功能性包裝薄膜論略（三）

陳昌杰

（上海市包裝技術(shù)協(xié)會(huì)）

行業(yè)發(fā)展概況

功能性包裝薄膜論略（三）

陳昌杰

（上海市包裝技術(shù)協(xié)會(huì)）

（上接《塑料包裝》2015年第2期）

4 、蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜的一般特性

我們可以列舉蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜的眾多具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的特性，首先是對(duì)氧氣和水蒸氣的特別優(yōu)良的阻隔性，雖然由于各公司生產(chǎn)方法或生產(chǎn)條件不同，不同蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜工業(yè)化品牌，阻隔性方面有一定的差異，但總體上均接近于鋁箔而明顯地高于普通阻隔性塑料包裝薄膜，而且當(dāng)蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜與PE、CPP等熱封性薄膜復(fù)合之后，阻隔效果更佳，見(jiàn)3、表4。除了優(yōu)良的阻氧防潮性之外，蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜還可具有良好的保香性，耐油性，適合于各種食品的包裝。蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜透明性好，對(duì)商品具有良好的展示效果，用于銷(xiāo)售包裝，促銷(xiāo)效果顯著。蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜微波透過(guò)性好，適用于微波加熱食品包裝。蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜耐高、低溫性好，使用溫度范圍寬，可用于蒸煮包裝與冷藏包裝。蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜具有優(yōu)秀的耐藥品性，可用于耐酸堿的包裝；蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜環(huán)境友好，易于回收利用，燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染等等。

表3 一些蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜的阻隔性

表4 SiOx阻隔性包裝薄膜復(fù)合后的透氧及透濕性能

在應(yīng)用蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜時(shí)，我們需要特別注意的有如下幾點(diǎn)

（1）阻隔性與涂層膜厚間的關(guān)系

蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜，當(dāng)SiOx蒸鍍層的厚度低于50nm時(shí)，阻隔性隨著涂層厚度的增加而增加，當(dāng)SiOx蒸鍍層的厚超過(guò)50nm后，薄膜的阻隔性能基本保持不變，趨于一個(gè)定值，SiOx阻隔性包裝薄膜的阻隔性與鍍SiOx涂層厚度間的關(guān)系的示意圖，見(jiàn)圖1。

m l／m2·24h

圖1 阻隔性包裝薄膜的阻隔性與蒸鍍層厚度間的關(guān)系示意圖

（2）阻隔性與蒸鍍涂層的組成及構(gòu)造間的關(guān)系

蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜的蒸鍍涂層，是Si3O4、S2O3和SiO2等物質(zhì)的混合物，可用SiOx表示，通常SiOx中x的值控制在1．5～1．8之間。SiOx阻隔性包裝薄膜的阻隔性能，隨著SiOx的x值的增大而減小，同時(shí)膜層的顏色隨著x的增大而變得更加無(wú)色透明，當(dāng)x值達(dá)到2時(shí)，阻隔性能最差，鍍SiOx層完全無(wú)色透明。

（3）阻隔性與環(huán)境溫度間的關(guān)系

通常有機(jī)聚合物的物質(zhì)透過(guò)率對(duì)溫度的依賴(lài)關(guān)系較大，隨著溫度的上升，其阻隔性顯著下降，與此相反，無(wú)機(jī)物的透過(guò)率對(duì)溫度的依賴(lài)關(guān)系較小，阻隔性的變化比較小。圖2、圖3中，給出了蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜（PET／GT）復(fù)合后的阻隔性以及PVDC類(lèi)復(fù)合阻隔性與溫度間的關(guān)系。由圖可知，即使在高溫情況下，氧化硅蒸鍍膜也表現(xiàn)出極優(yōu)良的阻隔性，因此作為蒸煮包裝薄膜的基材使用具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。

圖2 復(fù)合薄膜的氣體阻隔性與溫度間的關(guān)系

圖3 復(fù)合薄膜的水蒸氣阻隔性與溫度間的關(guān)系

（4）蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜的蒸煮性

蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜鍍層具有良好的耐高溫性能，而且鍍層與基膜間的結(jié)合牢度高（特別是化學(xué)蒸鍍產(chǎn)品），PET等耐高溫基材的蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜，可以用于蒸煮薄膜的基材使用，但要獲得好的使用效果，必須注意與之配伍的熱封層基膜和粘合劑的選擇。

首先由于在蒸煮過(guò)程中，氧化硅鍍膜會(huì)受到與之配伍的其它材料（粘接劑，熱封薄膜等）熱膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力作用，這種應(yīng)力絕對(duì)不能超過(guò)鍍膜的強(qiáng)度，否則會(huì)引起涂層的破壞，因此與之配伍的基材，應(yīng)當(dāng)具有和它的相當(dāng)?shù)臒崤蛎浵禂?shù)。在基材具有相當(dāng)?shù)呐蛎浭湛s量時(shí)，剛性的大小也應(yīng)該作為主要因素加以考慮，應(yīng)當(dāng)選擇楊氏模量小的基材。表5列出了蒸煮條件下，膨脹收縮及楊氏模量不同的幾種市售的蒸煮用CPP熱封膜，與蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜（GT薄膜——基膜為聚酯薄膜的蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜）配伍，制得的蒸煮薄膜，蒸煮后薄膜阻隔性的變化。表中CPP薄膜的膨脹收縮量數(shù)據(jù)，是GT薄膜膨脹量為100時(shí)的相對(duì)值。從表3中所列的、蒸煮后的氧氣透過(guò)性可以看出，B型CPP薄膜與GT薄膜的膨脹收縮量相近，楊氏模量也比較小，使用它作為熱封層時(shí)，蒸煮時(shí)薄膜的阻隔性下降較小，作為蒸煮薄膜的熱封層，是比較適合的。

表5由于熱封層不同而對(duì)CT薄膜蒸煮性影響的測(cè)定實(shí)例

除了注意選用配伍的熱封層基材外，我們還需要注意粘合劑的影響。蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜與熱封層經(jīng)干法復(fù)合制造蒸煮薄膜時(shí)，希望粘合劑在蒸煮過(guò)程時(shí)比較柔軟，以便在其它材料的變形傳到蒸鍍膜時(shí)，起到一個(gè)緩沖的作用，常用的聚氨酯系列的蒸煮型粘合劑，對(duì)氧化硅蒸鍍膜也可以表現(xiàn)出極優(yōu)良的阻隔性，可在小樣試驗(yàn)認(rèn)證之后應(yīng)用。

日本東洋摩通和東洋油墨制造（株）合作，所開(kāi)發(fā)的、用于蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜干法復(fù)合用蒸煮型粘合劑見(jiàn)表6。

表6 日本東洋摩通的蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜用蒸煮型專(zhuān)用粘合劑

5 、蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜典型產(chǎn)品示例

（1）BOC公司的QLF

美國(guó)BOC公司所開(kāi)發(fā)的化學(xué)蒸鍍型涂布技術(shù)，叫做PECVD法，該法生產(chǎn)的薄膜叫QLF即石英玻璃狀薄膜（quartz like film）。QLF薄膜的性能如下：

QLF薄膜的阻隔性見(jiàn)表7

表7 QLF薄膜的阻隔性

由表可以看出，經(jīng)過(guò)PECVD蒸鍍加工以后，薄膜的阻隔性能明顯改善，但阻隔性隨蒸鍍的線速度的升高而降低（蒸鍍的線速度升高，鍍層的厚度降低），當(dāng)蒸鍍速度為100m／min時(shí)，以PET為基膜的QLF薄膜的透氧量為1．1cm3·（m2·24h ·0．1MPa）-1。當(dāng)蒸鍍速度為150m／min時(shí)，以PET為基膜的QLF薄膜的透氧量為1．6cm3·（m2·24h·0．1MPa）-1；而當(dāng)蒸鍍速度為200m／min時(shí)，以PET為基膜的QLF薄膜的透氧量增加到2．0 cm3·（m2·24h·0．1MPa）-1。對(duì)于水蒸氣的透過(guò)性也有類(lèi)似的情況，但即使蒸鍍速度增加到200m／min，以PET為基膜的QLF薄膜的透水蒸氣量亦僅2．2g·（m2·24h）-1，保持高阻隔的水平。以BOPA為基膜進(jìn)行蒸鍍加工時(shí)，也有類(lèi)似的情況，當(dāng)蒸鍍線速度增加時(shí)，成品薄膜的阻隔性略有下降。

采用PECVD法制得的蒸鍍薄膜，蒸鍍層SiOx和基材薄膜之間的結(jié)合，屬于化學(xué)結(jié)合，涂層的牢度好，可采用擠出復(fù)合對(duì)其進(jìn)行后加工，使熔融態(tài)的聚乙烯，直接與該蒸鍍膜復(fù)合并得到很好的黏合牢度。此外，油墨亦和SiOx涂層間有良好的黏附力，印刷效果良好。

采用PECVD法生產(chǎn)的、含蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜，具有良好的衛(wèi)生性能，已經(jīng)獲得FDA認(rèn)可，可用于食品、醫(yī)藥品包裝，此外它還有成本比較低廉的優(yōu)勢(shì)，綜上所述，我們不難看出，QLF型薄膜，是一種性能突出的、具有實(shí)用性的阻隔性蒸鍍薄膜。

（2）凸版印刷（日）公司的蒸鍍薄膜產(chǎn)品GL—E

GL—E是GL系列產(chǎn)品中蒸鍍氧化硅的品種，阻隔性能極高，基材為PET（厚12μm）的GL—E薄膜，與30μm厚的CPP薄膜的復(fù)合薄膜，透氧量?jī)H0．5 cm3·（m2·24h·0．1MPa）-1，透水蒸氣量?jī)H0．5g·（m2·24h）-1。

GL—E不僅阻隔性能好，而且阻隔性能的穩(wěn)定性好，在溫度、濕度等外界環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，其阻隔性能的變化不大，始終保持在高阻隔性的水平。

GL—E系列產(chǎn)品的后加工性能優(yōu)良，可以采用凹版印刷、擠出涂敷（擠出復(fù)合）、干法復(fù)合等常規(guī)方法進(jìn)行后加工。

GL—E系列產(chǎn)品的另一突出的優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境保護(hù)的適應(yīng)性好，主要表現(xiàn)在：低燃燒值，燃燒時(shí)不會(huì)損壞焚燒爐。燃燒時(shí)不產(chǎn)生含氯化氫以及二惡英等有害于環(huán)境的物質(zhì)。焚燒時(shí)幾乎不產(chǎn)生殘?jiān)?/p>

GL—E的缺點(diǎn)是在塑料薄膜蒸鍍氧化硅以后微具黃色，用它包裝商品會(huì)給人以陳舊的感覺(jué)，因此在部分商品的包裝中的應(yīng)用受到限制。為此凸版印刷公司開(kāi)發(fā)了GL—AE等蒸鍍氧化鋁的品種；見(jiàn)圖4。

圖4 GL系列產(chǎn)品概況

其中

GL—AU是以PET薄膜為基膜，經(jīng)蒸鍍加工而制得的高阻隔產(chǎn)品，具有能和鋁箔阻隔性相匹敵的阻隔性，在世界上的透明型阻隔性蒸煮包裝薄膜中，具有最高等級(jí)的阻隔性，可以代替鋁箔使用。

GL—AE是以PET薄膜為基膜，經(jīng)蒸鍍加工而制得的標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品，具有優(yōu)良的透明性與阻隔性，可廣泛用于替代PVDC薄膜以及PVDC涂布型薄膜使用。

GL—AEH是以PET薄膜為基膜，經(jīng)蒸鍍加工而制得的產(chǎn)品，是以蒸煮包裝為目的而開(kāi)發(fā)的透明型阻隔包裝薄膜，在透明型蒸煮包裝薄膜中，它具有高度的阻隔性。

GL—AEY是以雙向拉伸尼龍薄膜為基膜，經(jīng)蒸鍍加工而制造的產(chǎn)品，阻隔性能優(yōu)良，可以代替K-BOPA使用。

GL—AEO是以雙向拉伸聚丙烯薄膜為基膜，經(jīng)蒸鍍加工制造的產(chǎn)品，具有中等阻隔性，可以代替K-BOPP使用。

GL系列產(chǎn)品的阻隔性見(jiàn)表8。

表8 GL系列產(chǎn)品的阻隔性

6 、蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜的應(yīng)用

如前所述，蒸鍍型氧化硅阻隔性包裝薄膜對(duì)氧氣和水蒸氣具有特別優(yōu)良的阻隔性能，同時(shí)具有高的透明性和透微波性以及耐高溫、耐低溫性，因此可以廣泛地應(yīng)用于真空包裝、充氣包裝、微波食品包裝、蒸煮包裝等等諸多方面。已成功地應(yīng)用的實(shí)例有：

（1）點(diǎn)心等食品包裝

如點(diǎn)心、蛋黃醬、奶酪、餅干、巧克力、脫水湯料、咖喱等等商品的包裝；

（2）蒸煮食品

菜粥、燉制食品、等商品的包裝；

（3）洗滌用品類(lèi)商品的包裝

（4）醫(yī)藥類(lèi)商品的包裝；

（5）特別適于微波食品等商品的包裝。

（未完待續(xù)：見(jiàn)本刊2015年第4期）