拌，邊攪邊加，逐步加完。這樣就能使形成的涂膜霧度小且粒子分散性好。

另一方法是在不添加任何分散劑的情況下，把Nanotite混合在注射模塑成型用聚丙烯中，然后用立式注射模塑成型機(jī)擠出成濾光片材。

經(jīng)測試證明，厚度在1mm左右的片材，基本上能截止波長400nm以下的光，600nm以上的可見光則能穿透。一般Nanotite的加入量為:片材1mm厚度的加0.05%，厚度l00um加0.5%，如果能進(jìn)一步提高粒子的分散水平，測添加量可相應(yīng)減少。

三、結(jié)語

紫外線對商品特別是食品的破壞作用日益被人們所認(rèn)識，遮光包裝顯示出越來越大的作用，成為一種很重要的包裝技術(shù)。而要達(dá)到這一目的關(guān)鍵在于包裝材料的發(fā)展，可吸收紫外線透明包裝材料將成為一個研究的熱點(diǎn)，且發(fā)揮更大的作用，希望給予更多的關(guān)注和投入，早日形成中國紫外線吸收劑及其包裝材料和技術(shù)體系，在國際上占有一席之地，以促進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)和人民生活的發(fā)展。