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卷状镀膜材料在软包装中的使用
时间:2013-05-08   来源: 包装前沿   阅读:3711次

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     大量的卷状镀膜材料正广泛地应用于包装。有些是由于外观装饰效果原因选用,有些是因为功能原因,因为通常沉积材料会给予基材很好的阻隔性能。在此领域,卷状镀膜材料的绝大多数用户是采用电阻蒸发沉积方法把铝沉积在塑料薄膜上。但是,近来对透明阻隔镀膜已表现出极大的兴趣。
     本文将评述在包装工业使用卷状镀膜材料的用途、为什么使用这些材料的理由以及加工过程的经济性,并分析未来发展趋势。
     一、用途
     在包装工业,几乎已经普遍使用真空镀膜卷材,采用电阻蒸发沉积过程把铝蒸镀至塑料薄膜和纸张基材。在日本,已经使用SiOx和Al2O3透明阻隔镀膜。其他还有少量的使用特殊沉积。当然,这些和用电阻蒸发镀铝相比显得微不足道了。
     同样地,在包装行业,几乎所有使用的真空卷绕镀膜材料是柔性基材(亦即薄膜和纸张)。有一些采用金属化卡纸和半硬质材料,但是同样地和使用柔性基材相比是微不足道的。
     在卷绕镀纸方面,大多使用直接金属化纸。但是,转移金属化纸和卡纸也有着一定的用量。转移工艺特别适合于厚的卡纸或质量差的纸张的金属化。对于厚的卡纸,由于只能把有限长度的纸卷放入金属化蒸镀设备中,这样使得蒸镀加工成本很高。对于直接镀纸,通常需要在纸上涂布涂料和粘土以得到一个光亮的表面效果。对于转移加工,成品的光泽度取决于转移膜而不是纸张的平滑度,因此可以使用比较粗糙的低成本纸。
     在软包装中通常使用的各种基材在表1和2中列出。
      
       
     在大多数应用中,金属化薄膜和其他材料复合并通常印刷以构成一个最终的包装。而金属化纸在大多数情况都是单独使用的。
     目前所用的金属化基材以及复合物的应用在表3中列出。
     
     现在有些金属化包装材料的应用和有关卷状镀膜的改变是显著的,也是值得关注的。比如在美国用于香味密封的金属化PET膜,现在出现于各种品牌的卷烟上。在欧洲,习惯用PET/铝箔/PE复合材料来真空包装磨碎的咖啡。基于环保要求已逐步地由VMPET/PE复合膜取代。在美国和世界其他地方,在卷烟包装中同样基于环保要求,金属化纸在开始替代铝箔/纸复合。
     二、使用原因
     在包装中使用金属化材料是由于装饰和功能的原因。对于它们使用在装饰用途的理由是显而易见的。镀铝膜和镀铝纸光亮的表面给予包装无比的货架吸引力,这正是包装设计者所长期关注的。在金属化膜上印刷透明油墨给出了极明亮的效果,并给予产品包装一个高质量的外形。现在全息模压膜已应用于包装,大量地作为标签来增加视觉效果。同样地模压的金属化纸在多方面进入了市场,应用于包装及礼品包装。在功能方面,大量使用金属化材料是由于它们的阻隔性能,但是还有其他的功能用途如用作电子元件的防静电包装。
     对于阻隔包装,四个方面的性能必须考虑:
     气体阻隔性:通常用氧气透过率表示,测量为CC/m2/24h。
     水汽透过率:用WVTR表示(也有表示为MVTR), 测量为g/m2/24h。
     香味阻隔性:通常和气体阻隔性等同。
     光线阻隔性:特别是在紫外光谱段。
     不同的食品和其他的包装产品有不同的阻隔要求,可能需要上面提出的阻隔要求中的一项或几项。
     金属化薄膜的加工过程提高了此薄膜对气体和水汽的阻隔性能,但不是给予最终的阻隔性,比如金属化PET的阻隔性和金属化PP就是不同的。但是对于光线的阻隔显然直接取决于金属镀层的厚度,与基材无关。表4给出了一些常用包装薄膜的透过率数据。
     
     目前金属化纸一般不提供任何的阻隔性能,当然光线阻隔是肯定的。在此方面正在进行一些研发,对包装者具有吸引力。
     本文没有详细地讨论卷状镀膜基材的阻隔性能或金属化薄膜和纸的其他性能。简要关注附着力和抗弯曲性这两个在软包装中的重要参数。
     通常包含镀铝薄膜的包装复合膜需要一个对应用有足够的层间结合强度。但是在这样的复合膜中的薄弱点是在铝和聚合物的界面上,在包装应用中这非常关键,在经过特别处理的聚合物表面金属化可以改善层间结合强度,最近有消息说含有金属化CPP的复合膜已经达到了极高的结合强度。
     在铝层厚度为200~500时,金属层足以可塑,金属化薄膜将可经受弯曲而不显著失去阻隔性,性能要比铝箔好。虽然对于透明阻隔薄膜到现在为止有了点经验,但是也有人认为对于750~1000的SiOX镀层的弯曲龟裂性能是有问题的,对于AlOX的镀膜,使用较薄的镀层到200~500,可以减少此类材料弯曲龟裂的可能性。
     三、经济性
     如上所述,现在用于包装的绝大多数卷状镀膜材料是用蒸发镀铝的塑料薄膜和纸。这种金属化加工过程是提供包装装饰效果或包装材料阻隔性能非常经济的方法。
     在今天包装领域所用的卷绕镀膜设备是高速运行的设备,典型的镀膜速度达600m/min以上,高度自动化,镀膜过程自动控制。设备的镀膜宽度可超过4m。两种典型基材镀铝的成本和产量数据在表5中给出。
     
     注:以上数据按24h/天,7天/周运行计算。成本包括设备折旧以及所有的运行成本,但不包括基材。
     四、展望将来
     在考虑包装工业用卷状镀膜材料新的发展时,必须完全了解用户特别是食品公司的要求,意识到所有包装产品增长的需求,包括膜卷镀膜种类,并应尽可能环保。不清楚了解这两个基本要求,卷绕镀膜工业将处于危险的发展。
     1、设备和加工过程的发展
     设备的发展包括蒸镀系统、控制系统、卷绕系统等,现在各设备制造厂家都正在进行中。电阻蒸发的改进,电子束蒸发,溅射和等离子体沉积技术都已有报道。
     由于基材薄膜变薄,使得材料有时更加热敏感,基材的热负荷成了限制卷绕镀膜设备速度性能的显著因素。对特别薄的薄膜和纸高质量地卷绕镀膜的高速度卷绕系统现在已经问世。监测系统和闭环控制的发展已经显著地改进了在高镀膜速度和宽薄膜宽度时非常均匀的镀层。
     2、透明阻隔薄膜
     近年来透明阻隔镀膜得到了很大的关注。常规的镀铝材料和透明阻隔镀层材料的比较在表6中给出。对于一些特别的用途,要求包装内容可见或可微波加热,并不需要光线阻隔时,透明阻隔薄膜有它的市场发展机会。这样的例子是在日本市场上出现的货架摆放稳定且可微波加热的食品,另外是替代不环保的PVDC涂布PET以及其他用于MAP和CAP包装盖材薄膜。
     
     由表6可见,氧化铝镀层具有和氧化硅镀层类似的阻隔性能,并且有特殊的优点,可以和镀铝接近的线速度生产,因而在价格上仅比镀铝稍高。
     1、阻隔的金属化纸
     这种产品目前还不存在。但是有关单位正在进行试验生产这样的产品。这是非常有意义的创新。纸张视为比薄膜更为环保的产品,尽管大量的镀铝纸用于包装,除了阻隔光线外无疑是利用它的阻隔性能。一旦在这方面取得成功,和许多包装采用的不环保的铝箔和纸的复合膜相比有非常显著的优点,从而进行替代,肯定会大大增加卷状镀铝纸的用量。
     2、环境考虑
     软包装特别是塑料包装已经受到政府和公众大量的评论,压力正在增加。由于各种原因,废弃物焚烧是一种不能接受的方法。因此,对包装材料驱动的环境力量首先是能源和资源效率高的材料,然后是可再生。
     表7给出了生产某些包装材料所需的能源,展示出了卷绕镀膜塑料薄膜的效率。
     
     对于阻隔包装,还没有薄膜生产厂家开发出可以满足许多食品包装需求的高阻隔可热封的单层聚合膜,因此大多数包装薄膜都是复合物材料。
     不含真空卷绕镀膜的复合物常常采用的材料是不能再生的复合材料,主要是含铝箔的复合材料。复合材料纸/PE/铝箔/PE理论上能再生,但现在所建议的处理过程很费钱,且本身在环保方面是不健全的。对于采用镀铝的真空卷绕镀膜复合材料,在常规的镀铝膜情况,金属层厚度比所用的塑料薄膜薄200倍(作为对比,铝箔厚度和塑料薄膜是同一个数量级),因而整个复合材料在许多情况可以再生。现在在美国至少有一个生产VMPET/PE复合产品的供应商是在采用复合过程中的边料和废料碾碎后挤出的薄膜。这种PE薄膜可能至少包含20%的再生复合物(约5%的VMPET)。得到的薄膜是不透明的,但是在PE/VMPET/PE三层复合中作为外层使用, 在性能方面没有任何明显的降低。
     对于镀铝纸来说,产品再生目前已经得到了普遍的使用。此外相信前面所提到的新高阻隔镀铝纸将也是可以再生的。
     镀氧化硅和氧化铝的透明阻隔薄膜也可以采用和镀铝膜差不多的方法再生。当再生料用作挤出薄膜的用途时,由于没有像印刷油墨等材料的污染,镀氧化硅和氧化铝膜再生料所生产的薄膜应该比镀铝膜相对透明。
     但是必须指出,除了卷绕镀膜外确定包装复合物再生能力的方向更加重要。决定性的方向是所用材料的性质和各种聚合物的相容性。比如PP和PP的复合膜是可以再生的,薄的PET和厚的PE复合膜也许也可以再生,PET、EVOH和PE的复合膜也许不能,含有纸和铝箔或薄膜和铝箔的复合物也不能。印刷油墨的量和型号以及所用的复合胶水也起着重要作用。表8给出了各种包装材料再生能力的定性比较。
     
     五、结论
     在包装领域卷绕镀膜是一个有活力及增长的工业产品。环境对于包装的挑战意味着对卷绕镀膜的挑战。但是,这种挑战是一个巨大的机遇,极大地与卷绕镀膜可以镀极薄的镀层而不妨碍所用材料的再生能力,又给予基材阻隔性能这个事实有关。的确,在一些例子中利用卷绕镀膜可以使一些复合物例如具有高阻隔的镀膜PP和印刷PP复合,从而替代那些包含不同材料的不理想复合膜。
     对于镀铝薄膜的一个危险来自于不知情的消费者,把镀铝膜和铝箔混为一谈,无知地指责镀铝材料。对于这一点,有关的行业协会应该多做宣传普及教育公众的工作。

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