淺談彈性體材料在包裝上的應用

樊澤鵬 王克儉

（北京化工大學機電工程學院成型制造研究中心）

1. 引言

通俗來講，彈性體材料就是一種處于室溫下受到外力作用時，在外形和尺寸兩方面都會產生較大變化，然而當外力去除后，能基本恢復原狀的高分子材料。彈性體材料優(yōu)越性能有[1]：

1）彈性體材料均屬于高分子材料；

2）當材料受到外力的作用時會立即發(fā)生變形，且具有較大的變形量；

3）一旦當外力去除的時候，材料絕大部分的形變也會隨之消失，僅有超出了彈性范圍的形變不能恢復，從而出現永久變形。

將彈性體材料是否可以進行塑化來分類，可將其分為熱固性彈性體、熱塑性彈性體兩類。其中，熱固性彈性體就是橡膠（Rubber）；熱塑性彈性體（Thermoplastic Elastomer）在常溫下具有橡膠的彈性，在高溫下還能夠塑化成型，所以被稱為“第三代合成橡膠”，簡稱TPE。

彈性體材料在包裝行業(yè)得到了十分廣泛的應用，我們在日常生活中經常用到的醫(yī)療、食品包裝很多都是由彈性體材料制成。隨著人們對包裝要求的不斷提高，彈性體材料在包裝行業(yè)有著十分廣闊的發(fā)展前景。

2. 彈性體材料在醫(yī)療包裝上應用

2.1 熱固性彈性體在醫(yī)療包裝上的應用

熱固性彈性體通常指橡膠材料。橡膠材料中丁基橡膠、鹵化丁基橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠等均可應用于醫(yī)療包裝上。橡膠的材料特性均符合醫(yī)療包裝材料的嚴格要求，比如：具有高彈性、良好的密封性能、較低的透氣和透水性、優(yōu)良的物理和化學性能、耐滅菌以及良好的藥品相溶性，故橡膠材料在醫(yī)療包裝上得到廣泛的應用。

橡膠材料在醫(yī)療包裝上最廣泛的應用就是醫(yī)藥產品包裝的密封件。橡膠制品的密封件可以防止藥品在儲存、運輸和使用過程中受到污染和滲漏，從而達到很好的密封效果。比如：輸液瓶塞、粉針制劑瓶塞、凍干劑瓶塞、血液試管膠塞、輸液泵膠塞、齒科麻醉針筒活塞、預裝注射針筒活塞（如下圖1 所示）、胰島素注射器活塞和各種氣霧瓶（吸氣器）所使用的密封件等[2]。

圖1 預裝注射針筒活塞

2.2 熱塑性彈性體在醫(yī)療包裝上的應用

材料領域的飛速發(fā)展為各行各業(yè)開辟了新的發(fā)展道路，也為醫(yī)藥包裝行業(yè)提供了新的發(fā)展機會。跟熱固性彈性體相比，新的熱塑性彈性體（TPE）則具有更為卓越的性能，非常適合用作醫(yī)藥包裝材料。

TPE 有較高的拉伸強度和撕裂強度、優(yōu)異的耐磨性、優(yōu)異的耐燃料和耐油脂性能、較高的彈性、良好的耐水解性和抗微生物性能[3]。從下表1 中可以看出，TPE 膠塞有著比橡膠膠塞更優(yōu)良的性能[4]。如今TPE 已經成功應用于醫(yī)用包裝的生產中，比如：醫(yī)療導管、藥劑密封塞等領域。

HYBRAR 彈性體具有室溫下可以減震的效果，氫化的HYBRAR 與PP 還具有很好的相容性，可以用來生產透明性好、柔軟和力學性能優(yōu)異的共混物，在醫(yī)用和食品薄膜及醫(yī)藥透明包裝中應用，包括醫(yī)用瓶/管/袋等領域。

AES 公司推出的通過動態(tài)硫化制得的名為Tresfsin（IIR/PP）的共混型TPE，該材料具有極好的耐氣密性，十分適合用于制作藥品瓶、藥塞、針筒塞等[5]。

表1 制造膠塞材料性質比較

GLS 公司[6]推出的新型TPE 材料具有比傳統TPE 材料阻隔氧氣的能力高10 倍以上的獨特性能，主要應用于小藥瓶塞子、真空包裝袋及血液收藏管等包裝領域。由于它不含有鹵素和重金屬，該材料有著良好的惰性，可以制備一種DNA 儲存瓶，儲存DNA。

3. 彈性體材料在食品包裝上應用

3.1 熱固性彈性體在食品包裝上的應用

橡膠屬于一種主要成份為異戊二烯的天然長鏈高分子化合物，本身不會分解，也不會被人體吸收，根據這個特點可將其應用于食品包裝上[7]。

Elastoguard 是研發(fā)出的新一代抗菌熱硫化橡膠材料[8]，它采用銀鈉-鋯-磷酸鹽離子交換-樹脂輸送體系，可以有效控制與橡膠接觸的細菌、真菌以及酵母菌，大大降低了用于食品包裝的橡膠安全問題。

3.2 熱塑性彈性體在食品包裝上應用

TPE 材料用于食品包裝行業(yè)，不僅具有密封性好、低萃取等特點，還有以下優(yōu)點[9]：

1）能夠與不同的高分子材料混合在一起，產品具有良好的外觀和手感；

2）具有良好的耐化學性和穩(wěn)定性，例如耐紫外線，在長時間光照下也不容易變色；

3）基本沒有味道和氣味；

4）材料回收方便，綠色環(huán)保，無公害。

SABIC 的C8 茂金屬聚乙烯、聚烯烴塑性體POP 和聚烯烴彈性體POE 通過NexleneTM 技術-溶液法工藝和獨有的茂金屬催化劑相結合進行生產。茂金屬線型低密度聚乙烯生產的食品軟包裝力學強度高、熱封性和感官性良好，并且易于加工，可廣泛應用于食品包裝上[10]。

山東道恩北化彈性體材料公司開發(fā)的擠出發(fā)泡級TPE 具有發(fā)泡均勻、細密、泡體強度高等特點，且成本較低，易于加工。該種材料采用綠色環(huán)保的配方體系，安全可靠，可廣泛應用于食品包裝上，如葡萄酒瓶塞等領域[11]。

Polymax Thermoplastic Elastomers 公司推出優(yōu)質的食品和飲料包裝用熱塑性彈性體（TPE）。這種TPE 材料氣味小、沁取物少、凝膠含量少，并且具有摩擦因數、透明度和熱封性能可控的優(yōu)點。采用特定的配方可以提高材料的密封性能，使其能夠應用在螺絲帽襯和酒塞中。該材料還可用于乳制品配送用管材、食品包裝袋等領域[12]。

?？松梨诨ぱ邪l(fā)的威達美TM 丙烯基彈性體[13]主要用于食品的軟、硬包裝上。該材料具有獨特的高彈性、柔軟性、韌性、曲撓性及透明度，且與聚烯烴具有良好的相容性，可廣泛應用于食品包裝上。

威達美TM 丙烯基彈性體還可用于RCP 食品保鮮盒的改性[14]，通過簡單的直接混方式添加于RCP 中。這種方法在提高保鮮盒的低溫抗沖擊性的同時，也最大限度的保持了RCP 的透明度，而且對于鉸鏈的應力發(fā)白現象也有改善。威達美丙烯基彈性體改進了食品保鮮盒的性能，給予其充分的安全保障，也提升了產品品質。

4. 彈性體材料在熱熔膠上應用

彈性體材料還應用在包裝用熱熔膠領域。熱熔膠型膠粘劑是最適合當下包裝業(yè)對無害、高效、無環(huán)境污染的要求的粘結劑。包裝用熱熔膠屬于純固體，基本不含有水、溶劑或其他較易揮發(fā)物質，所以很少出現環(huán)境污染、氣體污染和殘留溶劑毒性的問題，特別適合用在接觸食品、飲品和藥品的場合。目前的包裝用熱熔膠已經廣泛替代其他包裝封合技術，技術成熟，具有十分廣闊的市場前景。

現在市面上已經出現了以POE 為基體樹脂的包裝用熱熔膠材料，已經用其成功制備出了具有粘度適中、固化時間短、耐高低溫、粘接強度高、粘接面廣泛等優(yōu)點的聚烯烴熱熔膠。這種包裝膠的成本低廉，生產方便，使用損耗小，已得到廣泛應用[15]。茂金屬催化聚烯烴熱熔膠彌補了市場上EVA 熱熔膠的種種缺陷，優(yōu)良性能為包裝用熱熔膠帶來了新的發(fā)展。

陶氏的 AFFINITYTMGA、ENGAGETM、VERSIFYTM 和INFUSETM 聚烯烴彈性體也不斷參與到包裝膠的應用領域中。其中，陶氏為低溫施膠而開發(fā)的新一代AFFINITYTMGA 彈性體，滿足現在市面上降低能耗、提高施膠安全性和可持續(xù)發(fā)展等諸多需求[16]，從而在市場競爭中脫穎而出，發(fā)展前景十分廣闊。

5. 彈性體材料在熱收縮膜上應用

彈性體除了在上述幾個行業(yè)中有著一定的應用，還在熱收縮包裝膜上發(fā)揮著作用。最初人們主要用橡膠薄膜來收縮包裝易腐敗的食品。如今，熱收縮包裝膜技術已經發(fā)展到幾乎可以包裝任何產品，并能獲得更好的包裝效果。

朱建等人[17]研發(fā)的POF 環(huán)保熱收縮膜是雙向拉伸多層共擠聚烯烴收縮膜，符合目前國際上最先進的環(huán)保塑料包裝材料要求。該熱收縮膜具有透明度好、柔韌性好、熱封性好、適用范圍廣泛等優(yōu)點，且綠色環(huán)保無公害、經濟性良好，廣泛應用在工藝品、五金、通訊器材、電器等產品的包裝上。

6. 彈性體材料在緩沖包裝上應用

緩沖包裝材料是指商品在流通過程為了減輕受到沖擊和震動，防止產品受損壞吸收外力產生的能量確保其外形和功能完好而使用的保護材料。彈性體材料的優(yōu)良性能恰好可以應用在緩沖包裝中。

6.1 發(fā)泡材料PU

PU（發(fā)泡聚氨基甲酸酯），簡稱聚氨酯，俗稱人造海綿。它具有極好的緩沖性能，耐沖擊，振動阻尼性能好；成型簡單，可制成復雜形狀；耐水、耐油、耐聚氨基甲酸酯腐蝕；回收容易等優(yōu)點。PU 材料能夠進行現場發(fā)泡，十分適合用于機械部件、儀器儀表、陶瓷器皿、玻璃制品等產品的緩沖包裝。

6.2 氣墊緩沖材料

氣墊緩沖材料是指用氣墊塑料薄膜的一種特殊工藝在兩層塑料薄膜之間封入空氣，在一面形成一個個突出的均勻連續(xù)的氣泡，包裹產品，進而實現包裝緩沖的效果。氣泡主要有圓筒形、半圓形和鐘罩形[18]。

新型的氣墊緩沖材料將聚氨酯材料與普通氣墊緩沖材料組合使用，它利用聚氨酯材料的柔性和彈性改善了普通氣墊薄膜的部分缺點。隨著國內電子商務的普及，新型氣墊緩沖材料憑借用量小（輕質化）、成本低、良好的防震性、溫濕度穩(wěn)定性和使用靈活性等優(yōu)點得到了廣泛使用[19]。氣墊薄膜還可以做成各種形狀大小的袋、套、墊、筒等容器，廣泛應用在藥品、工藝品、儀器、儀表等物品的緩沖包裝上。

圖2 圓筒形氣墊緩沖材料

7. 總結

伴隨材料領域的發(fā)展，彈性體材料開始逐漸應用在各行各業(yè)中。由于彈性體材料所具有的卓越性能，它正在逐步取代一些落后的工藝和技術，向著成本更為低廉、生產更為方便、產品效果更好、環(huán)境污染更小的方向發(fā)展。

總而言之，彈性體材料的性能十分優(yōu)越，應用越來越廣泛，它有著其他任何材料都無法比擬的廣闊發(fā)展前景。