外包装bopp塑料薄膜的特性探讨

加入时间:2009-02

 

 

  BOPP 作为一种新型的包装材料, 自问世以来就倍受关注, 由于双向拉伸工艺的固有特点, 使得在该工艺下制得的BOPP 薄膜迅速扩展应用到包装行业的多个领域, 主要包括彩印、粘膜带、电容膜、合成纸、烟膜等等。BOPP 在卷烟行业最主要是用于小盒烟包及条盒烟包的外包装上, 另外也有少量用于拉线和商标纸的覆膜方面。本文的以下内容主要针对小盒烟包及条盒烟包所所使用的外包装BOPP 烟膜进行探讨。
   
    卷烟行业在烟包外包装薄膜上曾经使用过多种材料, 包括有玻璃纸、PVC 涂布膜、PVDC 涂布膜、BOPP 烟膜等等; BOPP 烟膜由于其综合具备了良好的光学性能、较宽的热封范围及较高的热封强度、具有优异的水蒸汽阻隔能力、均匀的厚度以及较宽的收缩率调控范围、良好的挺度等, 使其具有其它材料不可比拟的特性, 成为卷烟包装的首选材料。
   
    一、国内卷烟行业的发展趋势
   
    作为卷烟包装辅料, 烟膜的应用和发展与卷烟行业息息相关。中国在全球卷烟行业占有较大份额, 是世界上最大的卷烟消费市场。据有关部门统计, 在中国现阶段常年吸烟人口约为3.5 亿, 卷烟年产量约高达1.9 万亿支, 中国的卷烟产量及消费量均约占全球的1/3。就卷烟产量推算, 中国烟膜的用量无疑也是全世界最大的。
   
    从国内烟草发展情况分析, 目前卷烟行业有着以下特征:
   
    1. 生产总量稳步上升。
   
    近年来, 国内卷烟总产量维持小规模的升幅, 基本上以每年2~5%的速度稳步增长, 从2001 年起到2005 年, 卷烟总产量由3371 万大箱增加到3852 万大箱, 卷烟总产量累计增长幅度达14%。
   
    2. 卷烟产品结构不断调整。
   
    各产品的权重比例随着产品结构的更改而不断变化, 一、二、三类烟所占的百分比均有一定的上升, 而五类烟则逐渐压缩, 如2001 年五类烟所占的比例为23.6%, 到2005 年则下降到4.3%, 显示出卷烟产品结构不断向上作出调整。3. 软、硬盒比例不断改变。
   
    软、硬盒比例在近几年来也有了一定变化, 虽然整体变化的幅度不是非常大, 软硬盒的比例在2002 年约为5.5/4.5,到2005 年软硬盒的比例约为4.5/5.5, 但是在数量上, 硬盒的增长率超过20% 。
   
    4. 品牌整合精简及生产厂家重组。依照做大做强的发展思路, 品牌整合精简及生产厂家重组不断深化。2005 年12 月在产的卷烟牌号为203 个, 比2004 年同期减少87个, 2005 年全年行业生产的卷烟牌号为325个, 比2004 年减少169 个; 卷烟厂的合并重组是近些年来卷烟行业的重大举措之一, 对国内卷烟行业的格局有着深远的影响。
   
    二、目前烟膜的市场及产品概况
   
    A) 市场概况
   
    BOPP 烟膜市场相对于整个BOPP 薄膜市场而言, 份额比较小, 而对于整个卷烟包装辅料, BOPP 烟膜份额也是比较小的, 但是由于中国在卷烟行业的特殊地位, 卷烟产量在世界范围内占有较大的比重, 同时也为国内烟膜市场造就了一定的空间, 2005 年国内卷烟产量为3852 万箱。从2001 年到2005 年, 国内卷烟产量增长绝对值为481 万箱, 比例约为14%, 在摒除厚度及规格变化等因素后, 根据卷烟产量增长比例推算, 国内烟膜用量约在7万吨左右。
   
    B) 产品工艺发展概况
   
    目前市场的卷烟包装膜由于材料、生产工艺、后续加工工序的差异, 以不同的产品形式出现, 大致上包括:
   
    1. PVC 涂布膜。
   
    2. PVDC 涂布膜。
   
    3. 全息及彩印薄膜。
   
    4. 泡管法BOPP 拉伸薄膜。
   
    5. 双向拉伸聚丙烯薄膜。
   
    从目前市场占有量来说, 前三个品种的市场份额相对较低, 市场上仍以泡管法及BOPP 平面双向拉伸的BOPP 为主。泡管法与平面逐步双向拉伸法的优缺点比较如下:
   
    国内烟膜主要以平面逐步双向拉伸膜为主, 经过了多年的研究开发和工艺优化, 在产品上机运行性及薄膜光学性能两方面均取得较为明显的效果。在上机运行性方面, 充分吸收原有泡管法进口膜的优点, 并有效利用双向拉伸工艺的优点, 对烟膜产品作出有效的改进:
   
    1. 充分发挥双向拉伸工艺具有更佳厚度均匀性的特点, 经过收卷、时效、分切等工序优化,对影响烟包包装的缺陷如荷叶边、条纹、松紧不一等可作有效控制。
   
    2. 原料配比结合双向拉伸工艺特点,在对影响薄膜上机运行性的关键物理性能指标如摩擦系数、薄膜挺度以及纵横方向的收缩率等方面作出有效控制,使薄膜在卷烟包装机于高速运转下仍能保证良好的上机运行性。
   
    3. 工艺控制和原料配比的优化组合, 可获得优异的外观性能如较低的浊度及较高的光泽度。
   
    4. 满足特殊用户的个性化需求, 对个别包装机型可采取量身订做的措施, 保证包装效果。
   
    5. 针对部份烟包的具体情况, 在材料及工艺的设计上赋予薄膜功能性, 如防红抗皱等。

 

塑料薄膜制成的包装阻隔材料,用来保护被包装物免受渗入气体如氧气或者水蒸气的损害或降解。阻隔树脂也保护包装袋内的食物或饮料的味道益处。同时塑料相比于玻璃和金属这些老包装材料具有一些优点:如柔软性能,质量轻和相应的成本低。
包装材料上应用的阻隔树脂包括聚偏二氯乙烯(PVDC),乙烯-乙烯醇(EVOH),聚对苯二甲酸乙二醇(PET),聚三氟氯乙烯(PCTFE),尼龙和丁腈共聚物。
虽然存在一些单层结构的包装树脂,但绝大多数的包装树脂采用多层结构包装。典型的,多层包装材料的外层树脂一般由聚酯和聚苯乙烯材料做成,强度较高,透明性好;其中间层树脂也是阻隔树脂;内层接触包装物料的塑料一般是低密度聚乙烯,有时采用附加层来提高包装材料强度或阻隔性能,有时采用粘合剂来提高多层材料的粘合强度。通常用的粘合剂是乙烯乙烯基乙酸树脂(EVA)和乙烯丙烯酸的共聚物。


聚合物

简写

氧气 ml/m2 24 hours- atm 250C

二氧化碳 ml/m2 24 hours- atm 250C

水蒸气 g /m2 24 hours- atm 370C

焊接性能

聚乙烯(低密度)
(高密度 )

PE LDPE
HDPE

4000-13000

8000-80000

14-20

聚酯

PETP

500-4000

4000-10000

5-10

聚酰胺 (尼龙)

PA

30-110

150-400

40-140

聚氯乙烯

PVC

100-7500

800 - 50000

50 - 100

聚偏二氯乙烯

PVDC

8-26

50 - 150

1-5

乙烯-乙烯醇共聚物

EVOH

0.4 - 0.6
(%RH)
25 - 31

0.5 - 2

40 - 80

聚丙烯

PP

1300-6000

7000 - 12000

8 -14

聚苯乙烯

PS

2600-8000

1000 - 26000

> 100


表 1: 标准条件下塑料的阻隔特性用来保护肉或肉制品。试样厚度: 0.025 毫米.
(来源: 挪威食物研究机构)

  阻隔树脂包装材料具有多种复杂多层结构,同时要求具有一定的强度和气体渗透性,要求一部分气体可以透过,而其它的气体不能穿过。正在努力研究的一个方向是提高包装材料聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的性能,来延长啤酒的储存期。

聚偏二氯乙烯(PVDC)
聚偏二氯乙烯是最早的包装材料之一,其一直作为食物包装材料,在超市已用了很多年,也作为冷藏食物的消费薄膜在超市中出售。聚偏二氯乙烯的特点是对氧气、气味和水分具有较低的穿透性,同时具有较好的透明性、强度和密封性能。
聚偏二氯乙烯具有较强的阻隔性能,可以和其它的聚烯烃进行共挤出生成多层包装薄膜,这种多层薄膜可单独使用,也可以和其它材料如金属箔、纸张、聚烯烃、尼龙、取向拉伸薄膜、聚氯乙烯或高抗冲性聚苯乙烯层压成各种各样的坚硬的或富有弹性的底面。

Biaxially oriented PVdC sausage casings provide extended shelf life due to oxygen and moisture barrier properties


图 1: 香肠包装材料采用双向拉伸聚偏二氯乙烯,对氧气和水具有较好的阻隔性能。
(来源: Macro工程技术公司)

  除了阻隔特点,多层聚偏二氯乙烯薄膜具有一定的韧性、强度、耐化学性、柔软性和一定的经济效益。主要应用在食物包装、药物的透明塑料罩、帽子衬里和织物内衬来保护衣服。

 乙烯乙烯醇(EVOH)
乙烯乙烯醇是聚偏二氯乙烯作为食物包装的阻隔材料最有竞争力的对手之一,其具有显著的抗氧性和耐水性能,同时又具有较高的强度、柔软性和透明性。乙烯乙烯醇常常与聚酯、聚乙烯或聚丙烯共挤出,作为三明治结构的夹心层。尽管主要用作食物包装阻隔材料,乙烯乙烯醇也可以作为汽车燃料箱和导管的阻隔材料。
乙烯乙烯醇最近的一项研究是把灵活性和弹性的完美结合,这就使乙烯乙烯醇可用在更柔软的阻隔包装上和收缩包装薄膜;另一研究倾向是提高乙烯乙烯醇的氧气阻隔性能,同时添加氧气净化剂-化学活性添加剂到食物包装材料上来吸收氧气。例如,对氧气敏感的食物,可采用瑞典包装公司制造封闭的热成型聚丙烯-乙烯乙烯醇-丙烯阻隔杯子。在杯子消毒之后,立刻使用氧气净化剂来吸收氧气,因为消毒暂时打扰了乙烯乙烯醇的阻隔性。


Food trays made of foamed polypropylene coextruded with EVOH offer light weight as well as barrier protection.


图 2: 泡沫聚丙烯和乙烯乙烯醇共挤出制造质轻的食物托盘。
(来源: 共挤出塑料技术公司)

 聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)
聚对苯二甲酸乙二醇酯广泛的用作阻隔包装材料,用来保持碳酸饮料中的二氧化碳,同时来保持辛辣调味品、果汁、果酱和调味剂的清新气味。树脂生产者和包装公司正在寻找聚对苯二甲酸乙二醇酯作为阻隔材料的一些新用途,开发最为活跃的一个是把聚对苯二甲酸乙二醇酯作为啤酒瓶使用。与聚对苯二甲酸乙二醇酯软饮料瓶相比,PET作为啤酒瓶要求具有更高的阻隔性能,同时他们不仅要保持二氧化碳不外泄,还要保证氧气不能进来。此外,该瓶子必须适应高温消毒,找到一种满足此类要求包装材料是一种相当大的挑战。开发商面对的另一个障碍是要求PET容器能够很容易的循环使用,这其中存在的问题是各种材料生成的多层包装材料。


Beer bottles made of PET must meet demanding requirements to compete with older glass and metal containers.


图 3: PET制造的啤酒瓶必须比金属和玻璃制造的容器有更多的优点。
(来源: Amcor.)

  作为啤酒瓶,已经测试具有前景的PET阻隔包装;其一涉及PET结构作为外层材料,包住高阻隔和含氧气进化剂的内层尼龙。另一方法是应用等离子技术在PET包装材料内部涂上一层碳薄膜或者二氧化硅来提高PET的阻隔性能。

 聚三氟氯乙烯(PCTFE)
聚三氟氯乙烯对水分和水蒸气具有良好的阻隔性能,也具有较高透明性和耐化学性能。聚三氟氯乙烯主要用作药品包装、尤其是对水分敏感的发疱药品包装。透明的树酯可以很容易地看到包装的内容。


Pharmaceutical blister packs are one of the main PCTFE applications.


图 4: PCTFE主要作为药物包装材料
(来源: 霍尼维尔公司)

  最近出现的一种新聚三氟氯乙烯可以在作为多层阻隔结构使用,或者作为包装材料的中间层或者是外层包装材料。该制造商(霍尼维尔)认为:该材料可以用作口服卫生包装产品、眼睛保护产品、咳嗽药、冻干药物、特种油和高纯度的化学品的包装材料。

 尼龙 (聚酰胺PA)
取向尼龙6表现较好的氧气阻隔性能、强度、刚性和透明性;也具有一定的抗弯开裂性、易印刷性、耐油脂和油性。尼龙6树脂被用作食物包装阻隔材料、储存包装材料、液体包装袋、大袋子或小袋子的阻隔材料,也可以作为化学和医疗卫生包装材料。


Amorphous nylon 6 film laminated on paper keeps cheese fresh by controlling exchange of oxygen, water vapor and carbon dioxide through the package.


图 5: 覆盖在纸张上的无定型尼龙6薄膜通过控制氧气、水蒸气、二氧化碳,来保护奶酪的新鲜性。
(来源: 杜邦公司)

  尼龙开发商(Mitsubishi)开发的另一种形式尼龙-MXD6,以高阻隔性能而闻名,这种聚合物通过偏二甲苯二胺(MXDA)与己二酸缩聚而成。通过纳米技术可以进一步提高尼龙-MXD6的阻隔性能-纳米尺寸的粘土矿物在基体中剥离。据报道MXD6纳米复合材料是未填充树脂阻隔二氧化碳气体的2倍,是氧气的2-4倍。该树脂可以和其它的阻隔树脂如尼龙6和PET进行共挤出。

 腈树脂(Nitrile resins)
腈阻隔树脂是丙烯腈和甲基丙烯酸树脂的共聚物,它具有较高的氧气阻隔性能及耐化学性。不同等级的腈树脂可以通过挤出和压延制成片材、吹塑薄膜、注射和挤出吹塑瓶。


Sharp, fine printing is possible with nitrile barrier resins.


图 6: 腈树脂具有刚度和良好的印刷性
(来源: Innovene.)

  腈树脂的优势是可以制成复杂结构和不同寻常的形状,同时又有光滑的表面及印刷性。包装材料是其中的一种应用,也可作为肉类的包装、水果饮料汁的包装、配药产品、化妆品、汽油添加物和农业化学品的包装。

 改性包装
改性包装,相对来说是比一项较新的技术,可采用不同树脂多层结构的混合,来提高气体的阻隔性能-典型气体有的氧气、氮气和二氧化碳--同时保护内部的食物或着饮料。每一种食物都有一个最佳的气体范围来延长它的新鲜性和有效期限。虽然氧气可以引起食物腐烂,但他也能使包装内的食物保持鲜红性、阻碍厌氧细菌的生长和保持蔬菜水果的正常呼吸;氮气可以阻止氧气进入,但当氧气太多会引起食物腐烂;二氧化碳延缓细菌在包装食物内部的增长。
阻隔包装结构应用WAP技术可将各种各样不同的树脂相混合,如:聚酯、聚丙烯、聚氯乙烯、乙烯乙酸乙烯酯和乙烯乙烯醇;也可和聚乙烯进行共挤出,接触包装食物且提供热密封特性。


Multilayer modified atmosphere packaging allows adjustment of oxygen, nitrogen and carbon dioxide to optimum levels to retard spoilage.


图 7: 多层改性真包装材料允许合适的氧气、氮气和二氧化碳气体渗析来延缓食物腐烂。
(来源: Kobusch-Sengewald.)

 结论
塑料在取代金属和玻璃阻隔包装材料方面有很大的进步,阻隔材料正逐渐成熟起来,一些包装材料包含八层或更多的树脂,每一层都有自己的特点。阻隔包装材料的发展目标是提高食物和饮料的保鲜性,同时提高包装材料的视觉效果;经济和环境因素在发展阻隔包装材料上占有极重要的作用。一些正在进行研究的树脂-如低成本的聚对苯二甲酸乙二醇酯-作为啤酒容器-正努力获得有利的市场前景。

 

 

信息来源:中国塑料包装网

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