蒸煮袋用復合薄膜工藝分析及檢測重點

　　隨著產品物類的極大豐富，塑料包裝業日益興盛，不同種類的塑料薄膜在物理化學性能方面各具優勢。在滿足當前多樣化的產品包裝需求層面，往往通過復合疊加的方式把性能迥異的兩種或多種塑料薄膜組合在一起，以克服單材料性能缺陷，發揮集合優勢，獲得更為全面的包裝效果，復合薄膜應運而生。

乾式復合工藝與無溶劑復合工藝的區別

　　乾式復合工藝是當前復合薄膜生產工藝中應用最廣的一種，它是指用乾式復合設備，在一種薄膜基材的表面均勻涂布溶劑型膠黏劑，通過烘乾將膠層中的溶劑全部揮發，熔化狀態下的膠黏劑在熱壓輥的壓力下將基材與另一種薄膜粘合在一起，經冷卻、熟化處理後制得復合薄膜。這種工藝是在膠黏劑“乾”的狀態下進行薄膜復合，對兩種基材的透過性沒有要求，因此適應性非常好，且操作方便、成本低廉，經過50年的應用沈淀，成為現代主流薄膜復合工藝。

　　隨著該工藝的廣泛應用，一些問題逐漸暴露出來，尤其是復合薄膜的溶劑殘留問題，表現在采用該工藝制得的復合薄膜包裝帶有餘熱的食品時，冷卻後食品經常出現異味。溶劑殘留主要來源於溶劑型粘合劑和溶劑型油墨的溶劑，主要是乙酸乙酯、甲苯、二甲苯等。理論上，這些溶劑應於乾式復合的烘乾環節中全部揮發，倘若沒有設置合適的烘乾溫度、復合速度等參數，就會存在不同程度的溶劑殘留，不僅影響復合包裝的衛生性能，也會使薄膜的復合牢度、表觀質量有所降低。

　　“溶劑殘留”的影響以及降低生產成本的呼聲，推動了一種新的復合薄膜生產工藝的發展——無溶劑復合，這是一種利用無溶劑粘合劑將兩種基材粘合的工藝，因“無溶劑”的特點，兩基材粘合後無需烘乾處理，也正因為這一與乾式復合工藝的“微小差異”，使之呈現出一系列獨特的優勢，如節約資源、能源和成本，安全衛生性好等等。

蒸煮袋用復合薄膜的制備工藝現狀

　　乾式復合工藝的歷史悠久，在復合薄膜生產的地位不言而喻。而無溶劑復合是近些年的新興工藝，在國際上僅有30多年的發展歷程，雖然進入中國的時間較短，但其“無溶劑膠黏劑的環保性”和“無需烘道乾燥的節能性”的明顯優勢吸引了包裝行業的熱切關注。除此之外，乾式復合的成本壓力較重，幾乎沒有下降的空間，而無溶劑復合在涂膠量、無溶劑、無烘乾等方面的成本優勢以及部分外國訂單對該種工藝的指定性，促成了部分包裝企業的率先實踐。然而，縱觀無溶劑復合在中國的應用，呈現了一種緩慢發展、觀望多於實踐的態勢，這是由於多數包裝企業認為無溶劑復合設備生產效率高，適合批量活件生產，同時也意味著高損耗的潛在風險，因此包裝企業多止步觀望。

　　聚焦蒸煮袋用復合薄膜的生產領域，當前仍是乾式復合工藝佔主導地位，而無溶劑復合則表現了一種以膠黏劑的技術進步為重點推動力量的漸進式發展。應用於蒸煮袋用復合薄膜的膠黏劑，至少需具備下述兩種基本性能：（1）耐熱耐寒性。蒸煮袋的熱封袋口、蒸煮殺菌都需要在80℃~350℃的高溫下操作，這不僅要求薄膜基材具有良好的耐熱性，所用膠黏劑也需要經受高溫的考驗，否則蒸煮後復合膜將會出現分層剝離的現象。除了高溫的考驗，低溫儲藏和冷凍也會導致膠黏劑發脆、分層、剝離、脫膠，因此蒸煮袋用復合薄膜的膠黏劑應同時具備良好的耐熱耐寒性。（2）優異的粘結性。蒸煮袋所用復合薄膜一般由多種性質的薄膜經膠黏劑復合而成，其表面粘性各不相同，為了使復合薄膜獲得穩定的復合牢度，膠黏劑應對所復合材料表現出良好的粘結性。

　　在乾式復合工藝中，當前以雙組分聚氨酯膠黏劑性能最佳，它是由主劑和固化劑兩組分構成，使用時二者混合，並通過溶劑稀釋到一定濃度後施膠涂布。這類膠黏劑具有很高的內聚力，膠膜強韌柔軟、具有很好的耐熱性、耐寒性和抗介質侵蝕性，是應用於蒸煮袋用復合薄膜生產的理想膠黏劑，現專用於蒸煮食品的耐121℃、128℃和135℃復合膜用聚氨酯膠黏劑已經發展成熟，投入使用多年，這在一定程度上促進了乾式復合工藝在蒸煮袋用復合薄膜領域的主流地位。

　　然而，乾式復合工藝中膠黏劑的涂布必須借助溶劑的稀釋，“溶劑殘留”的風險使蒸煮食品的衛生安全變的難以控制，加之GB/T 10004-2008《包裝用塑料復合膜、袋 乾法復合、擠出復合》將溶劑殘留量修改為≤5mg/m²，其中苯類溶劑不檢出，這一變化促使了以無溶劑膠黏劑為特點的無溶劑復合工藝在蒸煮袋用復合薄膜領域的嘗試。一方面能大幅降低溶劑殘留量，另一方面更適合於蒸煮袋復合結構中受熱易變形材料的加工，如PE材料。但是，劍有雙刃須慎用。無溶劑膠黏劑不使用溶劑，無法通過溶劑來調節膠黏劑的黏度以滿足涂布要求，只能采用降低膠黏劑的分子量的方法，其直接影響為膠黏劑初粘力的下降，剝離強度低。針對這一問題，許多國家對無溶劑膠黏劑展開了深入的研究和商業化產品的研制，目前國內外皆已推出耐高溫蒸煮的無溶劑聚氨酯膠黏劑，但應用時間相對較短，且國內尚未形成包括設備、材料、工藝、操作人員、技術支持等成熟體系，因此制約了無溶劑復合工藝在蒸煮袋用復合薄膜領域的應用。

蒸煮袋用復合薄膜剝離強度和摩擦系數分析及檢測方法介紹

　　無論采用何種工藝制得的復合薄膜蒸煮袋，質量檢測是保障後續生產和銷售正常運轉的重要前提。GB/T 10004《包裝用復合薄膜、袋乾法復合、擠出復合》是針對塑料復合薄膜的性能要求和試驗方法的國家標准，涉及水蒸氣透過量、氧氣透過量、剝離強度、熱合強度、耐壓強度、摩擦系數、耐熱性、穿刺強度、溶劑殘留等多方面。其中，剝離強度和摩擦系數與包裝生產、應用關系密切但前人研究較少，下面將從這兩個角度進行詳細介紹。

剝離強度

　　蒸煮袋的使用中，“破袋”是最為困擾包裝生產者的問題，除了高溫蒸煮前後袋內外壓力差引起的破袋事故，蒸煮袋復合薄膜的剝離強度較差也是元凶之一。通常蒸煮袋所用復合薄膜是采用乾式復合工藝或無溶劑復合工藝，按照“熱封性的薄膜基材-膠黏劑-阻隔性薄膜基材-膠黏劑-印刷性薄膜基材”這一基本結構制成的三層或多層復合薄膜。倘若任意兩種材料間剝離強度沒有達到要求，則會表現為復合膜在受力部位呈條紋狀脫離，甚至蒸煮後呈大面積自然脫離，嚴重影響復合薄膜蒸煮袋的包裝質量。其原因主要凸顯在三個方面：（1）膠黏劑的品類、質量與包裝使用目的不符，上膠量不足。GB/T 10004規定，包裝根據使用溫度分為普通級（≤80℃）、水煮級（80℃以上~100℃）、半高溫蒸煮級（100℃以上~121℃）、高溫蒸煮級（121℃以上~145℃）共四個等級，不同等級的包裝產品對於膠黏劑的耐高溫性要求也有所不同，半高溫蒸煮級和高溫蒸煮級包裝若使用普通膠黏劑，必定會影響復合膜層間的剝離強度。與此同時，膠黏劑的涂布量不足且不均勻也會引起局部剝離強度的下降。（2）殘留溶劑量過高。對於乾式復合工藝生產的蒸煮袋用復合薄膜來說，殘留的溶劑不僅會影響內容物的安全衛生，復合後還會氣化為微小的氣泡，使本應粘結的兩種基材分層脫離。（3）無溶劑膠黏劑的黏度控制不當。由於無溶劑復合工藝主要通過降低膠黏劑的分子量來控制黏度，若分子量掌握不好，會直接導致膠黏劑的初粘性下降，影響剝離強度。通過上述分析可以發現，采用兩種復合工藝制得的蒸煮用復合薄膜，其剝離強度的變化有共性原因亦有個性原因，情況復雜，現實生產中應配合拉力機或剝離強度測試儀器實時抽樣檢測，以便隨時調整工藝參數。

　　具體檢測方法可參照GB/T 10004：首先沿樣品膜寬度方向均勻裁取寬15±0.1mm，長200 mm的縱、橫試樣各5條，並沿長度方向將復合膜與基材預剝50mm，將剝離部分的兩端分別加於XLW(PC)智能電子拉力試驗機上下夾具之間，使未剝開部分與拉伸方向呈T型（如圖1所示），以300±50mm/min的速度分離上下夾具，從而獲得剝離力平均值。最終5條試樣剝離力的算術平均值要符合表2中的要求。

圖1. 復合薄膜剝離強度測試之試樣加持

表1 蒸煮膜/袋剝離力要求

摩擦系數

　　摩擦系數是指兩表面間的摩擦力和作用在其一表面上的垂直力之比值，分為靜摩擦系數和動摩擦系數。在蒸煮袋用復合薄膜的生產中，摩擦力既是動力又是阻力，尤其在薄膜放卷過程中，一般要求薄膜內層與放卷金屬滾軸之間的摩擦系數比較小，利於薄膜的勻速放卷，太小容易引起薄膜打滑，過大則意味著放卷阻力加大易使薄膜拉伸變形，影響包裝線的正常運轉。因此有必要加強薄膜內層與金屬面之間的動、靜摩擦系數的監測，使之在適當的范圍內。

　　GB/T10004建議按照GB/T 10006-1988的規定進行摩擦系數的檢測，通常情況下可借助MXD-01摩擦系數儀完成。首先，將薄膜內層面朝下，用膠帶在滑塊前沿和上表面固定，使之包住滑塊。將滑塊無沖擊的放在鋼板上，薄膜下表面與滑動方向平行且測力系統恰好不受力。兩面接觸後保持15s。啟動儀器使薄膜和鋼板以（100±10）mm/min的速度相對移動，如圖2。力的第一個峰值為靜摩擦力F_s，兩試樣相對移動6 cm內的力的平均值(不包括靜摩擦力)為動摩擦力F_d。計算動、靜摩擦力與垂直於接觸面的力的比值，得出薄膜內層與鋼板的動、靜摩擦系數，需符合GB/T10004的要求≤0.4。

 圖2.摩擦系數測試

　　對於測試結果沒有滿足GB/T 10004要求的復合薄膜，可能存在以下原因：（1）薄膜基材自身的摩擦系數偏高，經過復合後摩擦系數繼續昇高；（2）復合所使用的膠黏劑的影響。不同種類膠黏劑對薄膜添加的爽滑劑的吸收程度有所差異，隨著涂膠量的上昇，膠黏劑對爽滑劑的吸收量增大，薄膜摩擦系數相應上昇；（3）熟化溫度偏高。摩擦系數與溫度成正比，熟化溫度越高，一方面膠黏劑對爽滑劑的吸收速率加快，摩擦系數增大，另一方面低熔點的爽滑劑容易出現粘連，失去作用，進而影響復合膜的摩擦系數。

　　乾式復合工藝歷史悠久，技術成熟，系列新國標如GB/T 10004的實施雖然對其有所限制，但仍無法阻擋乾式復合工藝在蒸煮用復合薄膜的舞臺上閃耀光芒，然而，這卻給無溶劑復合工藝提供了良好的發展契機。隨著兩種工藝逐漸應用到蒸煮袋的制備中，復合薄膜的剝離強度和摩擦系數的影響因素更為復雜，仍是重點檢測項目，需要包裝生產企業加以重視。