| 摘要 |
據美國 Freedonia 集團的一份“泡罩包裝和其他高可見度包裝”調查報告顯示，在各類商品中，需要采用高可見度包裝的以食品為最，因為美國市場的消費者需要這種可以直接窺見內包裝產品的包裝形式，希望透過包裝能夠清楚地看到食品的新鮮度和衛生狀況。其次對高可見度包裝需求很強的是藥品和醫療品。因此，近年來透明包裝發展迅速。然而實際應用中，尤其是包裝食品、藥品時，為避免內容物氧化變質，包裝需具備較強的阻隔氧氣和水蒸氣的能力以及防紫外線的能力，這給透明包裝提出了新的要求。 |
| 關鍵詞
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透明包裝,高阻隔,氧氣透過率,水蒸氣透過率
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濟南蘭光機電技術有限公司
據美國 Freedonia 集團的一份“泡罩包裝和其他高可見度包裝”調查報告顯示，在各類商品中，需要采用高可見度包裝的以食品為最，因為美國市場的消費者需要這種可以直接窺見內包裝產品的包裝形式，希望透過包裝能夠清楚地看到食品的新鮮度和衛生狀況。其次對高可見度包裝需求很強的是藥品和醫療品。因此，近年來透明包裝發展迅速。然而實際應用中，尤其是包裝食品、藥品時，為避免內容物氧化變質，包裝需具備較強的阻隔氧氣和水蒸氣的能力以及防紫外線的能力，這給透明包裝提出了新的要求。
透明包裝常用軟包裝材料
透明包裝的形式多樣，除了全透明的瓶或袋，一般而言紙板襯底單面透明的泡罩包裝、局部透明的“開窗式”包裝以及貼體單面透明包裝均可視為透明包裝的范疇。常見用來制作透明包裝的材料多為呈透明狀的高聚物材料，如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚對苯二甲酸丁二醇酯（PET）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚偏二氯乙烯（PVDC）、乙烯/乙烯醇共聚物（EVOH）、尼龍（PA）等等，其透明程度因材質和加工工藝的不同而有所差異。
透明包裝如何獲得高阻隔性
氧氣和水蒸氣是微生物生長繁殖的必要條件，同時也是促進油脂氧化變質的主要誘因。因此，在運輸和儲藏的各種條件下，透明包裝材料應始終具備良好的阻礙氧氣和水蒸氣滲透的能力，即高阻隔性。為此，一方面需要采用兼具透明與高阻隔性的包裝材料，另一方面要保持包裝材料在各種環境條件下的阻隔穩定性。為了直觀體現常見透明包裝材料的阻隔性能及其隨溫濕度的變化情況，蘭光實驗室特選取了20μm厚的EVOH（32%乙烯）和PVDC（擠出型）兩種材料分別在不同環境條件下，進行了氧氣和水蒸氣透過率測試。
測試方法：
利用OX2/230氧氣透過率測試系統，參照GB/T 19789《包裝材料 塑料薄膜和薄片氧氣透過性試驗 庫侖計檢測法》測試材料氧氣透過率。將試樣裝夾於測試腔中間，一側通氧氣，另一側通載氣——氮氣，氧氣透過試樣隨載氣進入傳感器進行化學反應並產生電壓，該電壓與單位時間內通過傳感器的氧氣數量成正比，計算結果。
利用W3/330水蒸氣透過率測試系統，參照GB/T 21529《塑料薄膜和薄片水蒸氣透過率的測定 電解傳感器法》測試材料的水蒸氣透過率。將試樣裝夾於滲透腔內，試樣把滲透強分隔為乾腔與濕腔。乾腔內流動乾燥的載氣，從濕腔透過試樣的水蒸氣被載氣帶至電解傳感器，通過對產生的同比例電信號的分析計算得出材料的水蒸氣透過率。
圖1. 氧氣透過率測試示意圖
測試結果：見表1。
表1 不同環境條件下材料的氧氣與水蒸氣透過率
測試對象 | 厚度 μm | 環境條件(℃，%RH) | 氧氣透過率 （cm3/m2·d） | 環境條件(℃，%RH) | 水蒸氣透過率（g/m2·24h） |
EVOH(32%乙烯) | 20 | 23，50 | 0.2 | 38，50 | 21.3 |
23，80 | 7.6 | 38， 100 | 48.9 |
PVDC(擠出型) | 20 | 23，50 | 2.6 | 38，50 | 0.4 |
23，80 | 2.7 | 38，100 | 0.9 |
通過分析表1的數據，EVOH與PVDC材料在同樣環境條件下，阻氧能力不分伯仲，皆屬於高阻隔性材料，但在阻水方面，PVDC材料明顯優於EVOH材料。觀察EVOH被測材料，在相同的溫度條件下，隨著濕度的上昇，EVOH材料的透氧率和透濕率呈現大幅的上昇，而同條件下的PVDC材料則保持了良好的阻隔穩定性。
這是由於EVOH為半結晶型熱塑性樹脂，其分子中含有羥基分子和分子間氫鍵彼此強烈的鍵合，使氧氣擴散所需的鏈段運動嚴格受分子內和分子間內聚能限制，分子鏈柔性小，分子間自由運動暫時形成空間幾率小，因此它有很好阻氣性能。當濕度增高，EVOH含有羥基具有極大的親水性，水對EVOH有增塑作用，氫鍵的鍵合能力下降，氣體就容易通過，阻隔性下降。實際應用中，為減少受環境因素的影響，EVOH、PVDC等高阻隔材料一般作為多層復合膜的中間一層來為整個薄膜提供阻隔性，通過其他層的保護可有效提高它的阻隔穩定性，並獲得極佳的透明性。
高阻隔透明包裝如何兼具防紫外線功能
紫外線是來自太陽，波長為160~390nm的電磁波，因具有較高能量，故廣泛用於食品工業的殺菌環節。但事有兩極，強烈的紫外線同樣會引起大多塑料的自動氧化反應，並致使多數樹脂分子鏈的斷裂，故日常所見塑料日久變色、表面裂紋、性能下降、壽命縮短皆為此反應結果。不僅如此，高能量的紫外線也會穿透薄膜，與食品中油脂發生氧化反應加速酸敗過程，同時引起維生素和色素的破壞以及蛋白質、氨基酸的變性，導致食品營養成分快速分解與變質。
針對包裝防紫外線功能的研究與應用早已展開，現多采用如鋁箔、紙張及相關復合薄膜作為包裝材料，或者在薄膜表面著色印刷的方法，都是以完全遮光或局部遮光來達到防紫外線穿透的目的，但對於追求“可視性”的高阻隔透明包裝，上述方法並不適用。為實現透明包裝的防紫外線功能，可采用添加紫外線吸收劑的方法，該方法經過多年應用驗證，效果頗佳。紫外線吸收劑是一種光穩定劑，能吸收陽光及熒光光源中的紫外線部分，而本身又不發生變化。可將其與粘合劑溶液混合後涂覆在透明薄膜上，或者直接添加在透明性高聚物中制成薄膜，都可使成膜具有良好的防紫外線功能。
目前紫外線吸收劑有兩大類：有機紫外線吸收劑和無機超微粒子紫外線吸收劑。有機紫外線吸收劑是一種有機化合物，能有選擇的強烈吸收高能紫外線，轉換為熱能或無害低能輻射。但此種吸收劑具有毒性，使用時只可作為粘合劑溶液的成分涂覆在薄膜上，內層再復合一層安全無毒的熱封層方可應用於食品包裝。無機超微粒子紫外線吸收劑是近年逐漸興起的新劑型，部分金屬氧化物如氧化鐵、氧化鈦、氧化鋅等形成粒徑約在1-100nm的超微顆粒時，會表現出良好的耐候性、耐熱性以及紫外線吸收功能，且無毒價格低廉，是目前最具潛力的紫外線吸收劑。
結語
氧氣和水蒸氣對於食品品質的危害已經不言而喻，紫外線對包裝及內容物的破壞也逐漸被人們所認識，如何能集高阻隔性和紫外線防護能力於一體，正是目前包裝材料研究的新思路，而這方面的研究成果將會為食品行業帶來無限的應用價值。