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    技术文摘
阻隔型包装薄膜材料的开发与创新(下)(2007-5-25)
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  3.喷涂型和充填型薄膜

  喷涂铝薄膜是早已广泛应用的食品高阻隔膜,但是其最大缺点则是失去了塑料薄膜的透明性。在塑料薄膜上喷涂一层厚度为800~1500A(埃)的高纯度硅氧化物,这种薄膜除了具有很高的阻隔性外,还有高透明度、耐高温,适用于微波炉,因而得到重视。加工工艺方法为电子束真空网板喷涂技术,其喷涂速度约为喷铝的1/3。由于氧化硅有升华的特性,难于达到恒定的蒸发速度。日本不久前介绍了一种新工艺,使用的是一种特殊的热阻喷涂法,解决了电子束真空喷涂法中出现的氧化硅蒸发不均匀的问题。试验结果表明,气体阻隔性几乎已经b铝材相当。但是,这种新型的喷涂阻隔材价格昂贵,因此难于在市场上推广。

  把片晶状无机充填物例如云母等加入聚合物中也可以改善阻气性。云母微粒混合到EVOH中,其排列方向刚好与氧气渗透方向垂直,使EVOH形成了二次阻气层,因而云母充填EVOH的材料阻气性可提高三至五倍。但这种薄膜厚度一般不得小于0.5密耳,否则会降低机械性能。另外,还开发出在LDPE中充填陶瓷粉末的塑料薄膜,这种薄膜对乙烯气体的阻隔性特别低,这样可以减少新鲜果蔬包装件中乙烯气体的含量,从而可以推迟新鲜果蔬的成熟,达到延长保鲜期的目的。

   这种以喷涂或充填无机材料的方法来改变聚合物材料的阻隔性能是十分有效的,但其制造工艺还有待进一步成熟。此类薄膜可称作为第三代阻隔型材料。这是又一种开发阻隔型包装材料的新思路。

  4.化学阻隔材料

  上述对高聚物阻隔性进行改善的方法,均属所谓“物理阻隔法”。若要使其阻隔性提高到相当于玻璃和金属等具有的水平而不影响工艺性和实用性,面临难度很大。突破这一障碍的途径之一就是采用与“物理阻隔法”相对应的所谓“化学阻隔法”。自80年代以来,已有几种这类产品问世,主要可分为下述两类。

  4.1通过氧化反应

  80年代末,英国开发出一种称为OXBR的化学合成阻隔材料。它由PET(主要成份)、MXD-6PA(化合氧化剂)和有机钴盐(作为催化剂)所组成。据介绍,这种合成材料经过挤压加工或吹塑加工成各类容器,其真空容器在两年内可保持其内部氧气为零的超阻隔水平。日本也已开发成功。目前,这种材料已试用在水果饮料等包装容器上。

  美国前不久研制出一种称为“长命”的吸氧性塑料。所使用的基材聚合物中的OH基可与硅元素发生化学反应,也可与金属元素发生化学反应,也可与金属元素相结合。这种材料不溶于水,具有类似于血红蛋白的结构,因而具很强的吸氧性。美国已把此类材料用作某些饮料瓶盖内衬,这样可以明显地延长某些对氧气敏感的饮料的货架寿命。

  4.2应用生物技术

  这是开发新型阻隔型材料的一个全新途径,这就是应用酶使液体食品或饮料等物质得以除去氧气,据此达到提高食品货架寿命的目的。美国一家药品公司根据这项原理,研制出所库“主动阻隔包装技术”。具体的方法就是在包装容器避中混合有两类酶:葡萄糖氧化酶和催化酶。当容器内部空气中氧气进入 被包装液体产品以后,这些氧气在催化酶的作用下渗入容器避内部,与葡萄糖酸酯和水,由此达到b液体食(药)品除氧的目的。

  这种化学阻隔法制成的高阻隔聚合物是在物理阻隔法的基础上研制成功的,其阻隔水平达到更高一级水平,可谓第四代阻隔材料。

  5.金属茂基聚合物

  近来,聚合物研制领域中有一类新材料,那就是将金属茂作为催化剂应用到聚烯烃类材料中去,提高了聚合物的阻隔性。金属茂基乙烯(MPE)已经商品化。金属茂基催化剂的催化特性很高。在金属茂的作用下,可使聚合物分子结构重新排列得更加均匀,从而产生高分子的取向效应。分子取向对聚合物的渗透性影响很大,特别是对于结晶体聚合物,通过金属茂的催化作用后可使其渗透性减少50%以上,也就是把降合物的阻隔性提高了一倍,此外还使聚合物的机械性能大为提高。如果控制金属茂聚合物的催化反应,可以设计出具有特殊功能的新型聚合物。例如,不论何种类型的被包装食品和产品,甚至于具有十分复杂的呼吸作用的新鲜果蔬,根据尽可能延长产品货架寿命的要求,开发出不同门类的与各种食品相适应的优化阻隔型材料。其原理就是利用金属茂基催化剂产生不同程度的催化反应,通过计算机的虚拟技术,有意识地设计出满足不同功能要求的聚合物品种。也就是预先设置和组织金属藏催化剂的分子结构,改变高聚物的聚集态构造,有目标地调整聚合物的分子排列、结晶度、密度、分子取向、分子量和聚集性、双链性、对称性及极性等各项参数,而这些参数直接影响到聚合物的阻隔性。这种阻隔型聚合物将会按照人们的要求,既可达到超高阻水平,又可按食品性能达到部分阻隔性和部分渗透性的要求。这类科学合理的优化阻隔型聚合物材料,可称作第五代阻隔型材料。

  6.液晶聚合物材料

  液晶聚合物(英文缩写为LCP)材料具有极高的阻隔性。所谓液晶态,是指材料分子的一种聚集态结构,是指材料分子的一种聚集态结构,是从各向异性的晶态转移到各向同性的液态时的过渡状态。液晶态聚合物的特点则是当它处于熔融状态或溶化状态时(液体),其分子能相互排列并组成晶体,但普通聚合物在这种状态下的分子是随意排列的,不成晶体状的。当LCP处在液晶态形成流动时,其分子在剪切流方向上一个接一个地排列起来产生局部区域定向,然后,逐步产生宏观的定向区域。这种材料分子排列起来形成定向的方式很像园木头在河水中漂流时成行排列、堆积起来的情景,因而称之为“硬杆性能”。这种定向区域形成后,其定向的结构不稳固下来了。即使通过LCP加工制成的薄膜或成型零件等产品在达到溶化温度进也是如此。

  LCP的价格十分昂贵,但其阻隔性能更高超。只要让LCP与其他热塑性聚合物共挤并定向,就可以使阻隔性能与成本费用有控制地达到合理的协调。目前的研究已经证明,在LCP的价格高出EVOH的2至3倍情况下,前者的氧气阻隔性可达到后者的6至8倍。美国Superex有限公司生产的三层共挤薄膜PET/粘合层/LCP,其总厚度为25~50μm,其中LCP厚度占总厚度的30%。测试结果证明,它具有极好的氧气和水汽阻隔性,并具有很好的性能-成本比,因为LCP的用量只有很薄的一层。这种三层复合薄膜加工成25μm,在相对湿度RH=85%条件下,氧气渗透率不会超过2cc/m2·24小时·大气压,如果在此条件下使用相等厚度的定向PET薄膜的话,那么氧气的渗透率则是上述数字的近40倍。由于液晶聚合物具有如此优良的阻隔特性,因而更加促使人们去开发它。目前,它像一个“超级阻隔”的新星活跃在包装材料的舞台上。

  7.纳米复合包装材料

  纳米技术是近年开发的高新技术,纳米技术应用于材料工程领域更是成绩斐然。所谓纳米材料,就是用晶粒尺寸为1~100纳米(1纳米=10-9米)的晶体构成的材料,由于晶粒尺寸比常规材料的晶粒细微得多,因此赋于纳米材料以许多特殊的优异性能。在包装界,对纳米包装材料的研究也受到了极大的关注,欧、美、日等国家都投入了大量人力物力进行研究和开发。根据纳米级尺度的微粒融入到聚合物晶格阵内部,不仅能提高材料的强度、刚度,而且使其阻隔性也大大提高,并且纳米材料的微粒充填量只需很少。

  根据国外研究报道,把4.7%(重量成分)的胶岭土(montmorillonite clay)微粒复合到尼龙-6型(聚酰胺)聚合物中后,形成纳米复合材料的抗拉强度从68.6MPa提高到97.2MPa,抗弯强度从89.4MPa提高到143.0MPa,热变形温度从65℃提高到152℃,对氧气、氦气和水汽的阻隔性提高了一倍多。如此优良的综合性能,使纳米复合材料的应用范围非常广阔,例如食品和药品、精密机械零件、电子和电气元件的高阻隔包装,从而使商品在流通及存贮、销售过程中长时间地保持其优良的品质。

  上述液晶聚合物材料和纳米复合包装材料正在成为高阻隔型包装薄膜材料的开发与创新的热点,其前景是非常广阔的。


  结语


  阻隔型包装薄膜材料近年来的发展十分迅速,新材料、新品种层出不穷。我国的包装工作者必须紧跟世界包装业界对高阻隔包装薄膜材料的开发与创新的热点潮流,发展我国的包装材料工业,视θ蚧唐妨魍ǖ男枰F浯危韪粜桶安牧峡⒌耐揪叮饕嵌跃酆衔镎庵指叻肿咏峁沟牟牧鲜凳┝撕芏喔男匝芯俊⒏春涎芯考凹庸す痰难芯浚佣⒊龆啻锖眉赴僦值淖韪粜桶氨∧げ牧稀6擅准际醯难芯亢陀τ梦嫣岣甙安牧系男阅埽ê芎玫淖韪粜裕峁┝艘惶蹩ⅰ⒋葱碌男峦揪丁?BR>
  “他山之石,可以攻玉。”从世界各国对阻隔型包装薄膜材料进行开发与创新的思路、方法中获取经验和灵感,加强具有自主知识产权的新材料、新工艺的开发与研究,创造出我国阻隔型包装薄膜材料更多更好的新产品。

作者:邱丽萍 来源:中国包装工业

 
资料来源:印刷中国
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