功能性包裝薄膜的研究進(jìn)展

■ 文/天津科技大學(xué)包裝與印刷學(xué)院　王強(qiáng)強(qiáng)、陳瑞鵬、梁俊

一、前言

目前，中國(guó)正在努力實(shí)現(xiàn)從包裝大國(guó)到包裝強(qiáng)國(guó)的過(guò)渡，同時(shí)，包裝工業(yè)的快速增長(zhǎng)與低水平投入的現(xiàn)狀造成整個(gè)包裝行業(yè)的過(guò)度浪費(fèi)和污染，高耗能，高排放等問(wèn)題仍然是包裝工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。

從包裝的定義來(lái)講，包裝是指“為在流通過(guò)程中保護(hù)產(chǎn)品、方便儲(chǔ)運(yùn)、促進(jìn)銷(xiāo)售，按一定技術(shù)方法而釆用的容器、材料及輔助物等的總體名稱(chēng)。也指為了達(dá)到上述目的而釆用的容器、材料和輔助物的過(guò)程中施加一定技術(shù)方法等的操作活動(dòng)”。在商品日益充盈的時(shí)代，功能性包裝應(yīng)該更加注重細(xì)節(jié)，尊重客戶(hù)、關(guān)注環(huán)境等特點(diǎn)。包裝產(chǎn)品的形式必須主動(dòng)適應(yīng)銷(xiāo)售需要加人機(jī)需求。

功能性包裝區(qū)別于產(chǎn)品的銷(xiāo)售包裝，極力避開(kāi)和弱化產(chǎn)品在包裝印刷、色彩、圖案等有利于吸引消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)的設(shè)計(jì)元素上。因此，功能性包裝對(duì)材料選擇，結(jié)構(gòu)選型，工藝過(guò)程，后續(xù)的儲(chǔ)運(yùn)方式以及包裝材料的回收重用等元素作為主要的考量對(duì)象，有助于概念設(shè)計(jì)階段從全生命周期的角度全面考察產(chǎn)品包裝所涉及的成本要素。

二、功能性包裝薄膜

目前已產(chǎn)業(yè)化并在包裝領(lǐng)域中具有重要意義的功能性包裝薄膜，可以列舉出收縮性包裝薄膜、阻隔性包裝薄膜、纏繞薄膜、表面保護(hù)膜、易開(kāi)封薄膜、抗菌薄膜、降解薄膜、抗靜電薄膜、防銹薄膜等等。

功能性包裝薄膜是包裝材料中的重要品種，往往是一些特定包裝的不可或缺的材料，在塑料包裝材料中，具有十分重要的地位。

（一）定義

功能性包裝薄膜，至今沒(méi)有嚴(yán)格的定義，通常指具有普通通用塑料包裝薄膜所不具備的某一（或者某些）特殊功能、可以滿(mǎn)足包裝應(yīng)用上的特殊需要的塑料包裝薄膜。

（二）功能性包裝薄膜的制備

功能性包裝薄膜的制備：通過(guò)配方（樹(shù)脂和助劑）的設(shè)計(jì)制備功能性包裝薄膜、復(fù)合工藝制備高阻隔性薄膜、通過(guò)拉伸工藝（或拉伸與特定配方相結(jié)合）制備功能性薄膜等，以達(dá)到提高對(duì)商品的保護(hù)功能、方便商品的使用、改善包裝操作適應(yīng)性、改善環(huán)境保護(hù)適應(yīng)性、降低生產(chǎn)成本的效果，制備流程如圖1所示。

圖1　功能性塑料薄膜的制備流程

三、討論

（一）收縮性包裝薄膜

為了滿(mǎn)足部分商品的銷(xiāo)售需求，要求包裝膜具有良好的阻隔性能，主要通過(guò)多層復(fù)合工藝來(lái)增強(qiáng)阻隔性能，目前熱收縮薄膜包裝材料，主要有PVC、PE、PP、EVA、PVDC、PS、PET等，PVC熱收縮薄膜透明、熱收縮溫度低，使用方便，但光熱穩(wěn)定性差，加熱時(shí)分解產(chǎn)物氯乙烯單體已被醫(yī)學(xué)界列為致癌物質(zhì)；LDPE熱收縮薄膜，成型加工方便，但霧度較高；PP熱收縮薄膜有高的透明度和剛性，但熱收縮溫度高，限制了其應(yīng)用范圍。多層復(fù)合熱收縮薄膜已成為熱收縮薄膜研制和開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。

以線(xiàn)性低密度聚乙烯(LLDPE)作為中間層，共聚丙烯(PP)作為內(nèi)、外層，采用3層共擠的方法制成的POF復(fù)合熱收縮薄膜，可彌補(bǔ)單一材料制成的熱收縮薄膜所不能滿(mǎn)足的收縮包裝需要。它同時(shí)具備了聚乙烯和聚丙烯的所有優(yōu)點(diǎn)與長(zhǎng)處，其性能又優(yōu)于單純的聚乙烯膜和聚丙烯膜，POF熱收縮薄膜以其優(yōu)于紙盒和紙箱的低生產(chǎn)成本、低運(yùn)輸成本及良好的透明、保潔、防竊、使用方便等特點(diǎn)，成為小件商品、集合包裝等作業(yè)廣泛使用的包裝材料；POF熱收縮薄膜經(jīng)過(guò)電暈處理后還可用于印刷，具有耐刺穿性，收縮時(shí)能貼緊凹凸不平物體表面等特點(diǎn)，成為容器標(biāo)簽，瓶蓋密封標(biāo)簽的首選材料。

POF熱收縮薄膜的熱收縮溫度范圍在90一120℃之間，可在低于60℃下的自然環(huán)境中穩(wěn)定儲(chǔ)存；在一定熱收縮溫度下，薄膜的縱向收縮率和拉伸強(qiáng)度大于橫向，在熱收縮溫度范圍內(nèi)，隨溫度升高，薄膜收縮率和厚度提高，拉伸強(qiáng)度下降，斷裂伸長(zhǎng)率提高，如表1所示；熱收縮處理后薄膜的透濕度下降，防潮性提高。

表1　不同熱收縮溫度下POF薄膜的拉伸性能

（二）阻隔性包裝薄膜

當(dāng)前食品包裝方面最迫切需要改進(jìn)的是,盡可能使加工食品時(shí)的各種有氣味分子不致遺留在容器內(nèi)壁上,造成內(nèi)包食品有異味或原有香味或風(fēng)味被內(nèi)壁吸附而走失。例如飲料中有豐富的香味和風(fēng)味,其濃郁香味往往標(biāo)志著高質(zhì)量,但往往由于包裝材料選擇不當(dāng),而使大部份有效香味和風(fēng)味被包裝材料所吸附。聚烯烴類(lèi)是吸收香味和風(fēng)味的材料之一,然而也是食品包裝中應(yīng)用最廣泛的一種材料。因此最近100%天然果汁飲料為了保存香味和風(fēng)味己從聚烯烴系轉(zhuǎn)變到EVOH系，PET系 作為內(nèi)層的復(fù)合紙容器。

這種吸附現(xiàn)象不能用分子間引力，離子吸附之類(lèi)的論調(diào)來(lái)解釋?zhuān)仨氁浴拔綕B透”來(lái)討論機(jī)理和對(duì)策，采用化學(xué)阻隔層作為內(nèi)層來(lái)防止風(fēng)味走失有一定的功效。高分子材料中香味和氣味的吸收、溶解、擴(kuò)散、蒸發(fā)、滲透機(jī)理非常復(fù)雜，是溶解、擴(kuò)散、蒸發(fā)過(guò)程的重復(fù)行為，有待專(zhuān)題討論。因此有人提出了用金屬阻隔膜，氧化硅軟玻璃阻隔膜等。其次，高阻隔性包裝材料有PVDC、EVOH、PVC、PA等阻隔性包裝材料，多層共擠涂覆復(fù)合包裝材料，開(kāi)發(fā)蒸鍍膜、氟化聚烯烴容器。

（三）纏繞薄膜

拉伸纏繞薄膜是一種表面(單面或雙面)具有較強(qiáng)粘性并具有較強(qiáng)延伸性和良好回彈性的包裝薄膜。拉伸纏繞膜具有拉伸度強(qiáng)度高、自黏性好、透明度高、保潔性能可靠、相對(duì)密度輕、韌性強(qiáng)、使用方便等特點(diǎn)。

拉伸纏繞薄膜可由PE、PVC、EVA等生產(chǎn)。最初以PVC為基材、用DOA為增塑劑及增粘劑生產(chǎn)PVC拉伸纏繞膜，由于PVC拉伸纏繞膜拉伸性較差、穩(wěn)定性較差、環(huán)保適應(yīng)性差，所以后來(lái)開(kāi)發(fā)了PE拉伸纏繞薄膜并得到了廣泛的應(yīng)用。目前拉伸纏繞膜的生產(chǎn)基本上以聚異丁烯(PIB)或超低密度聚乙烯(VLDPE)為增粘劑，以線(xiàn)性低密度聚乙烯(LLDPE)為主要基材。如圖2所示，是以L(fǎng)LDPE為基材的薄膜。

圖2　LLDPE基材拉伸膜

拉伸纏繞膜具有廣泛的市場(chǎng)前景，尤其是高檔拉伸纏繞膜用途非常廣，因此國(guó)內(nèi)不僅要滿(mǎn)足中低檔拉伸纏繞膜所需樹(shù)脂的開(kāi)發(fā)，更應(yīng)加大技術(shù)攻關(guān)，消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，開(kāi)發(fā)出高檔拉伸纏繞膜所需的樹(shù)脂原料；不應(yīng)僅止步于己烯共聚聚乙烯樹(shù)脂的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，更應(yīng)該開(kāi)發(fā)辛烯共聚聚乙烯樹(shù)脂和茂金屬聚乙烯樹(shù)脂等高檔產(chǎn)品，以利于提高國(guó)內(nèi)薄膜加工業(yè)產(chǎn)品水平。

（四）表面保護(hù)膜

表面保護(hù)膜是為保護(hù)商品表面而開(kāi)發(fā)的一種薄膜，實(shí)際上它是一種特殊的壓敏膠膜，它較之使用表面保護(hù)涂料具有使用方便，價(jià)格低廉，效果可靠等綜合優(yōu)勢(shì)，因此受到人們?cè)絹?lái)越廣泛的關(guān)注。

少數(shù)商品在運(yùn)輸、貯存、加工以及組裝過(guò)程期間，常常需要對(duì)材料及零部件表面加以保護(hù)，以防止有害氣體、微生物的侵蝕，粉塵污染或者避免機(jī)械劃傷產(chǎn)生劃痕等等。對(duì)材料表面進(jìn)行保護(hù)最常用的方法是在被保護(hù)物體的表面上貼上一層保護(hù)膜，在結(jié)束運(yùn)輸、貯存、加工以及組裝等處理之后，再揭去該膜。

目前表面保護(hù)膜已在儀器、儀表、電子、機(jī)械、建筑、汽車(chē)制造及標(biāo)牌等行業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用，在金屬、塑料、玻璃、各類(lèi)油漆板、石材、木材等多種材料表面的保護(hù)方面，都取得了良好的效果，保護(hù)膜實(shí)際上是由一種特殊的壓敏膠膜，由基材層和壓敏膠層組成。

保護(hù)膜應(yīng)該達(dá)到的效果有以下幾點(diǎn)：

表面保護(hù)膜對(duì)被保護(hù)材料的表面應(yīng)該呈惰性，不與該表面發(fā)生反應(yīng)，不腐蝕、污染表面。

表面保護(hù)膜對(duì)被保護(hù)材料具有良好的粘附性能，在材料搬運(yùn)以及加工過(guò)程中，保護(hù)膜不會(huì)起翹脫落。

表面保護(hù)膜具有良好的耐候性及持粘力穩(wěn)定性，經(jīng)數(shù)日或久貼剝離力增長(zhǎng)不顯著，易于揭去，在揭去時(shí)被保護(hù)表面上沒(méi)有殘膠留存。

表面保護(hù)膜可具有良好的加工性適應(yīng)性，滿(mǎn)足被保護(hù)物深加工的需要。

（五）易開(kāi)封薄膜

密封包裝易開(kāi)封薄膜主要用應(yīng)用于餐后點(diǎn)心等相關(guān)休閑食品的包裝，是應(yīng)方便使用的要求而發(fā)展的起來(lái)的一類(lèi)功能性包裝材料。按照人們傳統(tǒng)的觀(guān)念，對(duì)于包裝的要求是要盡可能地牢固，認(rèn)為包裝越牢固對(duì)商品的保護(hù)效果越好因而也就更加可取，然而隨著社會(huì)的發(fā)展，特別是近年來(lái)，由于老年化社會(huì)的到來(lái)，出現(xiàn)了對(duì)方便開(kāi)封的強(qiáng)烈需求，以前片面地強(qiáng)調(diào)包裝對(duì)商品的保護(hù)、犧牲開(kāi)封性的理念，受到了極大的沖擊；同時(shí)出現(xiàn)了一種新的思維：要求包裝，特別是方便食品之類(lèi)商品的包裝，既要能夠有效地保護(hù)其包裝的內(nèi)容物，又具有方便開(kāi)封的功能，于是易開(kāi)封類(lèi)功能性薄膜一一易開(kāi)封薄膜的開(kāi)發(fā)應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生。

乙烯一丙烯酸甲酯共聚物(EMA)便是生產(chǎn)易開(kāi)封薄膜的一種優(yōu)良基材。密封包裝易開(kāi)封薄膜主要有易剝離型易開(kāi)封薄膜和易撕裂型易開(kāi)封薄膜兩大類(lèi)，前者用于塑料杯、碗等包裝容器的蓋材；后者用于制造易撕開(kāi)的塑料包裝袋，如圖3所示為生產(chǎn)商將易開(kāi)封薄膜應(yīng)用于果凍。

圖3　果凍易開(kāi)封膜

易剝離型易開(kāi)封薄膜，是易開(kāi)封薄膜中應(yīng)用較多的品種。易剝離型易開(kāi)封薄膜生產(chǎn)的基本原理，通常是通過(guò)特定的配方，使薄膜熱封合后的剝離性強(qiáng)度適度下降，以實(shí)現(xiàn)既能有效地保護(hù)包裝的內(nèi)容物，又能方便開(kāi)封的初衷；易剝離型易

開(kāi)封薄膜一般采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，至少有主層及熱封層兩層。主層的作用是賦予薄膜較高的剛性及較高的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度，同時(shí)通常使易剝離型易開(kāi)封薄膜的主層具有高的熔點(diǎn)，使主層和熱封層之間，具有較大的熔融溫度差，從而改善

薄膜的熱封合加工性能；熱封層亦稱(chēng)粘合層，其功能主要是賦予薄膜的密封可靠性及薄膜的易剝離的性，顯而易見(jiàn)，熱封層材料的選取，對(duì)于易開(kāi)封薄膜性能的優(yōu)劣，是至關(guān)重要的。

（六）抗菌薄膜

食品的質(zhì)量和安全一直是食品企業(yè)和消費(fèi)者非常關(guān)注的問(wèn)題，微生物的生長(zhǎng)繁殖不僅是造成產(chǎn)品腐爛變質(zhì)的重要原因，而且部分微生物還會(huì)對(duì)人體造成很大的危害。特別是采用保鮮膜包裝果蔬等時(shí)，包裝內(nèi)部空氣流通差，環(huán)境濕度大，很容易引起微生物生長(zhǎng)繁殖，所以，使用抗菌保鮮膜來(lái)防止產(chǎn)品受到微生物污染和延長(zhǎng)貨架期就顯得非常重要。

抗菌食品保鮮膜是指在保鮮膜中添加抗菌劑，通過(guò)抗菌劑的緩釋和光催化等作用達(dá)到抗菌、保鮮目的的一種功能薄膜。目前已研制PE／Ag納米防霉保鮮膜、PVC／TiO2：納米保鮮膜等多種抗菌食品保鮮膜。這些薄膜抗菌性能優(yōu)良，機(jī)械強(qiáng)度較普通塑料膜有不同程度的提高。

殼聚糖因?yàn)槠淞己玫娜梭w安全性、生態(tài)環(huán)保性和廣譜抗菌性引起了人們極大的關(guān)注，將殼聚糖作為涂層材料用于食品抗菌保鮮膜也取得了一定進(jìn)展。有人研究了殼聚糖涂覆在聚丙烯薄膜上制備新型薄膜材料，發(fā)現(xiàn)該薄膜具有良好的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，還具有顯著的抗菌性。

抗菌包裝膜的形式主要有以下幾種：(1)將揮發(fā)性的或不揮發(fā)的抗菌成分直接混合添加在聚合物材料中制成抗菌膜；(2)將抗菌劑涂覆或吸附在聚合物材料表面；(3)將抗菌劑通過(guò)離子或共價(jià)連接固定在聚合物上；(4)使用天生就具有抗菌性能的聚合體。

抗菌保鮮膜的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：功能多樣化。抗菌材料的納米化和復(fù)合化。抗菌食品保鮮膜的研究在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)將綜合考慮抗菌、氣調(diào)、機(jī)械強(qiáng)度等性能指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)性能的復(fù)合化。

（七）可降解薄膜

聚乙烯是目前世界上產(chǎn)量最大的一種塑料制品，廣泛的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)薄膜 包裝材料等一次性制品中，聚乙烯塑料廢棄后一般很難回收且聚乙烯分子對(duì)稱(chēng)穩(wěn)定在自然界中難以降解，不斷的積累給生態(tài)環(huán)境造成了巨大的危害。

近年的研究表明納米TiO2光催化技術(shù)在降解塑料領(lǐng)域也表現(xiàn)出巨大的潛力，對(duì)PS 等塑料制品表現(xiàn)出較好的催化降解效果 若能將此項(xiàng)技術(shù)有效應(yīng)用于催化降解PE塑料制品，必將為治理白色污染開(kāi)辟一條新途徑，前景廣闊。

同時(shí)天津科技大學(xué)課題組采用課題組前期制得的丙烯酸甲酯改性淀粉，與適量的PVA共混制備降解型包裝薄膜，如圖4所示，PVA也是具有水溶性的高分子材料，所以制成的改性淀粉／PVA可降解薄膜，具有完全生物降解性能，推廣應(yīng)用后對(duì)于開(kāi)發(fā)新型包裝材料、減少白色污染危害，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

圖4　PVA對(duì)薄膜力學(xué)性能的影響

（八）抗靜電薄膜

通用塑料大多屬于高絕緣物質(zhì)，容易產(chǎn)生靜電，每年由于靜電發(fā)生的事故不在少數(shù)，因此開(kāi)發(fā)抗靜電薄膜尤為重要。利用抗靜電劑制備抗靜電薄膜，具有工藝簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉的明顯優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)今生產(chǎn)抗靜電薄膜應(yīng)用最為廣泛的方法，其次，采用導(dǎo)電型填料生產(chǎn)抗靜電塑料薄膜，采用涂料生產(chǎn)防靜電薄膜，通過(guò)表面改性生產(chǎn)抗靜電薄膜等也是常用的制備方法。

抗靜電薄膜適用于帶有集成電路的電子產(chǎn)品，防止運(yùn)輸過(guò)程外界電磁輻射，或用于洗衣粉等粉末商品在包裝時(shí)因靜電而吸附在包裝口上，不利于封口。

（九）防銹薄膜

氣相防銹薄膜是近年發(fā)展起來(lái)的一種比較好的氣相防銹包裝材料，是將氣相緩蝕劑以一定方式添加到塑料薄膜中而形成的一種防腐蝕包裝材料，它是一種特殊的功能性薄膜。其不僅可以簡(jiǎn)化包裝環(huán)節(jié)，還具有透明性、熱塑性和氣密性等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可以回收再利用，節(jié)約資源，十分環(huán)保。隨著緩蝕劑合成技術(shù)和塑料加工技術(shù)的不斷發(fā)展，氣相防銹塑料薄膜已成為廣泛采用的一種氣相防銹包裝材料，其適用領(lǐng)域包括：汽車(chē)行業(yè)、船舶、航空器領(lǐng)域、機(jī)械領(lǐng)域、電器、電子領(lǐng)域、冶金領(lǐng)域、五金工具、武器裝備及其他金屬加工領(lǐng)域。

氣象防銹的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾點(diǎn)：

1.氣相防銹薄膜用緩蝕劑向通用、高效、無(wú)毒環(huán)保方向發(fā)展。

2.氣相防銹薄膜制品向著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化、形式多元化、基材樹(shù)脂多樣化方向發(fā)展。

3.對(duì)氣相防銹薄膜制品的外觀(guān)、氣味等提出更高要求,低氣味、良好透明度、美觀(guān)的VCIF產(chǎn)品深受客戶(hù)歡迎。

四、結(jié)語(yǔ)

作為一種新興的包裝形式，功能性包裝以其成本低、形式多樣化、應(yīng)用范同廣更得市場(chǎng)青睞，其發(fā)展日趨多元化，如何通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、工藝革新進(jìn)一步拓寬功能性包裝的應(yīng)用領(lǐng)域，提升其在高端市場(chǎng)的應(yīng)用價(jià)值，從而在與其他傳統(tǒng)包裝的競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出是包裝行業(yè)及企業(yè)必須探討的話(huà)題，也是站穩(wěn)行業(yè)必須踐行的出路。