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高阻隔性薄膜的解决方案

随着社会的发展与进步, 人们生活质量得到不断改善, 对各种塑料包装薄膜性能的要求也越来越高, 如鲜牛奶膜、肉类保鲜膜等等, 高阻隔性薄膜的加工技术也一直是业界所关注的热点。本专题收集了近期挤出吹膜及包装应用新技术和解决方案。

英国 PCI 薄膜制品国际商业咨询公司的董事长 Simon King 对外界透露, 欧洲市场每年对高阻隔性及极杭州高阻隔性软包装薄膜的需求量大约在13 万吨左右。他明确把这类高阻隔性薄膜产品定义为: 氧气透过率要低于 5 cm3 / m2/ 24h(r ASTM D3985 测试标准) , 湿气透过率要低于 5 g / m2/24hr( ASTM F1249) 。在过去 5 年里,欧洲市场对高阻隔性塑料薄膜的需求年平均增长率超过 10%, 今后几年内都将保持在这一水平上。同时, 透明性薄膜需求量的持续增长, 在几种主要产品品种上已对传统的铝箔阻隔性包装材料构成了挑战。

在欧洲高阻隔性薄膜制品市场当中, 透明塑料薄膜制品占其中 60%左右的销售份额, 这当中又以 EVOH 共挤薄膜占主导地位, 其余的部分制品有不透光薄膜、PET 金属化薄膜及BOPP 薄膜等。

2005 年 2 月,《欧洲塑料》杂志社在德国杜塞尔多夫组织举办了首届“阻隔薄膜专题研讨会”。King 董事长在会上发表演讲, 他认为, 绝大部分的高阻隔性薄膜制品的应用目标, 就是要占领目前铝复合膜的市场份额, 由此产生了单一最高阻隔性软包装制品解决方案的议题。

目前, 欧洲阻隔性软包装消费产品中, 铝复合膜每年的消费量达数10 万吨。King 并不同意铝复合膜制品的消费量不久将会下降的看法, 但认为市场上会涌现出更多单纯采用聚合物加工制成的新型软包装制品。

对于消费者而言, 透明性只是聚合物基阻隔性薄膜的优点之一。根据PCI 公司的研究调查结果, 薄膜制品市场总的发展趋势并不是转向采用透明性薄膜, 其中原因是, 有许多种类的食品包装要求不透光, 以防止食品受阳光的照射而变质。

然而, King 董事长归结了以下几点: 铝复合膜和金属化薄膜制品在北欧以及如经常使用此法来评价发动机主要零件的磨损率发现有漏油瑞士等这些严格要求保护环境的地区被限制使用; 条文规定要求在薄膜包装生产线上安装金属探测器;市场对可微波烹饪的包装食品需求日益增长; 上述原因都给全部采用塑料加工的薄膜带来了潜在发展良机。他同时指出, 潜在的新产品开发成果对市场的商品销售也有促进作用。Mas-terfoods 公司向市场出售的 Uncle Ben品牌带固定搁架的速煮大米, 就是采用一氧化硅( SO) 涂覆 PET 膜制成的立式包装袋, 采用超高频进行封包,具有 12 个月的货架寿命, 一经面市,消费者争相购买。

美国巴顿菲尔格罗斯特的市场部主管, 德国人 Laverde 认为, 到 2008年为止, 北美市场的高阻隔性薄膜需求量将有年均超过 5%的增长率。他引用美国商务咨询公司( BCC) 公布的调查结果, 从目前至 2008 年, 聚烯烃/ EVOH 共挤薄膜的需求增长率预计将 达 到 8%, 届 时 的 消 费 总 量 为42000 吨。PET、PA 和聚烯烃/离子聚合物复合结构制品有望超过 5%的增长率, 这几种薄膜制品 2008 年的消费量分别是: 84000 吨、64000 吨和21000 吨。

Laverde 和 King 都认为, 价格过高是制约了阻隔薄膜全面取代铝复合膜因素, 其中以降低 7 层和 9 层吹塑薄膜的生产成本为推广市场的关键。降低成本应该大有潜力可挖, Laverde指出, 一种标准的7 层肉类保鲜膜( 离子聚合物/胶粘剂/PA6/EVOH/PA6/胶粘剂/离子聚合物) 中, 大约 50%的膜厚是由离子聚合物组成。一种 9 层结构的复合膜可采用丁烯- LLDPE 取代 60%的离子聚合物树脂, 即可大大降低原材料成本。假设一台生产率为455 kg / hr 的挤出机, 生产效率达75%的情况下, 加工生产 9 层复合膜( 离 子 聚 合 物/丁 烯- LLDPE/胶 粘 剂/PA6/EVOH/PA6/胶粘剂/丁烯- LLDPE/离 子 聚 合 物) , 每 月 可 节 省 树 脂 达86000 美元( 66000 欧元) 。而在 7 层 结构 的 茂金 属 复 合 薄膜 体 系 中 , 也 可同样地降低成本。如把 7 层的 mLL-DPE/胶 粘 剂 /PA6/EVOH/PA6/胶 粘剂/mLLDPE 复 合薄 膜 改 为 9 层 的mLLDPE / 丁 烯 -LLDPE/胶 粘 剂/PA6/EVOH/PA6/胶粘 剂 / 丁 烯 -LLDPE/mLLDPE复 合 薄 膜 , 降 低的 成 本 量 虽 小 一些 , 每 月 也 可 节省 树 脂 32000 美元( 25000 欧元) 。

为了能加工如此复杂结构的薄膜, 需要充分了解挤出口模处聚合物熔体的流变行为, 特别是不同聚合物的剪切及拉伸粘度的流变行为, 以及聚合物熔体的界面不稳定性。加拿大吹塑薄膜加工设备制造商 Brampton 工程公司的流变学专家 Karen Xiao 总结该公司的成功经验为: 剪切和拉伸粘度数据有助于判断和解决界面不稳定性的问题。

为了研究 LDPE、HDPE、LLDPE树脂的流变行为, 在 PE/胶粘剂/PE结构的挤出复合膜中, 利用 2 个不同几何形状的口模进行对比试验, 结果发现, 具有较高拉伸粘度值树脂的界面稳定性也较高。同时发现 LDPE 的流变性对口模几何形状最为敏感, 而HDPE 的流变性则受复合膜层厚度变化率的影响较大。

第二项研究是针对不同的尼龙品种在 PE/胶粘剂/PA 共挤复合膜结构中的表现, 结果发现, 所有的尼龙材料当中, PA6 和 PA66 材料界面不稳定性更高, 在较高剪切粘度下界面稳定性更高。对于 PA 树脂而言, 拉伸粘度则不必考虑, 因为 PA 与 PE 树脂的牛顿粘度特性存在很大的差异。

研究的方向不只局限于多层复合薄膜的加工工艺, 同时也对各种阻隔性材料的加工性能进行了对比。如具有良好阻隔性能的 EVOH 材料, 如需进行阻隔性提高的取向或热成型等二次加工时, 会产生严重的质量问题。其关键在于 EVOH 的结晶温度与 PP 或 PS 等材料的取向定型加工温度重叠。加工这种树脂要求具备极严格的顺序取向工艺, 双轴取向的加工技术要求也很高。

比利时 eval Europe 公司的商务开发经理 Wout Luyten 宣称, 公司主要的开发目标就是要改善 EVOH 的二次加工性安规电容能, 第一阶段已开发出可拉伸取向的 SP 牌号 EVOH 树脂。他表示, 利用同步技术加工的新型 SP482B牌号单层薄膜, 双向拉伸的最高幅度为 4.25 倍, 而采用顺序加工工艺最高可达 3.25 倍。该公司曾对一种共挤薄膜( PP/胶粘剂/EVOH/胶粘剂/PP) 进行测试, 采用顺序双向拉伸取向方法, 在2 个拉伸方向上都可获得最高 6 倍的伸长率, 并没有发生任何破裂问题。德国 Solvin 公司的区域销售经理Matthias Huter 宣称, 公司已于 2005年年底推出一种牌号为 Diofan 的新型 PVDC 涂层树脂, 用其加工的薄膜产品提供的氧气、水气透过率要比目前生产的 PVDC 薄膜制品氧气、水气透过率低一半, 即阻隔性能可提高一倍。可达到的阻隔水平是: 23℃下,O2 透过值为 30cm3/μm/m2/天; 38℃和相对湿度达 90%同时射弹的冲击能量也能够沿着纤维的方向快速消电饭煲散情况下, 水气透过率为 8昆明￣10 g/μm/m2/天。

信息来源：国外塑料