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复合包装材料与包装设计

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复合包装材料是指将两种或两种以上的材料复合在一起,互相取长补短,形成一种更完美的包装材料。

一、复合包装材料的应用

随着包装科学技术的不断发展,产品的包装要求愈来愈高,包装材料的物理化学性能是否适应与满足,将是很重要的因素,因此,对包装材料进行创新与研制来满足产品包装的要求。由于新型食品工业发展,到了20世纪50年代,美国研究成功纸、塑料、铝箔的复合包装。把各种不同特性的材料复合在一起,以改进包装材料的透气性、透湿性、耐油性、耐水性、耐药品性,使其发挥防虫、防尘、防微生物、对光、香、臭等气味的隔绝性,以及耐热、耐寒、耐冲击具有更好的机械强度和加工适用性能,并有良好的印刷及装饰效果。

复合包装材料的出现,引起了一场流通革命,迫使社会经济出现了大量生产,大量销售的趋势,因此也形成一种年年增长的趋势。各种复合薄膜的成型技术飞快发展,复合材料的种类很多,有些复合层高达十几层,一般为2-5层,常见的复合材料有40多种。

二、复合包装材料的种类

1.复合薄膜的构成

复合薄膜主要由基材、涂料和粘合剂等构成。

(1)基材是复合薄膜的主要材料,是决定复合膜性质的主要因素,复合薄膜使用比较多的原材料有普通赛璐玢(PT)、防潮赛璐玢(MST、MOT)、纸(PA)、铝箔(A1)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP无拉伸薄膜CPP和双向拉伸薄膜OPP)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚酪(PET)、尼龙(N)、聚乙烯醇(PVA)、聚碳酸醇(PC)、聚苯乙烯(PS)、乙烯一醋酸乙烯共聚物(EVA)等。

(2)涂料是指塑料薄膜涂敷(布)材料,主要有硝化纤维素、聚偏二氯乙烯、氯化聚丙烯树脂,以及金属等。这种涂料可对聚丙烯薄膜、尼龙薄膜、维尼纶薄膜、聚酪薄膜等进行加工涂布,主要用于聚乙烯薄膜的贴合。近年来,采用聚偏二氯乙烯树脂在乳剂溶液状态时,涂布于塑料薄膜表面使被涂薄膜具有防潮阻气、气密性和保香性好的优点。

(3)粘合剂一般采用环氧树脂、乙烯一醋酸乙烯共聚物、丙烯酸树脂、聚氯酪树脂等,进行粘合加工时,注明掌握温度,一般均在100℃以下,否则会使薄膜氧化,但温度也不能过低,以免发生薄膜收缩而产生沟状剥离现象。温度过高或过低都会影响复合薄膜的质量。

2.复合包装材料种类

(1)防腐复合包装材料。它可解决铁及某些非铁制品的防腐问题。这种复合材料的外表是一种包装用的牛皮纸,其中一层是涂蜡的牛皮纸,还有两层含蜡或沥青的牛皮纸,并加进防腐剂,防腐剂能够有控制地从涂层中散发出来,从而在金属表面沉积形成一层看不见的薄膜,在任何条件下部是可起保护内装物,防止腐蚀。

(2)耐油复合包装材料。其商品名为“赛盖派克”,克服了普通材料包装肉类时浸透血和油脂后会紧贴在肉上或有时地在表面结成硬皮的缺点。它由双层复合膜组成,外层是具有特殊结构和性质的高密度聚乙烯薄膜,里层是半透明的塑料,具有薄而坚固的特点。塑料薄膜是惰性物质,完全元素可以直接接触食品,用双层迭加膜包装肉类可以保持原来的色、香、味,因为它不渗透血和油脂,而且不会粘着。

(3)代纸包装材料。这是一种填充包装材料,一般作为纸和纸板和代用品,是由60%聚丙烯和40%滑石粉组成的混合物。它的主要优点是可通过加热成型工艺为压制出各种形状的容器,可进行印刷和折叠,比纸和纸板结实,防潮性能级好,可以热封,没有纤维方向性,尺寸稳定而且易于印刷各种图案加以装饰。

(4)特殊复合包装材料。这是一种特有的食品化学物包装,可使食品的保存期增加四倍,材料无毒,用含有明胶与马铃薯淀粉及食用盐等材料复合而成,有人造“果皮”之称,可用于贮存蔬菜、水果、干酪和鸡蛋。

(5)防蛀复合包装材料。这是一种防蛀虫的粘胶剂,用在包装食品的复合包装材料中,可使被包装的食品长期保存不生蛀虫,但这种胶粘剂有毒,不可直接用于食品包装

(6)高气体隔绝性包装材料。聚乙醇、聚偏氯乙烯、尼龙、玻璃纸、丙烯腈等是高气体隔绝性聚合物,但在高温情况下吸收水分而使隔绝性显著下降。用聚偏氯乙烯涂复在这些薄膜上,可以使薄膜具有很高的气体隔绝性。

三、复合包装材料与加工工艺

复合薄膜的加工方式有层压复合、共挤压复合、金属化薄膜和塑料不织布等。

1.层压复合

层压复合是将塑料、纸、金属箔等材料,通过各种层合方法,制成多层薄膜材料。层压复合成型方法大致分为以下几种:

(1)湿法层压:它是使用水溶性粘合剂,由涂胶辊将粘合剂涂于基材表面,立即于另一基材复合,然后进入烘道进行干燥,卷绕,此法可将两层或多层相同或不同的材料进行复合。

(2)干法层压:它是使用有机溶剂,与湿法层压不同之处是复合前必须使胶粘剂中的溶剂完全挥发。首先由上胶辊将胶粘剂均匀地涂在基材上并立即进入烘道进入干燥,得胶粘剂完全挥发后,再与另一基材相复合。

(3)热熔层法:它是使用加热熔融的热溶胶粘按各层相同或不同的材料的方法。

(4)热压层压:它是不使用粘合剂,而借加热、加压把两层或多层相同以及不同薄膜结合为整体的方法。

(5)浸渍层法:它是将两层或多层经树脂浸渍的纤维织物进行叠合通过热压结合成整体塑料制品的方法。

(6)挤出涂覆(布):它是涂布聚乙膜、聚丙烯最常见的工艺技术,广泛用这种工艺制品制造软性复合包装材料,是涂布工艺中用得最多的一种工艺。

挤出涂布是将上述热望性塑料进入塑料挤出机中经过加热熔融,再由“r”型模具将熔融的塑料从模口流出涂布于基材上,并立即经过冷却辊把塑料紧贴在基材上。

基材与塑料的结合有两种方式:

(1)物理结合:多孔性基材,如纸、布等,由于本身具有许多孔隙塑料渗透到孔隙中去,从而使二者结合。

(2)化学结合:对于平滑表面的基材,如纤维素薄膜、聚酯薄膜、铝箔等,由于它的表面光滑、平整、没有任何细孔,所以熔融的塑料无法渗透到这些基材中去,为了使这一类基材与塑料牢固地结合,必须用相应的表面处理剂。如为了增加与聚乙烯的粘结牢度,必须采用有机钛的化合物作为处理剂:聚酪薄膜必须采用聚氨酯类型的粘合剂处理表面才能增加它与聚乙烯的粘结牢度:对于铝箔,需要铝箔表面涂布一层聚氨酯胶粘剂,或将铝箔表面用肥皂水洗净,不让油垢或灰尘残留在铝箔表面上,这样也能提高两者的粘结牢度。

2.共挤压复合

采取把两种或两种以上的树脂,同时熔融后一并挤出成型进行的复合工艺。它的优点是产量高、经济,通常可制成5-6层共挤出复合薄膜,美国已制成12-13层共挤出复合薄膜。

共挤出是2台或3台(或3台以上)的塑料挤出机,将不同品种的塑料挤入同一个模具中,在模具中复合,再从模口挤出冷却成型。共挤出复合薄膜的品种可以从以下几种基材相同复合。聚乙烯(高密度、中密度、低密度)、聚丙烯、尼龙、聚苯乙烯、乙烯一醋酸乙烯共聚树脂等。共挤出复合不能用活性气体(如氧气)作为促进粘合的粘合促进剂,因为技术上较难控制。

3.金属化复合

金属化复合是在薄膜基(聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚四氟乙烯、纸等)上直接镀金属的方法。所镀金属主要是铝。根据商品特性与装饰要求,可适镀金、银、钢、锌等。其方法是:真空镀、离子镀、浸镀、喷镀等。这种薄膜的加工适应性、气密性、印刷性、阻气性、热封合性与遮光性等,要优于单体薄膜和普通复合薄膜,并有取代铝箔作装饰材料的趋势,它比铝箔,无柔曲龟裂现象,并可焊封。

4.塑料不织布复合

它是不经编织而采用经纬丝层叠热压复合而成的新型复合包装材料的方法。其工艺流程为:挤出或共挤出一冷却一单轴拉伸一分丝一经纬线直交复合一吸卷一不织布。它与一般编织袋比较具有强度高、量轻而薄等优点;耗用树脂量为一般纺织袋的一半,两层网状材料融为一体,不易错动,定型性好:能承受较大外力,抗撕裂强度大,合成后强度可提高10倍,并有抗水性能。目前正在取代纸袋用来装水泥或粉状农药,破损率大大下降。若将它与聚乙烯薄膜层合成,可解决一般缓冲薄膜难以克服的强度低的问题。

四、纤维织品包装材料

1.纤维织品包装材料的种类

(1)天然纤维

①植物纤维:棉和麻等。

②动物纤维:羊毛、蚕丝、榨蚕丝等。

③矿物纤维:石棉、玻璃纤维等。

(2)化学纤维

①人造纤维:粘纤、富纤、酷酿纤维等。

②合成纤维:涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶。

包装织品材料,主要是棉、麻植物纤维,其次是矿物纤维和化学纤维。动物纤维用得少。它们主要用于制袋或包装商品。

2.棉、麻纤维与织品

(1)棉、麻纤维的成分及特性

棉、麻纤维的主要成分是纤维素。在棉、麻纤维素中,纤维素分子排列整齐,具有较高机械强度和柔韧性,可经受一定的拉伸和多次洗涤。由于纤维素分子由许多葡萄糖分子聚合而成,含有大量的亲水性基团,因而有很强的吸湿性。但纤维素不耐高温,耐热性较差(麻纤维强于棉纤维).棉、麻纤维耐碱,但不耐酸与氧化剂。

(2)棉、麻织品包装

①布袋。布袋是用棉布制成的袋,其布面较粗糙,手感较硬,但耐摩擦,断裂强度高。制作的袋一般为长方形,有两个纵边,一边无缝,接缝后成两头敞口的简状袋料,再将一端缝纫封口,另一头卷边敞口,主要用于装面粉等粮食制品和其他粉状物品。为防止布袋渗漏、受潮和污染,可以袋内衬纸袋或塑料袋以及袋内涂一层塑料防潮.

②麻袋。用于包装的麻有黄麻、洋麻、大麻、青麻、罗布麻等,此外野生麻可以用作包装材料的种类更多。麻纤维经纺织而成麻布是制麻袋的唯一原料。有双经单纬的平纹麻布,麻袋按所装物品颗粒大小,分为大粒袋、中粒袋和小粒袋等,其纬密度为小粒袋最密,大密袋最稀。按麻袋装载重量分为100kg、75kg、50kg等。

其规格尺寸在107cm×74cm、100cm×6℃m、9℃m×58cm等,按所装物品可分为粮食袋、糖盐袋、畜产品袋、农副产品袋、化肥袋、化工原料袋和中药材袋等。

布袋和麻袋的封口方法,主要有缝口法和扎口法两种,其中缝口法又有机械缝口和人工缝口之分。

3.人造纤维与合成纤维及其织品

人造纤维用作包装袋和包皮布的是粘纤与富纤。粘纤织品称人造棉布强度比棉布差,特别是缩水率大,湿强度只有强度的一半。富纤是在粘纤基础上,经合成树脂处理的人造棉布,干、湿强度均高于粘纤。

合成纤维与塑料一样,均属高分子聚合材料,具有强度高、耐磨、弹性好、耐化学腐蚀性强和抗虫蛀霉变等优点,作为包装材料还有结构紧密、不透气、不吸水的特点。主要用做包装布、袋、帆布、绳索以及复合包装材料等。它们的最大缺点是耐光性、耐热性差,易发生静电等。

4.石棉与玻璃纤维

石棉主要是由二氧化硅、氧化镁、氧化铁、氧化钙和结晶水组成,分为蛇纹石与角闪石两大类。石棉质软如棉,耐酸碱腐蚀,不燃烧。有优良的抗热、绝缘性能,用作特种包装材料。如酚醛塑料加入石棉,可用作化工产品容器。

玻璃纤维是用成型玻璃球,经白金坩埚加热熔化,通过高速拉丝制成的。它具有抗张强度大,杨氏模量高,耐热和耐化学腐蚀,防火、防霉的优良性能,其尺寸稳定、伸长率低。用它制成的增强塑料(玻璃钢、增强聚丙烯、增强聚乙烯)和玻璃纤维复合材料都是良好的包装材料。如乳胶布是用玻璃纤维织布涂上乳胶而成,分平纹和斜纹两种。乳胶布具有防水、防潮、耐酸、耐碱、耐腐蚀等性能,但不耐磨。将乳胶布制成袋状,内衬纸袋或塑料袋,可用来包装部分化工产品和矿产品。

五、其他天然包装材料

天然包装材料是指天然的植物和动物的叶、皮、纤维等,可直接使用或经简单加工成板、片后,用作包装的材料。

这里主要介绍竹类、野生藤类、树枝类和草类等。

1.竹类

竹子种类很多,共有250多种。用作包装材料的主要有毛竹、水竹、慈竹、淡竹、大节竹、单竹等竹子。竹子主要用作竹制板材,如竹编胶合板、什材层压板等,编织各种竹制包装容器,如竹筐、竹箱、竹笼、竹篮、竹瓶和竹编热压合茶叶筒等。

竹材质地坚韧,有弹性、耐冲击、耐磨擦、耐油、耐火、密度小,用竹篾编制的包装耐压力,耐腐蚀,所以竹材在包装材料中能占有较大的比重多用于低档的运输包装和高档的工艺品及礼品包装

2.藤材类

柳条、桑条、槐条、荆条及其他野生植物藤类可用于编织各种筐、篓等。如藤的外皮及藤心均可用作包装材料,它的特性是弹力较大,韧性好而且柔软,拉力强,耐冲击,耐磨擦,耐气候变化。

柳条枝剥皮可以编成柳条箱、提篮等,是运输包装容器和重包装的良好衬垫材料。

荆条是在较寒冷地带地区大量生长的一种灌木,抗拉强度好,有一定的弹性和韧性、耐磨擦、耐油、耐水等,是一次性的运输包装材料。

3.草类材料

草类材料主要有水草、蒲草、稻草等,用作编织席包、草袋等,如稻草可编成草袋。草类材料大量用于重包装及装金属零件等。它不但质轻可以减少运输,而且可起缓冲作用,价格便宜,是一次性包装材料。

蒲草生于湖泊浅水区,多年生植物,每年都可以来用,质轻、柔软,有一定的抗拉强度、弹性和韧性,并具有耐磨擦等特点。它与稻草相似,是一种成本低廉、资源比较丰富的天然材料。它可以编成蒲片,作为蒲包大量用来包装食糖、运送鱼虾等,是一次性使用的包装用料。

4.棕榈

从棕树上剥下的棕叶是一种柔软、有韧性、耐水湿、经久不易腐烂的纤维。它的用途很广,可编织筐、篮、箱等。生棕叶作为简易的鸡鸭包装,经过加工的棕叶还可编成精美的礼品包装。

其他天然包装材料还有贝壳、椰壳、麦秆等,用于制作各种特殊形式的销售包装。

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