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如何提高塑膠薄膜阻隔性能

塑膠薄膜廣泛用於食品,藥品,電子產品等產品的包裝,因此阻隔性能對於塑膠薄膜來說具有特別重要的意義,改善提高塑膠薄膜的阻隔性能,對於改善產品包裝條件具有廣泛重大的意義。

1. 複合改性

複合改性是一種最有效的提高塑膠薄膜阻隔性能的方法。塑膠薄膜的複合既可以是二層複合,也可以是多層複合,而且層數越多,阻隔效果越好。若兩種塑膠薄膜材料的相容性較好,則可以直接複合;若兩種塑膠薄膜材料的相容性較差,則要使用適當的粘合劑,最常用的粘合劑為聚氨酯類粘合劑。

多層複合塑膠薄膜的阻隔性可用下列公式進行計算:

式中 P——複合塑膠薄膜的總透過率

T1T2——各複合層的厚度

P1P2——各複合層的透過率

從上式可以看得出來,複合層數越多,複合層越厚及各層複合層阻隔性能越好,則複合薄膜的阻隔性能就越好。用於製造複合薄膜的材料有LDPELLDPEHDPEPPEVAPAPETEVOHPVDC,鋁箔及紙等。

(1) 樹脂間的複合

雖然有些單層塑膠薄膜之間的阻隔性不太好,然而進行多層複合以後,其複合薄膜的阻隔性會大大提高,這一點從複合草摩材料阻隔性計算公式中可以看出。多層複合可以彌補塑膠薄膜的針孔、晶點造成的缺陷,即同一位置基層薄膜都產生針孔的可能性幾乎為零,所以複合後的薄膜阻隔性能提高。從透過機理上分析,塑膠薄膜層數增加,氣體的透過路徑變的複雜,似的氣體透過的阻力加大,提高了阻隔能力。這種複合方法以熔融共擠複合為主。採用這種方法複合的材料主要有LDPEHDPELLDPEPPPVC等。主要的複合結構有LDPE/LDPELDPE/HDPELDPE/HDPE/LDPELDPE/LLDPE/LDPELDPE/HDPE/LLDPE/LDPE等。

(2) 普通樹脂與中等阻隔性能樹脂的複合

這種複合方式的外層為普通樹脂,而內層為中等阻隔性能樹脂。由於兩種樹脂的形容性不太好,往往需要加入粘合層,因此若含粘合層時,總層數以三層和五層居多。複合薄膜中的普通樹脂LDPELLDPEHDPEPPPVC等,而中等阻隔性能樹脂為PAPETEVA等。其中普通樹脂如PEPP等還在複合薄膜的制袋過程中起到熱封層的作用。這方面複合的例子有

BOPP/EVA/PEPA/PEPET/PE等。

(3) 普通樹脂與高阻隔性能樹脂的複合

普通樹脂常用於外層,高阻隔性樹脂為EVOHPVDC等,常用於中間層,可以防止阻隔性收拾度的影響。內層為普通樹脂,起到保護和熱封作用。由於兩種複合材料之間的相容性差,常加入粘合劑層。複合薄膜有HDPE/粘合劑/EVOH/粘合劑/HDPEPP/粘合劑/EVOH/粘合劑/PPPP/粘合劑/PVDC/粘合劑/HDPE等。

(4) 塑膠薄膜與鋁箔的複合

塑膠薄膜材料同金屬鋁箔之間的複合,利用了鋁箔的高阻隔性而使其阻隔性十分優異,可用於要求較高的防潮,保鮮及保香包裝中。複合常用的塑膠材料有BOPPBOPET等。

用於阻隔複合的鋁箔要求針孔數少,且真空孔徑盡可能小;在複合前一段一般要對鋁箔進行表面處理,以清除鋁箔在加工中殘留的油脂等。

由於塑膠與鋁箔無相容性,因此必須使用粘合劑。粘合劑的選用常因複合材料的用途不同而不同。當複合材料需要進行高溫蒸煮滅菌處理時,要求選用耐蒸煮粘合劑;反之,可選用普通複合粘合劑。複合方法可以是擠出複合或幹法複合。

2.添加助劑改性

添加助劑改性主要是在塑膠包裝材料內,添加不同的填料。普通填料對塑膠的阻隔性能提高不明顯,其中效果明顯的為超細片狀結構填料,主要有雲母,滑石粉,活性白土,粘土,氫氧化鋁,石英粉,膨潤土,石墨等。片狀填料的阻隔機理類似於層狀共混,可以形成層狀複合材料。

塑膠填充不僅可改善材料的阻隔性,還可以明顯降低阻隔材料阻隔性能對溫度的依賴性,通過添加不同的填料,可得到有不同阻隔性能的塑膠薄膜,這些薄膜可用於果蔬保鮮包裝及其他需要不同阻隔性能的場合。

3. 表面塗覆處理改性

塑膠製品的表面塗覆處理是指在一般塑膠製品上塗覆一層高阻隔性的有機材料或無機材料。這是一種十分有效的阻隔改性方法,現已獲得了普遍應用。

1)真空鍍鋁

在塑膠薄膜表面上真空鍍鋁,對被鍍材料的阻隔性提高很大,但缺點是製品將失去透明性。真空鍍鋁的工藝方法是將塑膠薄膜裝在真空蒸鍍機內,將機器內部抽真空,加熱機器內部所裝的高純度鋁絲使其蒸發,這樣率政企就在塑膠薄膜上沉澱了薄薄的一層。鍍膜時的速度能達到800m/min,塑膠薄膜通過若幹個輥來調整張力並使其冷卻,當鋁完全沉積後,被卷到引出輥上。鋁層的厚度取決於金屬溫度(溫度越高鋁層越厚),塑膠薄膜的傳送速度,加熱旅行的數量,金屬塗層厚度常用透光量,光密度或電阻來表示。塑膠薄膜的寬度一般在0.6-2.1m之間。

真空鍍鋁的塑膠薄膜不但具有同基材相同的力學性能,同時也具有通鋁箔一樣的高阻隔性能,而且由於塑膠薄膜柔軟度好,也解決了鋁箔容易發生的撓曲龜裂問題。鍍鋁塑膠薄膜的阻隔性要高於塑膠薄膜複合材料。以表面真空鍍鋁的薄膜代替鋁箔製作高阻隔性的包裝材料可以節約材料和能源,是今後高阻隔材料的發展趨勢,具有特殊光澤的真空鍍鋁薄膜與較厚的含有鋁箔和紙的複合材料相比,其成本明顯降低。因此,在許多場合真空鍍鋁薄膜都代替了鋁箔複合薄膜。

對用於蒸鍍的塑膠包裝薄膜的要求是,能否耐受蒸發源的輻射熱和蒸發物的冷凝潛熱,而且從塑膠包裝薄膜基材上產生的揮發物質要少,該塑膠包裝薄膜還要具有一定的強度和雨鍍鋁層良好的結合力。常用的蒸鍍塑膠薄膜基材有BOPAPETPP,真空鍍鋁的塑膠薄膜除用於要求阻隔性能的場合外,還以其銀色的外表以及染上不同的顏料製成電化鋁材料做裝飾材料來用。

2)真空鍍SiOx和其他氧化物

用類似真空鍍鋁的方法,還可以在塑膠包裝薄膜表面蒸鍍SiOx,被鍍的塑膠包裝薄膜基本也未BOPABOPPPET等。SiOx鍍膜材料的優點為塗層透明性高,且由於蒸鍍材料對微波無反射作用,它尤其適合於只做需要直接在微波爐中加熱的微波食品的包裝材料。

SiOx蒸發過程在概念上與真空鍍鋁非常相似。所鍍SiOx的厚度通常為40-100nm,每個矽原子周圍平均為1-2個氧原子。SiOx蒸氣鍍在PET/PP複合薄膜的內層材料上,使塑膠薄膜對氧氣和水蒸氣的滲透作用顯著減少了,透氧率從112cm3/m2d)減少到0.47 cm3/m2d),水蒸氣從1.1 g/m2d)減少到0.47g/m2d)。

在塑膠包裝薄膜上還可以鍍Al2O3,TiO2MgO的混合物,同樣可以生產高阻隔性能的透明薄膜。將Al2O3蒸鍍在塑膠包裝薄膜基材上,蒸鍍膜對氧氣阻隔作用提高不大,但對水蒸氣的隔離作用卻是原材料的3-10倍。

3)塗高阻隔樹脂

高阻隔樹脂塗料有EVOHPVDCPAN等,其中PVDC最為常用。這種塗層的阻隔效果與相應的複合改性相當。塗層的塗覆可以採用噴塗法。

PVDC樹脂製成膠乳塗覆到耐蒸煮的塑膠薄膜上,如聚酯薄膜(BOPET)或者尼龍薄膜(BOPA),然後加熱蒸發乳膠中溶劑,最終形成一層很薄的PVDC樹脂層。這種塗有PVDC樹脂的薄膜成為K塗覆膜,如K-BOPA是在尼龍薄膜上塗覆的,K-BOPET是在聚酯薄膜上塗覆的,然後再PVDC樹脂層上再複合一層耐蒸煮的熱封層,一般用CPP,就製成了由三層複合的具有較高阻隔性的透明膜,BOPET-PVDC/CPPBOPA-PVDC/CPP表示。由於K塗覆薄膜上有一層PVDC樹脂層,K塗覆薄膜的阻隔性比未塗覆基膜的阻隔性有了很大的提高。但PVDC樹脂層得厚度一般只有3微米,遠遠不

能和鋁箔相比,PVDC塗層比較硬脆,複合薄膜經過皺折,PVDC塗層極易出現裂紋,喪失阻隔性;PVDC塑膠層是塗在基膜上的,兩者結合力有限。複合薄膜在受熱時,特別是在100攝氏度以上加熱時,PVDC塗層與基膜極易開裂,因此用此方法製成的複合膜袋不適合用於高溫蒸煮食品的包裝嗎,而大多用於包裝後不需要加熱的食品(如油炸土豆片,高級餅乾,奇曲餅等烘烤食品)的包裝。

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