包裝材料學(xué)十一章復(fù)合包裝材料第一頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日第十一章復(fù)合包裝材料第一節(jié)概述第二節(jié)復(fù)合薄膜和軟包裝復(fù)合材料第三節(jié)其他復(fù)合包裝材料第四節(jié)小節(jié)第二頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)概述第三頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日概念:復(fù)合包裝材料指一切雙（或多）組分形成的結(jié)構(gòu)體，即多層(2層以上)經(jīng)有效（物理、化學(xué)、機(jī)械等）結(jié)合而成的。注意復(fù)合包裝材料的復(fù)合成分是自成獨(dú)立的材料組分。第四頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日一.復(fù)合包裝材料的組成基材層合粘合劑封閉物及熱封合材料印刷與保護(hù)性涂料第五頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日1.常見基材紙張玻璃紙鋁箔及蒸鍍鋁材料尼龍取向尼龍BOPPBOPET共擠塑包裝材料層合粘合劑溶劑型和乳液型熱塑性和熱固性擠塑粘合劑蠟及蠟混合物第六頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日用蠟或聚偏二氯乙烯涂布的加工紙和防潮紙廣泛地用于糖果、快餐、小吃和脫水食品的包裝。印刷精美、用聚乙烯貼面的紙復(fù)合材料在包裝和其他領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。紙張紙張價(jià)格低廉、種類齊全、便于印刷粘合，能適應(yīng)不同包裝用途的需要，在層合材料中廣泛地用作基材。第七頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日玻璃紙PVDC/紙/PVDC/劑/PVDC/紙/PVDC用于立式成型－充填－封合的糖果包裝。如果上述結(jié)構(gòu)中的粘合劑使用PE，則它能形成高強(qiáng)度的氣密性封合，廣泛用于充氣包裝，干粉產(chǎn)品、葵花籽、藥片等產(chǎn)品。第八頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日鋁箔及蒸鍍鋁材料阻隔層表面閃光和良好的印刷適性，且能保持食品的風(fēng)味，對(duì)光空氣水及其他大多氣體和液體具有不滲透性，可以高溫殺菌第九頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日尼龍與取向尼龍（ON）尼龍的潮氣阻隔性差但阻氧性能較高。這種層合結(jié)構(gòu)常用來包裝鮮肉及塊狀干酪。經(jīng)過取向的尼龍能夠提高抗拉強(qiáng)度和氧氣阻隔性、減小延伸性和降低熱成型性。取向尼龍也具有極好的抗戳穿強(qiáng)度，因此它常用作層合結(jié)構(gòu)中的外層組分。第十頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日BOPP是層合軟包裝中使用最廣的塑料薄膜材料。

——良好的阻隔功能（經(jīng)PVDC涂布）

——有熱封合性

——可背面印刷

——可與其他材料共擠塑，形成多種基合結(jié)構(gòu)BOPP雙向拉伸熱定型聚丙烯第十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日BOPET雙軸取向熱定型聚酯

外層組分具有耐熱性、良好的光學(xué)性能和阻氧性，對(duì)于要求防潮又要充分保香的如茶葉、咖啡、奶粉等用BOPET復(fù)合膜，包裝效果好。

第十二頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日共擠塑包裝材料（主要是PE、PP）成本低、適應(yīng)性廣、易加工。LDPE、LLDPE：優(yōu)良的韌性和熱封性。HDPE：隔濕性及加工性。PP：取向拉伸可得到高沖擊、高勁度性能。第十三頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日2.層合粘合劑將兩層材料粘合為一體的膠粘劑，使被層合材料具有“可潤(rùn)濕性”（1）溶劑型及乳液型（2）熱塑型及熱固型第十四頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日（3）擠塑粘合劑（雙重作用——粘合劑與層合材料）（4）蠟及蠟混合型（雙重作用：表面上光及自粘層）（5）其他粘合劑——預(yù)制型（熱壓PVDC、蠟涂鋁箔）第十五頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日3.包裝封閉物及熱封合材料即有形的熱粘合膠材封閉方法熱封合冷封合粘合劑封合第十六頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日熱封合是利用多層結(jié)構(gòu)中的熱塑性內(nèi)層組分，加熱時(shí)軟化封合，移掉熱源就固化。封閉物及封閉材料指在層合中具有一定形狀合厚度的材料，如塑料熱合層，而單一的液體粘合劑則不屬于常見的有過塑復(fù)合或覆膜第十七頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日

保護(hù)印刷表面、防止卷筒粘連、光澤、控制摩擦系數(shù)、熱封合性、阻隔性等。4.印刷與保護(hù)性涂料主要有油墨、上光劑及印后的覆膜層第十八頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日二.復(fù)合包裝材料制造技術(shù)復(fù)合制造技術(shù)指：將上述4種組成材料復(fù)合成一體的技術(shù)方法第十九頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日1.層合濕法粘合層合干法粘合層合熱熔式壓力層合第二十頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日也稱濕式復(fù)合濕法粘結(jié)層合使用液體膠粘劑——將在基材上后馬上復(fù)壓上第二層材料干法粘結(jié)層合也稱干式復(fù)合需先蒸發(fā)掉溶劑使用溶劑型膠粘劑的熱型樹脂——聚醋酸乙烯丙烯酸酯第二十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日熱熔或壓力層合利用熱熔粘合劑將兩種或多種基材在加壓下形成多層復(fù)合材料的方法叫熱熔或壓力層合。第二十二頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日2.擠出貼面層合在基材上擠出一種樹脂液體涂布其上3.擠出塑層合將兩層不同樹脂經(jīng)擠出后復(fù)合冷卻成一體第二十三頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日三.復(fù)合包裝材料的發(fā)展1、環(huán)保型材料的發(fā)展2、復(fù)合包裝材料向薄型化發(fā)展3、復(fù)合基材日益多樣化4、復(fù)合包裝專用功能化發(fā)展5、復(fù)合包裝高功能化發(fā)展6、包裝袋向特、奇、新、展示性、方便性方向發(fā)展第二十四頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié).復(fù)合薄膜和軟包裝復(fù)合材料第二十五頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日一.層合復(fù)合軟包裝材料結(jié)構(gòu)與性能1.復(fù)合包裝材料的結(jié)構(gòu)及表示方法復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖（圖11-1)

見圖11-1結(jié)構(gòu)圖示紙/塑（PE）/鋁箔/塑（PE）第二十六頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D中各層性能與作用：紙——外層，可印刷，用作包裝傳遞與保護(hù)聚乙烯（PE）粘合劑——將紙與鋁箔層合鋁箔——阻隔（光和一些氣體）保護(hù)作用聚乙烯（封口層）——用于制袋時(shí)的封合封口第二十七頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日2.層合包裝材料的性能層合包裝材料應(yīng)根據(jù)所包裝產(chǎn)品的要求的目的而具備性能1）均一性——實(shí)現(xiàn)層合的效果2）性能間的互補(bǔ)——取長(zhǎng)補(bǔ)短（層與層間）3）層合材料性能順序性——內(nèi)、中、外的選擇第二十八頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日4）氣味阻隔5）光線的阻隔6）機(jī)械性能的穩(wěn)定和持久7）特殊性能要求——產(chǎn)品的要求，如保香、保濕等第二十九頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日二.復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)1.阻隔性樹脂習(xí)慣上，把氧的滲透系數(shù)＜38.9cm3·μm/m2·d·kPa（23℃）的樹脂叫阻隔型樹脂。PE－EVOH、PVDC、PAN、EVOH、PA第三十頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日2.復(fù)合膜層間布置結(jié)構(gòu)如外層（印刷、覆膜）、阻隔層、粘合層、熱封層...對(duì)擠出層合（共擠樹脂膜）有如下幾種結(jié)構(gòu)

1）單一樹脂結(jié)構(gòu)

2）不對(duì)稱樹脂結(jié)構(gòu)（品種的不對(duì)稱、厚度的不對(duì)稱）

3）對(duì)稱結(jié)構(gòu)（品種的對(duì)稱、厚度的對(duì)稱）第三十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日主要復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特征與用途結(jié)構(gòu)用途

BOPP/CPEBOPP/CPP(BOPP/PVDC/CPP)BOPP/OPP珠光膜BOPP/OPPNY/CPE,PVDC/NY/CPEPET/CPP,NY/CPP,PET/NY/CPPPET/AL/CPP,NY/AL/CPPPET/AL/CPP,NY/AL/CPPBOPP/PET,VM/CPEPET/AL/PET/CPE,PET/AL/NY/CPEPET/CPE,PET/AL/CPE,PET/CPP,PET/AL/CPPNY/PET,VM/PEPET/PE,NY/PE(PET/CPP),NY/CYAPET/PET,VM/CPEBOPP/珠光膜/CPP方便面、餅干、洗衣粉等餅干、干燥食品、糖果雪糕、糖果膨化食品麥片、茶葉、陳皮等畜肉加工品、火腿、雞臘腸等高溫加熱食品高溫蒸煮食品（熟肉制品）膨化食品、加工肉食、魚干片奶粉、咖啡、醫(yī)藥包裝粉劑酵母類食品、醫(yī)藥需巴氏消毒處理食品、飲料等油炸類食品冷凍食果醬、液體物、醫(yī)械包裝膜、洗衣粉及日化包裝液體物、化妝品、洗發(fā)水膨化類食品、薯片、蝦片等第三十二頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日三多層復(fù)合包裝材料的阻隔性利用氣體的擴(kuò)散速率分析（由菲克擴(kuò)散與亨利定律條件下）得出：氣體穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散速率：

1、多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的滲透性式中：J為氣體擴(kuò)散率；D為擴(kuò)散系數(shù)；（11-1）第三十三頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日為氣體沿滲透方向的滲透濃度梯度如果假設(shè)D與濃度C無關(guān)，由（11-1）式得(11-2)其中：是在表面1和2上的擴(kuò)散物質(zhì)濃度；L為膜厚。第三十四頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日如果氣體或蒸氣在膜中的溶解服從亨利定律，則（11-2）式可改寫為（11-3）式中：S是溶解度系數(shù)；P是滲透系數(shù)；是擴(kuò)散氣體在膜兩側(cè)的分壓。

（11-4）常把稱為擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力第三十五頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日該式表明，透過薄膜的穩(wěn)態(tài)氣體擴(kuò)散速率與擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力成正比與膜厚L成反比。對(duì)于n層復(fù)合膜，透過每一層的擴(kuò)散速率相等，并都等于總的擴(kuò)散速率，而使氣體擴(kuò)散的總驅(qū)動(dòng)力為每層的擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)之和即：（11-5）第三十六頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日則有

（11-6)為每層膜的滲透系數(shù)整理(11-5)和(11-6)有：第三十七頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日上式可寫成：公式語言表達(dá)：擴(kuò)散速率J與膜厚成反比，與溶解度系數(shù)P和擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力成正比。一個(gè)是擴(kuò)散物濃度，一個(gè)是擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力。任取一個(gè)作比較（依已知條件）。下面我們舉例說明（11-8）式的應(yīng)用。第三十八頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日設(shè)某包裝膜由5層結(jié)構(gòu)組成：聚乙烯/粘合劑/乙烯-乙烯醇/粘合劑/聚乙烯，在這個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)中有3種不同的高分子材料，他們的透氧系數(shù)分別為聚乙烯（d=0.96）乙烯-乙烯醇黏合劑（改性聚烯羥）以上數(shù)據(jù)單位分別為：（P：L：）第三十九頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日=（11-10）解得P=0.777，即5層結(jié)構(gòu)總的滲透系數(shù)為0.777.由上述計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于889μm厚的復(fù)合材料來說，透氣率為0.777/889=0.00087，其阻隔性能幾乎完全有76.2μm厚的乙烯-乙烯醇阻隔層決定，阻隔層的透氣率為0.066/76.2=0.00087.復(fù)合結(jié)構(gòu)的其余部分，只起到載體作用。第四十頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日

上述分析并未考慮溫度影響，實(shí)際上溫度和濕度都會(huì)有影響，一般t攝氏度上升，滲透系數(shù)迅速增大，有如下式：

2、溫度變化對(duì)滲透性的影響式中：

是一個(gè)與溫度無關(guān)的系數(shù)；

是滲透活化能；第四十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日R是氣體常數(shù)；T是絕對(duì)溫度。擴(kuò)散系數(shù)和溶解度系數(shù)有類似的關(guān)系：式中：

是擴(kuò)散活化能；

是溶解熱。第四十二頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)照上面公式,有：（即滲透活化能=溶解熱+擴(kuò)散活化能）由上述公式，談?wù)揚(yáng)隨溫度的變化情況。（1）溫度上升，滲透系數(shù)增大.（2）對(duì)于等非凝聚性氣體，大多數(shù)氣體滲透都遵循P隨溫度上升而增加的規(guī)律。(3)對(duì)于可凝聚氣體，如水蒸氣，有機(jī)化合物蒸氣等，為負(fù)值，為正值，P的變化復(fù)雜（當(dāng)P不受溫度影響）。DE第四十三頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日

3.相對(duì)溫度變化對(duì)滲透性的影響。

對(duì)某些多層復(fù)合包裝材料（如乙烯-乙烯醇共聚物為阻隔層），透氧性還與溫度（相對(duì)）有關(guān)。

即：相對(duì)溫度上升，透氧量增加，阻隔性能降低。

對(duì)于一個(gè)由多層構(gòu)成的復(fù)合材料，位于第i層的阻隔層的相對(duì)濕度可由下式求得：(11-16)第四十四頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日式中：為第i層的相對(duì)濕度（i的數(shù)目從外層算起的層數(shù)）；

為外部環(huán)境的相對(duì)濕度；

為內(nèi)部環(huán)境的相對(duì)濕度；N為層數(shù)；A為水蒸氣透過率（MVTR)/厚度。第四十五頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日上式的應(yīng)用舉例：設(shè)一個(gè)多層復(fù)合包裝材料的結(jié)構(gòu)為：LDPE/紙/粘合劑/EVOH/粘合劑/PP/離子鍵樹脂考慮到粘合劑層很薄，而紙又不是阻隔性材料，所以對(duì)氣體阻隔有貢獻(xiàn)的結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化為：LDPE/EVOH/PP/離子鍵樹脂阻隔性樹脂EVOH位于i=2層。如果該包裝外部環(huán)境的相對(duì)濕度（P0）為65%，而內(nèi)部環(huán)境的相對(duì)濕度（P4）100%時(shí)，為計(jì)算阻隔層的相對(duì)濕度可先列出如下數(shù)據(jù)：第四十六頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日多層結(jié)構(gòu)材料LDPEEVOHPP離子鍵樹脂層數(shù)（i）1234厚度（μm）16.57.6238.112.7水蒸氣透率（g/m2）18.658.910.737.2A1.137.730.2812.93將上列數(shù)據(jù)代入式（11-6），經(jīng)過運(yùn)算得到阻隔層的相對(duì)濕度為71.8%。第四十七頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)其他復(fù)合包裝材料第四十八頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日最早的在80年代日本出現(xiàn)蒸鍍SiOx薄膜,又稱為GT膜或氧化硅涂覆膜。該膜類似與鍍鋁膜，具有:透明，高阻隔，軟性，耐熱耐侵蝕，易回收，無污染一.無機(jī)氧化物鍍覆薄膜第四十九頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日

1.技術(shù)現(xiàn)狀技術(shù)特點(diǎn)（原理）硅蒸鍍膜是利用SiOx

在真空中蒸鍍形成微米級(jí)薄膜

SiOx中的x為1.5~1.7，SiOx集成片狀，蒸鍍速度慢，干法層合

SiOx基材（PE等）接觸易裂紋，使氣密性能下降．第五十頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日方法蒸鍍法、淀積法——化學(xué)淀積（CVD）和物理淀積（PVD）。將液態(tài)有機(jī)硅在反應(yīng)室內(nèi)氧化反應(yīng)后在PET上形成SiO2膜。SiO2

鍍膜可用于的鍍膜

其他第五十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)：塑料膜＋SiOx＋塑料膜蒸鍍SiOx基材：PET、LDPE、OPP、ON等。復(fù)合膜：PP、PS、PA等。含SiOx蒸鍍復(fù)合材料的阻隔性

2.結(jié)構(gòu)與性能：第五十二頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日

性能：與用PVDC作阻隔層的復(fù)合材料相比，GT薄膜復(fù)合材料的透氣性受溫度影響較小。第五十三頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日

３.前景GT薄膜是鋁箔復(fù)合材料的理想替代品。由于它非常薄，不會(huì)嗇包裝廢棄物回收的困難。廣泛用于干燥食品及水分高的食品或液體食品；

藥劑、化妝品等產(chǎn)品的熱封或冷封的外包裝；還可以用于牙膏、調(diào)味品、一次性醫(yī)用包裝及各種工業(yè)品、化工產(chǎn)品的復(fù)合包裝。第五十四頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日二．多層復(fù)合塑料容器

使用強(qiáng)度好而且成本低的塑料以滿足機(jī)械強(qiáng)度方面的要求，而用阻隔性能好價(jià)格貴的樹脂作阻隔層。思路：

多層塑料瓶第五十五頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日阻水蒸汽的:聚乙烯、聚丙烯、PVDC。阻氧的：尼龍、聚酯、聚氯乙烯。應(yīng)用最多的阻隔樹脂：乙烯-乙烯醇、丙烯酯、PVDC也有用阻氧與阻濕合用。

阻隔層第五十六頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日制造容器主體的樹脂，如PE、PP、PVC、PS等

粘合材料

結(jié)構(gòu)層樹脂EVOH為阻隔層的多層瓶常用作農(nóng)藥及藥品包裝。對(duì)飲料中的香精油等物質(zhì)吸附極少，故也廣泛用作桔汁飲料的包裝。

應(yīng)用舉例第五十七頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日HDPE/改性PE/EVOH/改性PE/HDPEHDPE/改性PE/EVOH/改性PE/EVOH

PET單層瓶：用作汽水、礦泉水、茶等飲料的包裝。

PVDC涂覆PET瓶、PET/MXD6（尼龍）：易氧化的葡萄酒、啤酒等。

PET/EVOH/PET/EVOH/PET5：灌裝蕃茄醬。

聚萘二甲酸乙二酯（PEN）：替代PET，氣密性及耐熱性均優(yōu)，但價(jià)高。第五十八頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日

2.層合軟管多層復(fù)合材料（多達(dá)10層）擠出制取的軟管。多層復(fù)合材料（多達(dá)10層）擠出制取的軟管。工藝為：片材制管半成品的裝料封口。用途：化妝品、牙膏和藥膏等第五十