隨著人類生活水平的不斷提高,對食品的加工要求也越來越多,既要可以有較長的保質期,也要能夠保持原食品本身的色香味。所以生活中很多食品的包裝對阻隔性能有著很高的要求。
包裝的阻隔性能可以通過阻隔材料來實現。通常指在標準狀態下(23攝氏度,65%相對濕度),25微米的薄膜透氧量在5ml/(m2.d)以下,且透濕量在2g/(m2.d)以下的材料。目前軟包裝中屬于高阻隔材料范圍的有:鋁箔,EVOH和PVDC;屬中阻隔材料的有尼龍和聚酯;而PE、PP等屬于低阻隔材料。
通常我們所講的材料阻隔性都是針對特定滲透對象而言的,滲透對象包括氣體,水蒸氣,液體,有機物等,是材料對特定滲透對象由其一側滲透到達另一側(高濃度側滲透通過材料進入低濃度側)的阻隔性能。整個滲透過程可以分為:吸附,溶解,擴散,解吸幾個部分。氣體或水蒸氣從高濃度區進入材料表面,通過在材料內部的擴散,又從低濃度區的另一表面解吸(如圖1所示)。
圖1 滲透過程
高阻隔薄膜分為:PVA(聚乙烯醇)涂布高阻隔薄膜、PVDC(聚偏二氯乙烯)、EVOH(乙烯/乙烯醇共聚物)共擠薄膜、尼龍共擠薄膜、尼龍類復合薄膜、無機氧化物鍍覆薄膜。以下 表1 高阻隔材料的對比。
材料類型 | 工藝過程 |
阻隔性 | 環境友好性 | 殘料溶劑的釋放 |
成本 |
評價 |
PVA涂布高阻隔薄膜 | 較復雜 |
好 |
好 | 向包裝外層滲透 |
低 | 是一種比較成熟的工藝方式,生產過程相對復雜,對設備的投入要求不高 |
PVDC表面涂布 |
較簡單 |
好 |
差 |
向包裝內容物滲透 |
低 | 難加工,且涂布在包裝外表面作為阻隔層來使用不是一種謹慎的選擇,包裝過程,細菌過程、運輸和儲存過程中阻隔層很容易遭到破壞。 |
EVOH共擠薄膜 |
簡單 |
好 |
好 |
向外揮發 |
高 |
生產過程簡單,來源很廣泛且比較穩定 |
尼龍類復合薄膜 | 較復雜 |
好 |
好 | 向包裝外層滲透 |
較高 |
最大特點是阻隔性不隨濕度的上升而下降。 |
無機氧化物鍍覆薄膜 |
較復雜 |
好 |
好 |
向包裝外/內層滲透 |
高 | 鍍鋁層結構結構更加適合阻隔要求較低的某些干物產品的包裝:用于液體包裝的風險是①基材收到拉伸阻隔性下降比較大;②鍍鋁層復合分層;③運輸、儲存可能導致斷層 |
表1 高阻隔材料的對比
如果使用場合只需要中等水平的高阻隔薄膜材料,那么,只需要使用PVDC、EVOH涂布或使用鋁箔蒸鍍到樹脂基材上去即可,這是一種十分經濟的加工方法。生產這種同等性質的阻隔薄膜的另一種加工方法,就是先得到樹脂基材的薄膜材料,然后用EVOH或者鋁箔作為阻隔層進行復合,再在其上面增加另一層樹脂基材。
包裝薄膜材料的結構應該設計成什么形式,這取決于很多因素,如需要加工的數量,運作的時間長度,必須達到的性能參數,還有最后包裝件的充填方式,是否常溫封嚴還是需要配裝拉鏈等等。
高阻隔共擠薄膜是國際在八十年代末開發成功的塑料包裝材料,發達國家已廣泛應用于肉制品、調味品、水產品、乳制品、水果、糧食、啤酒漿等的包裝,在用油脂防銹的機械零件、香料、化工產品的包裝方面也獲得應用。產品達到國外同類產品的先進水平,填補了一項國內空白,成本低于同類型復合膜10一20%, 已取得較好的經濟效益和良好的社會效益。
高阻隔共擠薄膜分為[1]:尼龍共擠膜、EVOH共擠膜、PVDC共擠膜。
2.1 尼龍共擠膜
五層尼龍共擠膜有對稱結構 PE/Tie/PA/Tie/PE 和非對稱結構 PA/Tie/PE/PE/PE,尼龍不僅可以作為一種阻隔材料被用在共擠膜中,而且還有強度高、耐穿刺的特點,尼龍做表層可以承受較高的熱封溫度,不會粘在燙刀上。生產薄膜用的尼龍有均聚尼龍和共聚尼龍兩種,均聚尼龍在吹膜時通常放在中間層,它的透氧率可以達到 40ml,共聚尼龍的透氧率一般在 60ml~100ml。
七層共擠尼龍膜基本上都采用 PA/Tie/PE/Tie/PA/Tie/PE 的非對稱結構,既能保證一定的阻隔性,又能保證制袋順利,還可以防止薄膜卷曲。
通常所說的透氧率都是指 23℃ 情況下測定的結果,如果溫度降低,則薄膜的透氧率也會降低。因此,很多肉食品真空包裝后在商場里都要放在冷柜里低溫貯藏。
2.2 EVOH 共擠膜
五層 EVOH 共擠膜一般做成對稱結構 PE/Tie/EVOH/Tie/PE。有時用在小食品包裝,多數用在牛奶膜中。
七層共擠吹膜可以分為對稱式結構 PE/Tie/PA/EVOH/PA/Tie/PE 和非對稱式結構 PA/EVOH/PA/Tie/PE/PE/PE,熱成型薄膜可以采用 PA/Tie/PA/Tie/PE/PE/PE 結構,或者 PA/EVOH/PA/Tie/PE/PE/PE 結構, EVOH 共擠膜的阻隔性能非常好,它的透氧率可以小于 1ml,比尼龍共擠膜阻氧率高近百倍。
作為一種高性能阻隔包裝材料, EVOH 也存在一定缺點,主要是在高濕度情況下,其制品的阻隔性會有一定幅度下降,另外材料成本太高,制品價格高。
2.3 PVDC 共擠膜
通常將 PVDC 共擠吹膜做成六層或者七層,里層和外層都用聚乙烯材料,可用來生產蓋膜、底膜和真空袋。
PVDC 作為一種高阻隔材料,越來越受到人們的喜愛,這種材料的透氧率可以控制在 1ml-3ml,阻濕性能好于 EVOH,這種包裝薄膜可以允許食品常溫貯藏,具有阻濕、高阻隔的特點。
下表為常用的軟包高阻隔共擠薄膜的產品結構及用途(以五層為例)[2]:
除阻隔性和抗彎曲性提高外,高阻隔共擠薄膜還具有以下一些比復合材料更強的優點 :
( 1 ) 加工好的薄膜上無溶劑留存,這樣就可以根除沾污內裝產品的可能性 。
( 2 ) 有高度的內層粘合張度, 使包裝具有更好的機械加工性能 。
( 3 ) 薄膜以筒形存放 。
( 4 )由于加工步驟減少而獲得更好的經濟效益。(共擠薄膜是一次加工成型的,而復合材料需 要多道工序)
( 5 ) 因為結構中無金屬層,因而能用微波加工。
[1]沈毓敏,新一代高阻隔薄膜[C],1994年.2月
[2]塑料包裝[J].1996年,第一期
本文來源:上海德天微信公眾號