功能性塑料薄膜在包裝領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展

劉海東 尹洪鋒 牛思雙

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的相互融合，人們對(duì)包裝的綜合要求逐漸提升，包裝不僅要具有更高的安全衛(wèi)生性、更好的保護(hù)性能、更簡(jiǎn)易的開(kāi)啟方式，還要具有良好的環(huán)境友好性，不僅能滿足人類對(duì)健康的追求以及適應(yīng)快節(jié)奏生活，還能響應(yīng)綠色環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì)。塑料薄膜作為包裝領(lǐng)域應(yīng)用較為普及的一種原材料，尤其是功能性薄膜，在包裝中扮演著十分重要的角色，可以說(shuō)人們對(duì)包裝的大多需求可以通過(guò)改善功能性塑料薄膜的各項(xiàng)性能來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面，筆者將對(duì)幾類具有市場(chǎng)潛力的包裝用功能性塑料薄膜進(jìn)行介紹，期望能幫助行業(yè)人士更加全面地認(rèn)識(shí)功能性塑料薄膜及其特性，為包裝選材提供有用的依據(jù)。

高阻隔性薄膜

高阻隔性薄膜是包裝用功能性塑料薄膜中最重要、應(yīng)用最廣泛的一種，其對(duì)如氧氣、水蒸氣、液體及異味等小分子有良好的屏蔽功能。目前，高阻隔性薄膜在食品和藥品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛，其主要有以下幾種類型。

1.EVOH薄膜

EVOH薄膜為乙烯-乙烯醇共聚物，既有PE薄膜的高阻濕性能，又有PVA薄膜的高阻氣性能，應(yīng)用在食品包裝上，可大大提高食品的保香性，延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期。

EVOH薄膜具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，良好的光澤度、透明性和耐油、耐有機(jī)溶劑性能，是所有高阻隔性薄膜中熱穩(wěn)定性最好的一種材料。由于EVOH薄膜的分子結(jié)構(gòu)中含有-OH親水基團(tuán)，易吸收水分，從而影響其阻隔性，所以EVOH薄膜一般用作復(fù)合薄膜的中間層。

2.PVDC薄膜

PVDC是偏二氯乙烯（VDC）與氯乙烯（VC）或其他單體的共聚物。PVDC薄膜是國(guó)內(nèi)研發(fā)最早的一種高阻隔性材料，且使用歷史較長(zhǎng)，由于其成型加工性較差，更多地應(yīng)用于復(fù)合薄膜的阻隔層或薄膜的阻隔涂層。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，PVDC薄膜主要用作火腿和香腸的包裝，整個(gè)包裝和內(nèi)容物必須進(jìn)行高溫高壓殺菌處理。

但由于PVDC薄膜中含有氯，燃燒處理時(shí)所產(chǎn)生的有害物質(zhì)會(huì)污染空氣。所以，近年來(lái)在許多國(guó)家出臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)中都限制PVDC在包裝材料中的使用，尤其是歐洲一些國(guó)家，更是將PVDC劃為禁用材料。

3.K涂層薄膜

K涂層薄膜一般采用雙向拉伸薄膜（如BOPP、BOPA等）作為基材，涂布PVDC或偏二氯乙烯與丙烯酸樹(shù)酯共聚膠乳薄層，使薄膜具有良好的阻氣、阻濕、保香及低溫?zé)岱庑阅堋Ｒ话闱闆r下，PVDC涂層厚度為2μm，涂層越厚，薄膜的阻隔性越好，但成本也越高。許多研究人士力求通過(guò)研發(fā)出高阻隔性的涂層來(lái)滿足使用者對(duì)高性價(jià)比K涂層薄膜的需求，如日本研究的新型PVDC乳膠，能使K涂層薄膜具有更好的阻隔性、爽滑性和易熱封性，適用于高速包裝，以及對(duì)包裝阻隔性要求較高的場(chǎng)合。

4.真空鍍SiOx薄膜

真空鍍SiOx薄膜所使用的氧化硅鍍膜為Si2O3和Si3O4的混合物，可采用物理沉積法和化學(xué)沉積法在薄膜基材（如PET、PA等）上鍍一層氧化硅，鍍層厚度通?！?00nm。氧化硅鍍層透明性極好，相當(dāng)于在薄膜上涂覆一層“透明玻璃”，不僅能使薄膜保持良好的透明性，還能有效降低氧氣、水蒸氣等的透過(guò)率，更能顯著提高真空鍍SiOx薄膜的耐油性、耐藥品性、環(huán)境適應(yīng)性、微波爐適應(yīng)性，可應(yīng)用于油脂食品、冷凍食品、飲料、醫(yī)藥、化學(xué)試劑等產(chǎn)品的包裝。

5.特殊尼龍MXD2薄膜

尼龍與PET一樣，屬中等阻隔性材料，但經(jīng)過(guò)改性的特殊尼龍MXD2薄膜則克服了尼龍吸濕率高的缺點(diǎn)，不僅具有極低的吸濕率，而且阻氣性隨著環(huán)境溫濕度的增加下降得很少。在標(biāo)準(zhǔn)條件下，特殊尼龍MXD2薄膜對(duì)氧氣的阻隔率略低于EVOH，但經(jīng)蒸煮處理后，其氧氣透過(guò)率則變得極低。盡管特殊尼龍MXD2薄膜開(kāi)發(fā)得較晚，但發(fā)展速度卻相當(dāng)迅速，目前主要應(yīng)用于蒸煮包裝。

6.PEN薄膜

PEN（聚苯二甲酸乙二醇酯）薄膜質(zhì)量輕、剛性強(qiáng)、耐高溫（可達(dá)265℃）且耐溫性能穩(wěn)定，水蒸氣和氣體滲透率低，具有良好的抗紫外光穿透性，尤其適用于環(huán)境條件較為惡劣或?qū)ψ韪粜杂刑厥庖蟮膱?chǎng)合。PEN薄膜是一種綜合性能比較優(yōu)秀的高阻隔性材料，應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，如杜邦公司生產(chǎn)的PEN薄膜應(yīng)用于揚(yáng)聲器高音振膜。但相比其他功能性薄膜，PEN薄膜的生產(chǎn)成本較高，導(dǎo)致其在包裝市場(chǎng)的推廣應(yīng)用受到很大限制。

水溶性薄膜

水溶性薄膜主要有高溫型（40℃以下完全不溶，80℃以上完全溶解）和低溫型（遇水即溶）兩種。前者特別適用于水果套袋，后者則可用于食品、醫(yī)藥包裝。水溶性薄膜遇水后能自動(dòng)產(chǎn)生微孔，實(shí)現(xiàn)緩釋功能，廢棄之后也不會(huì)造成“白色污染”，屬于環(huán)境友好型薄膜塑料。

水溶性薄膜的主要特點(diǎn)是能徹底生物降解、無(wú)毒、安全、熱封強(qiáng)度較高、具有防偽功能、印刷性能好、抗靜電防塵等，其主要原料是低醇解度的聚乙烯醇（PVA），同時(shí)添加各種助劑，如表面活性劑、增塑劑、防粘劑等。其作為一種新穎的綠色包裝材料，在歐美、日本等國(guó)家和地區(qū)被廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品的包裝，如農(nóng)藥、化肥、顏料、染料、清潔劑、水處理劑、礦物添加劑、洗滌劑、混凝土添加劑、攝影及園藝護(hù)理用化學(xué)試劑等，并被批準(zhǔn)用于食品包裝和藥品包裝。

美國(guó)WTP公司、CCLP公司、法國(guó)GRENSOL公司和日本合成化學(xué)公司是全球領(lǐng)先的水溶性PVA薄膜生產(chǎn)企業(yè)。在國(guó)內(nèi)，水溶性薄膜市場(chǎng)正在興起。北京工商大學(xué)輕工業(yè)塑料應(yīng)用技術(shù)研究所通過(guò)篩選出能降低PVA塑化溫度的塑化改性劑，實(shí)現(xiàn)了PVA干法熔融造粒及吹膜加工，并申請(qǐng)了5項(xiàng)專利，現(xiàn)在部分專利已轉(zhuǎn)讓并投入生產(chǎn)。株洲工學(xué)院與廣東肇慶方興包裝材料公司聯(lián)合研發(fā)了水溶性薄膜及其生產(chǎn)設(shè)備，其產(chǎn)品正走向市場(chǎng)。

氣調(diào)保鮮薄膜

氣調(diào)保鮮方式通常是將理想氣體一次性充入包裝容器內(nèi)，讓已失去生命活性的內(nèi)容物進(jìn)行氣體置換，從而達(dá)到保鮮的目的。而采摘后的生鮮果蔬仍有生命活動(dòng)，在有氧呼吸和無(wú)氧呼吸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生乙烯等氣體，從而加速包裝內(nèi)果蔬的成熟，非常不利于果蔬保鮮。果蔬氣調(diào)保鮮包裝的機(jī)理是在保證果蔬必要的生理活動(dòng)下，降低包裝內(nèi)O2的含量，提高CO2的含量，并排除掉對(duì)果蔬成熟起促進(jìn)作用的乙烯，保持適度的低溫，抑制果蔬的呼吸強(qiáng)度，減少消耗，從而達(dá)到延緩衰敗、延長(zhǎng)保質(zhì)期的目的。

因此，必須根椐果蔬種類、呼吸速率、儲(chǔ)運(yùn)環(huán)境等不同條件來(lái)選擇具有適當(dāng)透氣率的包裝薄膜，同時(shí)根據(jù)需求輸入理想氣體進(jìn)行氣調(diào)，包裝內(nèi)的氣體組分及含量越接近產(chǎn)品氣調(diào)包裝理想氣體的水平，果蔬的保鮮期越長(zhǎng)。大多數(shù)果蔬較適宜的理想氣體指標(biāo)為：O2含量為1%～5%，CO2含量為3%～10%。

當(dāng)然，實(shí)際應(yīng)用中還要根據(jù)具體果蔬的最適氣調(diào)條件和薄膜材料的氣體透過(guò)率來(lái)選材。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，PE、PS、PP、PVC等薄膜均具有良好的透氣性，對(duì)不同氣體的透過(guò)率為N2∶O2∶CO2=1∶（3～5）∶（15～30），這些薄膜對(duì)不同氣體的選擇透過(guò)性有利于包裝內(nèi)保持低O2、高CO2的狀態(tài)。此外，采用具有水蒸氣阻隔性和防霧性，同時(shí)具有吸收乙烯等特殊功能的塑料薄膜，對(duì)延長(zhǎng)果蔬保質(zhì)期、解決長(zhǎng)途運(yùn)輸問(wèn)題、延長(zhǎng)貨架期更為有利。

可生物降解薄膜

普通薄膜密度小、質(zhì)量輕、表面積大、不易降解，丟棄在環(huán)境中難以回收再利用，是造成“白色污染”的“元兇”，給生態(tài)環(huán)境造成極大破壞。降解薄膜按降解機(jī)理分為可生物降解薄膜、光降解薄膜和環(huán)境降解薄膜，其中可生物降解薄膜是包裝用材的重要發(fā)展方向。

可生物降解薄膜主要由能被微生物完全分解的物質(zhì)組成，這些物質(zhì)來(lái)源于可再生的淀粉、纖維素、殼聚糖及其他多糖類天然材料，大大減少了石油資源的消耗量，而這些天然材料的最終降解產(chǎn)物為CO2和H2O，可被自然全部消化，完全不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染?？缮锝到獗∧さ闹饕愋陀芯廴樗幔≒LA）、聚己內(nèi)酯（PCL）等。

以PLA薄膜為例，采用普通的成型加工設(shè)備進(jìn)行擠出和吹膜，然后印刷制袋，包裝成品具有良好的力學(xué)性能、氣味阻隔性和衛(wèi)生安全性。

當(dāng)前，在可生物降解薄膜領(lǐng)域，美國(guó)的GDP公司、日本的島津公司和DIC公司處于領(lǐng)先地位，這些公司已有多款產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了商品化和產(chǎn)業(yè)化，但由于品種和產(chǎn)量較少，成本較高，主要應(yīng)用于醫(yī)療材料和高檔食品包裝。未來(lái)，隨著環(huán)保壓力的增加以及可生物降解薄膜產(chǎn)量的提升，可生物降解薄膜有望與傳統(tǒng)塑料薄膜搶奪市場(chǎng)份額。

除上述類型之外，包裝用功能性塑料薄膜還有納米塑料薄膜、抗菌性薄膜、易分離型熱封薄膜、易撕裂薄膜、微波食品包裝薄膜等。但整體來(lái)看，目前我國(guó)功能性塑料薄膜的發(fā)展還不夠成熟，企業(yè)創(chuàng)新意識(shí)比較薄弱。隨著產(chǎn)品的分類細(xì)化和生產(chǎn)設(shè)備的專業(yè)化，國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)在引進(jìn)新設(shè)備和新技術(shù)的基礎(chǔ)上認(rèn)真消化吸收，提高自主創(chuàng)新能力，不斷增強(qiáng)自身產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，促使我國(guó)功能性塑料薄膜向著品種多樣化、專用化的復(fù)合膜方向發(fā)展。