第四节　包装用复合薄膜示例

由多层不同的材料叠加而成的复合薄膜，通过不同材料间的性能间的增效效应及互补，可以大幅度提高薄膜的性能并可开发出各种实用性好、价格适中的功能性薄膜。本节拟以示例的形式介绍一些与干法复合及无溶剂复合有关的高阻隔功能性包装薄膜。

在我们生活的自然环境中，大气中存在有氧气、二氧化碳和水蒸气等物质，它们既是人类赖以生存的必要条件，然而也是引起众多物质破坏、变质的常见因素，特别是氧气和水蒸气，常常是商品（尤其是食品、药品之类的商品）储存中腐败变质的重要因素。由于氧气、二氧化碳和水蒸气等成分的存在，或者通过物理作用，或者通过化学作用，或者通过生物作用，或者通过物理、化学及生物的综合作用，导致商品变质的事例比比皆是。例如干燥食品，因吸水（受潮）而软化，丧失脆性；油炸食品（其中的易氧化成分）因氧化而“酸败”；氧是许多好氧菌赖以生存的必要条件，氧的存在，常常会导致细菌的快速繁殖，成为引起食品腐败变质的常见原因，加工肉类食品因细菌繁殖而腐败，都是这方面最具代表性案例。对于上述种种事件的抑制与避免，要求袋装商品在选用软包装材料时，尽可能地采用具有良好阻隔性的材料，以便包装袋内，形成一个与大气环境很好隔离的、不易导致商品变质的独立空间，确保袋中所包装的物品，不受（或少受）大气环境的影响，于是开发、应用阻隔性薄膜的工作应运而生。

自然环境中，对各种物质变质，影响最大的因素有大气中水分、氧气及其浓度等，其次是二氧化碳，然而由于在软包装领域中常见的聚烯烃类塑料，诸如聚乙烯、聚丙烯等，对水蒸气和水都具有良好的阻隔性，因此通常所关注的阻隔性，主要是包装材料对氧气、二氧化碳以及氮气等非极性气体以及油类物质的阻隔性能，所讲的阻隔性也一般泛指材料对氧气和二氧化碳等非极性气体以及油类物质的阻隔性能。严格地讲，软包装材料的阻隔性，不仅仅包括对氧气、二氧化碳等非极性气体以及油类物质的阻隔性，还应考查它对水蒸气的阻隔性，此外还有它对芳香类气体的阻隔性等。

1.软包装材料阻隔性表征与分类

软包装材料对于气体的阻隔性，以在一定条件下，每平方米、每天（24h）通过的气体体积（mL）——气体透过量予以描述（简称透气量）。阻隔性薄膜的气体透过量越小，其阻隔性越高，反之软包装材料的气体透过量越大，其阻隔性差。

按照薄膜的透氧性的不同，可将薄膜粗略地分为三类：

①阻隔性薄膜［厚度为2.54μm的薄膜，透氧性≤5mL/（m2·24h·0.1MPa）］；

②隔性（中阻隔性）薄膜［厚度为2.54μm的薄膜，透氧性在5～200 mL/（m2·24h·0.1MPa）之间］；

③阻隔性（非阻隔性）薄膜［厚度为2.54μm的薄膜，透氧性>200 mL/（m2·24h·0.1MPa）］。

按照上述分类原则，常用的薄膜中，属于高阻隔性的主要有EVOH及其复合材料、芳香尼龙MXD6及其复合材料、PVDC及其复合材料、含铝箔层的复合材料、含高阻隔涂层的复合材料（包括含PVDC涂层、PVA涂层、EVOH涂层等）以及含高阻隔蒸镀层的复合材料（包括含蒸镀铝层、蒸镀氧化铝层、蒸镀氧化硅层等的材料）；中阻隔性薄膜主要有尼龙、涤纶及其复合材料等。

按薄膜对于水蒸气的阻隔性，以在一定条件下，每平方米、每天（24h）通过的气体质量（g）——透湿量予以描述。按照薄膜的透湿性的不同，也可将薄膜粗略地分为三类：

①阻隔性软包装材料［厚度为2.54μm的薄膜，在23℃、65％RH条件下，透湿性≤2g/（m2·24h）］；

②阻隔性薄膜［厚度为2.54μm的薄膜，在23℃、65％RH条件下，透湿性2～20g/（m2·24h）］；

③阻隔性（非阻隔性）薄膜［厚度为2.54μm的薄膜，在23℃、65％RH条件下，透湿性>20g/（m2·24h）］。

国家标准GB/T5048防潮包装中，从实用的角度出发，不考虑包装薄膜的厚度，只考虑薄膜的透湿度，把（40±1）℃、相对湿度80％～92％条件下，透湿量<15g/（m2·24h）的称为3级防潮包装薄膜；<5g/（m2·24h）的称为2级防潮包装薄膜；<2g/（m2·24h）的称为1级防潮包装薄膜。≥15g/（m2·24h）的则被排斥在防潮包装薄膜之外。

2.阻隔性复合薄膜的具体示例

多层结构的复合薄膜，是阻隔性塑料软包装材料的常用结构；而采用胶黏剂将两种膜状材料黏合制取复合薄膜的干法复合、无溶剂复合，是制造阻隔性复合薄膜最常应用的复合工艺之一。

（1）含铝箔的高阻隔性薄膜——蒸煮袋用薄膜　常见的含铝箔的高阻隔性薄膜有BOPA/Al/CPP、BOPET/Al/CPP及BOPET/BOPA/Al/CPP、BOPET/Al/BOPA/CPP等几种结构，上述结构的复合薄膜，由于有铝箔层的存在，具有极好的阻隔性；铝箔、BOPA、BOPET、CPP等材料均具有优良的耐高温的性能，当胶黏剂选择得当，制得的复合薄膜可应用于121℃及135℃的高温蒸煮灭菌（目前多通过干法复合制造）。铝塑型蒸煮薄膜所包装的蒸煮食品，被人们誉之为“软罐头”，由于食品经过高温灭菌处理，且包装袋具有很高的阻隔性，能有效防止大气中的氧进入袋中，因此蒸煮食品具有特别长的货架期（保质期可达半年以上或更高）。蒸煮薄膜的物理力学性能如表1-41所示［14］。

（2）含PVA涂层的阻隔性包装薄膜　PE薄膜是目前价格最便宜使用量最广的塑料薄膜之一，PE薄膜本身的防潮性好，但阻氧性很差，PE薄膜通过涂布PVA改性之后，不仅具有优良的防潮性能，阻隔氧气的性能也大幅度提高，但PVA的耐湿性差，如果PVA涂层暴露在空气中，直接与大气接触，PVA会吸收空气中的水蒸气，在吸湿后，阻隔氧气的性能会大幅度降低；在PVA的涂布面，复合一层PE薄膜，还可以进行里印，改善印刷效果，复合后PVA涂层两侧均受到PE层的保护，即使在潮湿的环境中，也能具有优良的阻隔性能。

示例：黑白PE（75μm）/PVA涂层/油墨印刷层/胶黏剂/透明PE（23μm）的复合薄膜，透氧率可低达1cm3/（m2·24h·0.1MPa）左右，它作为一种高阻隔性包装材料，以其低廉的价格、优异阻隔性能和良好的环境保护适应性十分引人注目，是一种性价较好，竞争力较强的新产品，值得我们高度关注。黑白PE（75μm）/PVA涂层/油墨印刷层/胶黏剂/透明PE（23μm）膜的物理力学性能见表1-42。

应用黑色的PE基膜，具有良好的遮光效果，有效地防止紫外线对内容物的危害；

如采用本色的薄膜为PVA的涂布基膜，则最终的复合薄膜不仅具有极佳的阻隔性，而且具有良好的透明性。

（3）含氧化硅（SiOx）蒸镀层的高阻隔复合薄膜　在塑料薄膜的表面，蒸镀一层薄薄的氧化硅，可以得到一种高透明的高阻隔性薄膜，而且其阻隔性受温度的影响较小，即使在高温条件小下，仍保有很高的阻隔性。含SiOx蒸镀层的阻隔性包装薄膜的透氧及透湿性能见表1-43。

蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜的一些特性表述如下。

①阻隔性与涂层膜厚有关。蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜SiOx蒸镀层的厚度低于50nm时，阻隔性随着涂层厚度的增加而增加，当SiOx蒸镀层的厚超过50nm后，薄膜的阻隔性能基本保持不变，趋于一个定值。

②阻隔性与蒸镀涂层的组成及构造间的关系。蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜的蒸镀涂层，是Si3O4、S2O3和SiO2等物质的混合物，可用SiOx表示，通常SiOx中x的值控制在1.5～1.8之间。SiOx阻隔性包装薄膜的阻隔性能，随着SiOx的x值的增大而减小，同时膜层的颜色随着x的增大而变得更加无色透明，当x值达到2时，阻隔性能最差，镀SiOx层完全无色透明［23］。

③阻隔性与环境温度间的关系。通常有机聚合物的物质透过率对温度的依赖系数较大，随着温度的上升，其阻隔性显著下降，与此相反，无机物的温度依赖系数较小，阻隔性的变化比较小，即使在高温情况下，氧化硅蒸镀膜也表现出极优良的阻隔性，因此作为蒸煮包装薄膜的基材使用具有独到的优势。

④蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜的蒸煮性。蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜镀层具有良好的耐高温性能，而且镀层与基膜间的结合牢度高（特别是化学蒸镀产品），PET等耐高温基材的蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜，可以用于蒸煮薄膜的基材使用，但要获得好的使用效果，只须注意与之配伍的热封层基膜和黏合剂的选择。

首先由于在蒸煮过程中，氧化硅镀膜会受到与之配伍的其他材料（黏接剂，热封薄膜等）热膨胀所产生的应力作用，这种应力绝对不能超过镀膜的强度，否则会引起涂层的破坏，因此与之配伍的基材，应当具有和它的相当的热膨胀系数。在基材具有相当的膨胀收缩量时，刚性的大小也应该作为主要因素加以考虑，应当选择杨氏模量小的基材。表1-44列出了蒸煮条件下，膨胀收缩及杨氏模量不同的几种市售的蒸煮用CPP热封膜，与蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜（GT薄膜——基膜为聚酯薄膜的蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜）配伍，制得的蒸煮薄膜，蒸煮后薄膜阻隔性的变化。表1-44中CPP薄膜的膨胀收缩量数据，是GT薄膜膨胀量为100时的相对值。从表1-44中所列的、蒸煮后的氧气透过性可以看出，B型CPP薄膜与GT薄膜的膨胀收缩量相近，杨氏模量也比较小，使用它作为热封层时，蒸煮时薄膜的阻隔性下降较小，作为蒸煮薄膜的热封层，是比较适合的。

①杨氏模量：125℃下的值（用TMA测定）。
②CPP变形：蒸煮中的拉伸（这是将GT膜的拉伸作为100时的相对值）。
③氧气透过性：mL/（m2·24h），（室内条件25℃，100％RH）（125℃蒸煮20min后）。

除了注意选用配伍的热封层基材外，还需要注意黏合剂的影响。蒸镀型氧化硅阻隔性包装薄膜与热封层经干法复合（原则上也可考虑应用无溶剂复合）制造蒸煮薄膜时，希望黏合剂在蒸煮过程时比较柔软，以便在其他材料的变形传到蒸镀膜时，起到一个缓冲的作用，常用的聚氨酯系列的蒸煮型黏合剂，对氧化硅蒸镀膜也可以表现出极优良的阻隔性，可在小样试验认证之后应用。