復(fù)合包裝膜的熱封性能判定及影響因素分析

潘 健，張燕飛，張和平

（1.黃山永新股份有限公司，安徽黃山 245900；2.黃山學(xué)院 信息工程學(xué)院，安徽黃山 245021）

0 引言

塑料包裝材料具有高強(qiáng)度、質(zhì)量輕、抗腐蝕能力強(qiáng)、易于加工、成本低等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于食品包裝［1］，其中復(fù)合包裝膜材料占比逐年增加。復(fù)合包裝膜可以在包裝機(jī)械上填充內(nèi)容物，并完成包裝封口。包裝封口要滿足內(nèi)容物在生產(chǎn)、運輸及貨架銷售等各環(huán)節(jié)中的不泄露，部分對氧氣、水蒸氣敏感的內(nèi)容物更要求包裝封口及包裝材料具有優(yōu)良?xì)饷苄院透咦韪粜阅堋Ｄ壳?，?fù)合包裝膜的包裝封口主要是使用加熱塊壓合封口，封口的品質(zhì)由復(fù)合包裝膜的熱封性能決定。因此，對于不同的包裝要求時，合理判定復(fù)合包裝膜的熱封性能，是選擇相應(yīng)復(fù)合包裝膜的關(guān)鍵依據(jù)。對復(fù)合包裝膜的熱封性能相關(guān)的研究較多，主要是針對復(fù)合包裝膜材料受不同熱封條件的影響因素探討［2-5］。

本文將討論如何對復(fù)合包裝膜的熱封性能進(jìn)行合理判定，并從復(fù)合包裝膜的生產(chǎn)工藝對相應(yīng)的熱封性能影響進(jìn)行分析和提出改善方法。

1 復(fù)合包裝膜的熱封性能判定及影響因素

復(fù)合包裝膜的熱封性能不同于單一熱封層材料薄膜的熱封性能，復(fù)合包裝膜的熱封性能主要是熱封強(qiáng)度、熱封溫度窗口和氣密性三個指標(biāo)。在包裝使用過程中，包裝機(jī)械的速度、溫度、壓力和時間工藝參數(shù)，也影響著復(fù)合包裝膜的這三個熱封性能指標(biāo)。本文是在包裝機(jī)械的工藝參數(shù)設(shè)定合適的狀態(tài)下，討論包裝材料的熱封性能。

1.1 熱封強(qiáng)度判定及影響因素

復(fù)合包裝膜的熱封強(qiáng)度是指復(fù)合包裝膜進(jìn)行熱壓封合并冷卻后的熱封區(qū)封合強(qiáng)度。熱封強(qiáng)度可以按QB/T2358-1998《塑料薄膜包裝袋熱合強(qiáng)度試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)來檢測，這種檢測有效比較兩種或兩種以上的復(fù)合包裝膜在相同條件下的熱封強(qiáng)度大小，但不足之處是不能判定出復(fù)合包裝膜的熱封強(qiáng)度均勻性。而實際應(yīng)用時，包裝成袋后不僅熱封強(qiáng)度的大小很關(guān)鍵，而且其均勻性也非常重要。熱封強(qiáng)度的不均勻?qū)е略诎b膜相對薄弱的部分就會出現(xiàn)爆袋。熱封強(qiáng)度的均勻性可以通過做正壓測試判定。

復(fù)合包裝膜的熱封強(qiáng)度大小受到很多因素的影響，主要是由復(fù)合包裝膜的熱封層材料及厚度、熱封層剝離強(qiáng)度以及與熱封層復(fù)合的薄膜材料決定。表1為不同厚度聚乙烯（PE）熱封層材料及同一PE薄膜與不同拉伸膜復(fù)合后的熱封強(qiáng)度測試。

從表1分析，PE薄膜的熱封強(qiáng)度隨厚度的增加而升高；同一PE薄膜與不同拉伸膜復(fù)合后的熱封強(qiáng)度差異較大，剝離強(qiáng)度越大的復(fù)合膜熱封強(qiáng)度越大，其中與BOPA薄膜復(fù)合后的熱封強(qiáng)度最大，與BOPP薄膜復(fù)合后的熱封強(qiáng)度最小。這是因為，PE薄膜厚度增加，薄膜的斷裂強(qiáng)度提升，而薄膜的熱封強(qiáng)度最大為薄膜的斷裂強(qiáng)度；復(fù)合包裝膜的熱封強(qiáng)度是依靠膠黏劑粘結(jié)作用下得到了拉伸薄膜的抗拉強(qiáng)度支撐，復(fù)合包裝膜剝離強(qiáng)度越大，得到的支撐作用越顯著，熱封強(qiáng)度越大。復(fù)合剝離強(qiáng)度較低的復(fù)合膜，測試熱封強(qiáng)度時，熱封層薄膜材料容易伸長，從而導(dǎo)致與其復(fù)合的拉伸薄膜分層，熱封強(qiáng)度急速下降。復(fù)合剝離強(qiáng)度較低的復(fù)合包裝膜熱封強(qiáng)度測試示意如圖1所示。圖1中，熱封層材料在熱封剝離時伸長，圖中的白色三角區(qū)表示熱封層材料與其復(fù)合的拉伸薄膜分離。這是因為，非拉伸的熱封層材料屈服強(qiáng)度低，很容易拉伸，如果沒有較大的粘接力作用，就容易伸長分離。

試驗還選用同一拉伸薄膜與不同厚度的PE薄膜復(fù)合，并測試熱封強(qiáng)度，測試結(jié)果見表2。

表2 不同厚度PE薄膜與同一拉伸薄膜復(fù)合后的熱封強(qiáng)度及剝離強(qiáng)度

從表2分析，各復(fù)合包裝膜的復(fù)合剝離強(qiáng)度差異較小，復(fù)合包裝膜的熱封強(qiáng)度隨PE薄膜厚度的增加而升高。這是因為PE薄膜厚度的增加，提升了復(fù)合包裝膜的厚度，使復(fù)合包裝膜的斷裂強(qiáng)度增加，測試熱封強(qiáng)度時，熱封層材料沒有伸長，復(fù)合包裝膜出現(xiàn)伸長形變再斷裂，測試的熱封強(qiáng)度就是復(fù)合膜的斷裂強(qiáng)度。因此，選擇較厚的熱封層材料，提升復(fù)合剝離強(qiáng)度，依靠與熱封層材料復(fù)合的高抗拉強(qiáng)度拉伸薄膜的支撐，可以顯著地提高復(fù)合包裝膜的熱封強(qiáng)度。

復(fù)合包裝膜的熱封強(qiáng)度均勻性影響因素主要是復(fù)合包裝膜材料的厚度均勻性和剝離強(qiáng)度的均勻性，厚度均勻性主要是熱封層材料厚度均勻性影響，剝離強(qiáng)度的均勻性由上膠是否均勻決定的。

1.2 熱封溫度窗口判定及影響因素

熱封溫度窗口是指復(fù)合包裝膜的熱封強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定平臺時開始的熱封溫度與復(fù)合包裝膜被燙皺，或熱封強(qiáng)度從穩(wěn)定平臺開始下降時的熱封溫度區(qū)間值。熱封溫度窗口是從熱封強(qiáng)度與熱封溫度的關(guān)系圖中得到的，熱封溫度窗口的寬窄，影響自動包裝的溫度設(shè)定范圍。復(fù)合包裝膜的熱封強(qiáng)度與熱封溫度關(guān)系如圖2所示。當(dāng)復(fù)合包裝膜的外層材料耐溫性很好，復(fù)合包裝膜的熱封溫度窗口就是圖2中的T1～T2溫度區(qū)間值。當(dāng)復(fù)合包裝膜的外層材料的耐溫性不夠，熱封溫度還未達(dá)到T2就開始起皺，從包裝的外觀要求看，這個開始起皺的溫度Tx就是該復(fù)合包裝膜的最高熱封溫度，復(fù)合包裝膜的熱封溫度窗口就是T1～Tx溫度區(qū)間值。對于一些溫度控制不穩(wěn)定的包裝機(jī)械，熱封溫度窗口寬的復(fù)合包裝膜可以避免因設(shè)備溫度較大波動范圍變化而產(chǎn)生的熱封不良問題。

復(fù)合包裝膜的熱封溫度窗口取決于外層薄膜的耐溫性、熱封層材料的熔點以及復(fù)合包裝膜的導(dǎo)熱速率。如果確定了熱封層材料，選擇高溫形變小的外層薄膜，復(fù)合包裝膜的熱封溫度窗口增加。

1.3 氣密性判定及影響因素

氣密性是指包裝袋對氣體、液體的密閉性，要求包裝袋所有熱封合區(qū)域不能有氣體、液體透過的縫隙。氣密性是相對較隱性的，有時還有滯后性，如在包裝時測試氣密好，但擺放數(shù)天后就出現(xiàn)密封不良，在充氣包裝中表現(xiàn)為“扁袋”，在真空包裝中表現(xiàn)為“松包”。

密封性的測試是通過負(fù)壓測試、著色滲漏液測試和正壓測試。其中負(fù)壓測試分水浴箱和干式箱兩種，水浴負(fù)壓箱可以直接通過包裝袋是否冒氣泡來判定，干式負(fù)壓箱是通過箱內(nèi)的氣壓變化來判定。正壓測試多用于液體或含有液體的包裝測試，如洗衣液、濕巾包裝袋。氣密性的判定，可以用耐壓值和持續(xù)耐壓時間數(shù)據(jù)表征，耐壓值高，且持續(xù)耐壓時間長，復(fù)合包裝膜的氣密性好。

復(fù)合包裝膜的氣密性受熱封層材料及厚度、復(fù)合包裝膜的剛性及厚度影響。一般四邊封的包裝袋對復(fù)合包裝膜材料要求范圍較寬，幾乎不會出現(xiàn)氣密性問題。但中底封袋、插邊中底封袋、夾底袋等就較容易出現(xiàn)氣密性問題，這是因為在同一封合線上有不同層數(shù)的復(fù)合膜進(jìn)行熱封，不同層數(shù)的銜接處容易出現(xiàn)漏氣。圖3是三種封口袋型的示意。因此，生產(chǎn)預(yù)制袋時，對于有不同層數(shù)在同一條線熱封時，需在銜接處增加一道熱封塊，多進(jìn)行一次熱封合。自動包裝線包裝時，通過提高熱封溫度和熱封壓力，使熱封層材料熔融后充分填充銜接處可以提升氣密性。對于容易出現(xiàn)漏氣的包裝袋形式，復(fù)合包裝膜材料需選擇要求：符合包裝設(shè)備要求的復(fù)合包裝膜厚度；融指高、熱粘強(qiáng)度好的熱封層材料；柔軟性好的復(fù)合包裝膜。

2 結(jié)語

復(fù)合包裝膜的熱封性能，不僅影響包裝成袋的外觀，而且也影響包裝對內(nèi)容物的保護(hù)效果。在選擇復(fù)合包裝膜時，需從復(fù)合包裝膜的熱封強(qiáng)度、熱封溫度窗口和氣密性三個熱封性能指標(biāo)進(jìn)行判定。合理的判定這三個熱封性能指標(biāo)并了解影響這些指標(biāo)的相應(yīng)因素，不僅可以降低包裝使用時的操作難度和提高包裝成品合格率，而且對復(fù)合包裝膜生產(chǎn)方設(shè)計和生產(chǎn)合格的包裝材料提供重要指導(dǎo)作用。