淺談紙塑復(fù)合包裝技術(shù)

崔衛(wèi)鑫 王克儉

（北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院成型制造研究中心）

前 言

紙塑復(fù)合包裝是以食品專用紙板作為基料的包裝系統(tǒng)，由聚乙烯、紙等復(fù)合而成的紙質(zhì)包裝，是一種高技術(shù)的食品保存方法，是指被包裝的食品在包裝前經(jīng)過短時(shí)間的滅菌，然后在無菌條件下即在包裝物、被包裝物、包裝輔助器材均無菌的條件下，在無菌的環(huán)境中進(jìn)行充填的和封合的一種包裝技術(shù)。

本文將從紙塑復(fù)合包裝的材料、加工、應(yīng)用及發(fā)展等幾方面來進(jìn)行闡述。

1. 紙塑復(fù)合包裝的材料

紙塑復(fù)合包裝材料是通過一些方法將兩種或兩種以上具有不同性能的材料結(jié)合而組成的包裝材料，主要是紙類與塑料類基材之間進(jìn)行的復(fù)合。

1.1 紙類

紙類物質(zhì)在復(fù)合包裝材料中廣泛的作為基材，其主要原因是紙類物質(zhì)在復(fù)合包裝材料的生產(chǎn)及應(yīng)用上具有廣泛的可適用性：

① 紙類物質(zhì)具有一定的厚度、形穩(wěn)性和較高耐折性，這些性能對(duì)于提高紙塑復(fù)合材料的成型以及形穩(wěn)性，并且使其具有較好的質(zhì)感。

② 紙類物質(zhì)由于其纖維素的極性及多空特征使其具有良好的著墨性能，因此大多數(shù)的紙塑復(fù)合材料具有良好的印刷效果。另一方面，也是因?yàn)槠溥@種性能，可以使其容易吸收粘合物質(zhì)，使紙類物質(zhì)容易與其它的塑料基材進(jìn)行復(fù)合，大大降低了復(fù)合工藝成本。

③ 紙類物質(zhì)具有無毒、無害、衛(wèi)生性，因此從而提高了環(huán)保性能，適合于包括食品包裝在內(nèi)的各種商品包裝[1]。

1.2 塑料基材

1.2.1 聚乙烯（PE）

聚乙烯是在紙塑復(fù)合包裝材料中應(yīng)用最廣的塑料基材。PE是一種無臭、無毒，外觀呈乳白色半透明或不透明的蠟狀固體，其具有如下性質(zhì)：化學(xué)穩(wěn)定性極好，在常溫下幾乎不與任何物質(zhì)反應(yīng)，常溫下不溶于任何一種已知的溶劑；有優(yōu)良的耐低溫性能，且在低溫下性能變化極??；具有一定的透氣性，有非常好的熱封性。聚乙烯的種類也比較多，但在紙塑復(fù)合包裝材料中主要應(yīng)用的有低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）和線型低密度聚乙烯（LLDPE）三種。其中低密度聚乙烯無毒、無臭、無味、價(jià)格便宜、易加工，是復(fù)合包裝最常用的熱封基材。線性低密度聚乙烯是 70年代末才發(fā)展起來的聚乙烯新品種，與LDPE相比較透明性好，光澤性好，具有良好的沖擊強(qiáng)度和柔韌性，作為基材也得到了廣泛的應(yīng)用[2]。

由以上聚乙烯的性能可知，在包裝時(shí)可將其作為材料的內(nèi)層直接與被包裝物接觸。此外，其耐低溫性能使 PE為塑料層的紙塑復(fù)合包裝材料通常用于常溫包裝。

1.2.2 聚丙烯（PP）

聚丙烯外觀與聚乙烯相似，但聚丙烯的機(jī)械性能好，具有較好剛性和抗彎曲性；耐化學(xué)性極好，耐熱性良好，即使加熱到 150℃也不變形，因此能經(jīng)受高溫消毒。它可以分成非拉伸和雙軸定向兩大類。一種是非拉伸聚丙烯（CPP），另一種是雙向拉伸聚丙烯（BOPP）。其中CPP具有良好的透明性和光澤性；良好的熱封性，耐熱性優(yōu)良；耐油性和油脂性能也比較良好；無毒、無味，衛(wèi)生性好；耐化學(xué)藥品好，不易腐蝕。與CPP相比較，BOPP結(jié)晶度提高，沖擊強(qiáng)度，剛性，韌性，透明性，耐寒性等都有所提高[1][2]。

由以上性能可知，這種復(fù)合材料不僅用于包裝領(lǐng)域，也大量用于圖書裝飾等。

1.2.3 聚偏二氯乙烯（PVDC）

聚偏二氯乙烯大分子中含有大量強(qiáng)極性的氯原子，對(duì)非極性氣體有很強(qiáng)的阻隔性，而其憎水性也使其有強(qiáng)阻濕性，因此PVDC既阻氣又阻濕。其單膜可用做熱收縮薄膜、自粘保鮮膜，也可與聚烯烴制成多層薄膜用于包裝對(duì)保鮮要求較高的食品包。如果在紙張表面涂覆乳液，可以賦予紙張很好的氣體阻隔性，也常用來制作涂布玻璃紙，使玻璃紙具有很強(qiáng)的防潮性。經(jīng)涂布的紙、玻璃紙可用來包裝糖果、脫水食品、油炸食品及其它各種小吃食品[1]。

1.2.4 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）

PET一般都是雙軸定向的定向膜，用平膜法生產(chǎn)。其特點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度高，大概是聚乙烯的5-10倍，適宜于各種包裝機(jī)械、自動(dòng)包裝和自動(dòng)制袋機(jī)；熱性和耐寒性也比較良好，熔點(diǎn)為2600度，也可在-70～150度范圍內(nèi)適用，因此也具有良好的耐寒性；耐油性、耐化學(xué)藥品性好，適用于化學(xué)品的包裝；耐水性好，吸水率低，適用于包裝含水量高的食品；由于其中不含有增塑劑等物質(zhì)，衛(wèi)生性很好，印刷性良好[2]。

由以上性能可知，PET適合對(duì)一些化學(xué)藥品和含水量高的物品的包裝。

除了上述常用的塑料基材，外，其它塑料如乙烯－乙烯醇共聚物（EVOH）、乙烯－乙酸乙烯酯共聚物（EVA）等也是紙塑復(fù)合材料的基材。

2. 紙塑復(fù)合包裝材料的結(jié)構(gòu)與性能

2.1 紙塑復(fù)合包裝材料的結(jié)構(gòu)

紙塑復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)一般可用簡(jiǎn)寫的方式對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的描述。如圖1所示，紙塑復(fù)合材料可以表示為：紙/PE/鋁/PE。寫在第一位的是紙，最后一味是與產(chǎn)品接觸的內(nèi)層PE[1]。

圖1 紙塑復(fù)合材料基本結(jié)構(gòu)

2.2 基材在紙塑復(fù)合包裝材料中的作用

一般當(dāng)紙塑復(fù)合的包裝材料確定后，需要確定各種材料的位置，這一步對(duì)于其性能有很大的影響，決定了其是否能發(fā)揮正常的作用。如上圖所示的紙塑復(fù)合材料，外層紙?zhí)峁┝擞∷⑽恢茫袑拥匿X提供了阻隔性能，與產(chǎn)品接觸的內(nèi)層聚乙烯起到了熱封性能，紙與鋁之間的聚乙烯起到了粘合的作用，確保包裝的阻隔作用。

因此，在紙塑復(fù)合包裝材料中一般包括如上圖所示的外層，粘合層，阻隔層和內(nèi)層這幾層結(jié)構(gòu)。在外層中通常選用機(jī)械強(qiáng)度好和印刷性能較好的材料。內(nèi)層需要與產(chǎn)品相接觸，所以一般選用無味、無毒、耐油、耐水（防潮）、耐化學(xué)藥品和易于熱封的材料，如 PP、PE等材料。紙塑復(fù)合材料中的阻隔層一般位于靠近產(chǎn)品的一層，如上圖中的所示。阻隔層的作用是防止外界中的氧氣、水分等一些產(chǎn)品的敏感物質(zhì)對(duì)產(chǎn)品造成破壞。一般常用的阻隔材料有鍍鋁膜、PVA、PVDC、EVOH 等[1]。

3. 紙塑復(fù)合包裝的加工工藝

從當(dāng)下紙塑復(fù)合工藝實(shí)施方式來看，主要包含兩種，一種是紙塑干式復(fù)合，還有一種是紙塑水基冷貼復(fù)合。

3.1 紙塑干式復(fù)合

紙塑干式復(fù)合工藝復(fù)合黏劑采用的是復(fù)合乳液型丙烯酸酯膠，將其涂抹在塑料薄膜之上，然后將水分烘干，并在熱壓輥?zhàn)饔孟?，使得?fù)合劑呈黏流狀，促使塑料與紙類物質(zhì)粘貼的更加緊湊密實(shí)，真正將紙印刷品融為一體。工藝圖如圖 2所示。這種工藝具有適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)效率快、復(fù)合效果好、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)[3]。

圖2 紙塑復(fù)合材料制備過程

3.2 紙塑水基冷貼復(fù)合

紙塑水基冷貼復(fù)合將水基膠粘劑乳液涂布在聚合物膜上，直接與紙類物質(zhì)以較小的壓力貼合，在膜涂膠后與紙疊壓時(shí)，膠液為自然流動(dòng)液體，可迅速充分填平紙表面凹陷部分，采取自然固化的工藝，完成紙塑復(fù)合，工藝流程如圖3所示。這種工藝制出的材料光澤度很好，復(fù)合產(chǎn)品無翹曲現(xiàn)象，平整美觀，綜合性能優(yōu)異。此外，采用水基膠冷貼復(fù)合可以降低設(shè)備的能耗和成本，帶來可觀的利潤(rùn)[4]。

圖 3水基冷貼復(fù)合過程

現(xiàn)在的紙塑復(fù)合工藝大致為以上兩種，對(duì)于其他的研究都是在這兩種基礎(chǔ)上，對(duì)于復(fù)合黏劑的研究，使紙塑復(fù)合效果更加優(yōu)異。

4. 紙塑復(fù)合包裝的應(yīng)用

隨著塑料因?yàn)槠湮廴拘远饾u被淘汰，紙塑復(fù)合材料在我們的生活中應(yīng)用越來越廣，從我們的日常生活用品的包裝到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，服裝業(yè)及電氣元件等領(lǐng)域都有紙塑復(fù)合材料的身影[5][6]。

除了上述常見的應(yīng)用外，紙塑復(fù)合包裝還廣泛使用在不同型腔的模具所成型的紙質(zhì)托盤、微波加熱器皿、內(nèi)襯件等等，使其具有更好的防震性、抗潮性，成本更低，功能性強(qiáng)，衛(wèi)生性能更好。隨著技術(shù)的發(fā)展，紙塑復(fù)合包裝材料將會(huì)在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用，逐步取代塑料。

5. 紙塑復(fù)合包裝的發(fā)展趨勢(shì)

目前使用的紙塑復(fù)合包裝具有一定的防潮性，同時(shí)其透氣性好，具有一定的耐磨性而且產(chǎn)品的手感好、環(huán)保性好。未來，紙塑復(fù)合包裝材料將主要向一下幾方面發(fā)展。

5.1 開拓紙塑復(fù)合包裝技術(shù)的多功能性

近年來，紙塑復(fù)合包裝開始向多功能和寬領(lǐng)域的方向發(fā)展[7]。

在功能方面，紙塑復(fù)合包裝將由單一的普通四邊封袋子向自立袋方向發(fā)展；向插嘴袋、易撕拉鏈袋方向發(fā)展；向環(huán)保型包裝袋方向發(fā)展；向一袋一碼等方向發(fā)展。

在領(lǐng)域方面，除用于現(xiàn)在的日常用品、食物以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域外，對(duì)飛機(jī)的雷達(dá)罩、側(cè)翼、進(jìn)氣口、機(jī)窗以及艙門等航空領(lǐng)域也將會(huì)起到重大的作用，如對(duì)于芳綸紙基的復(fù)合材料的研制，就將會(huì)適用于航空等一些對(duì)包裝要求較高的領(lǐng)域[8]。

5.2 提高紙塑復(fù)合包裝技術(shù)的創(chuàng)新性

隨著人們對(duì)產(chǎn)品的安全性以及對(duì)包裝的要求越來越高，開始從材料到加工以及廢棄的整個(gè)過程中對(duì)環(huán)境的影響來重新考慮紙塑復(fù)合包裝技術(shù)。因此，紙塑復(fù)合包裝技術(shù)被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的包裝技術(shù)。

國(guó)內(nèi)也開始致力于發(fā)展紙塑復(fù)合包裝技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)隨著技術(shù)的不斷成熟，可以一次性制備出多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，擺脫了多層結(jié)構(gòu)需要多次擠出復(fù)合的局限性。同時(shí)制備出的紙塑復(fù)合包裝材料具有以往所沒有的拉伸強(qiáng)度、擠壓強(qiáng)度等優(yōu)異的性能[9]。

國(guó)內(nèi)創(chuàng)新發(fā)展的紙塑復(fù)合包裝技術(shù)，水平領(lǐng)先、技術(shù)含量高、性能穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量可與先進(jìn)國(guó)家相媲美，完全符合生產(chǎn)的要求。

5.3 提高紙塑復(fù)合工藝的環(huán)保要求

隨著紙塑包裝的使用越來越廣，人們對(duì)紙塑復(fù)合工藝中的污染安全問題越來越重視。因此，國(guó)內(nèi)開始研究新型復(fù)合工藝技術(shù)——無溶劑復(fù)合技術(shù)，并進(jìn)行適用。該技術(shù)是在保證復(fù)合強(qiáng)度的前提下在膠黏劑中不使用溶劑，提高包裝產(chǎn)品的衛(wèi)生性，達(dá)到環(huán)保的要求[10]。

此外，對(duì)于生產(chǎn)紙塑復(fù)合包裝產(chǎn)品時(shí)產(chǎn)出的廢氣，現(xiàn)在絕大部分企業(yè)就是直接排放到大氣中，嚴(yán)重污染了環(huán)境。因此，對(duì)于廢棄的處理問題是一個(gè)今后紙塑復(fù)合包裝技術(shù)需要解決的重大問題，其技術(shù)仍需要不斷創(chuàng)新，滿足環(huán)保的要求。

5.4 提高對(duì)紙塑復(fù)合包裝回收意識(shí)

隨著現(xiàn)在對(duì)紙塑復(fù)合包裝的應(yīng)用越來越多，國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求越來越高，我們需要考慮大量的廢棄包裝材料將如何進(jìn)行回收處理。這是因?yàn)榧埶軓?fù)合包裝材料中不僅含有紙塑，還含有大量的高聚物和粘性物，而且種類繁多，廢棄后對(duì)環(huán)境的污染比較大。所以必須尋找合理可行的途徑來對(duì)廢紙塑復(fù)合材料進(jìn)行有效的回收利用，只有這樣紙塑復(fù)合包裝技術(shù)才能長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展下去。

目前對(duì)紙塑復(fù)合包裝材料回收的途徑主要是篩選法、溶劑法和乳化法。篩選法是根據(jù)紙和塑料的形狀大小不同采用篩分的辦法把紙漿和塑料進(jìn)行分離，一般采用幾段篩選的辦法，可以防止塑料的污染；溶劑法是是在碎解后的紙塑復(fù)合混料中加入相關(guān)的溶劑而回收塑料和高聚物的方法；乳化法是用于石蠟復(fù)蓋層的廢紙塑復(fù)合材料的處理，即在水力碎漿機(jī)中加乳化劑，然后用機(jī)械的方法使石蠟從紙漿中分離出來回收利用。從工藝上看，這幾種回收利用技術(shù)是切實(shí)可行的，為廢舊紙塑復(fù)合包裝材料的回收利用找到了一條新途徑，也滿足了環(huán)保的要求[11]。

從以上的分析看，隨著現(xiàn)在對(duì)包裝需求的不斷增加，因此對(duì)紙塑復(fù)合包裝技術(shù)提出了更多的要求。在未來的紙塑復(fù)合包裝必將向著系列化、多功能、高性能、環(huán)保性等趨勢(shì)發(fā)展，將呈現(xiàn)百花齊放的發(fā)展局面。

結(jié) 語

通過對(duì)以上紙塑復(fù)合包裝技術(shù)的系統(tǒng)性總結(jié)，我們大致了解了該技術(shù)。并且我們可以預(yù)見到，在未來的發(fā)展中這種技術(shù)將會(huì)迅速的發(fā)展，同時(shí)也將會(huì)推動(dòng)食品、日化及醫(yī)藥等行業(yè)的進(jìn)步。所以我們需要不斷的去了解、去發(fā)展這種技術(shù)。