改革開放二十多年來,我國塑料包裝行業(yè)得到穩(wěn)步的高速發(fā)展,已經(jīng)從一個(gè)初期分散性的行業(yè)發(fā)展成為獨(dú)立的、產(chǎn)品門類齊全的現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系。據(jù)預(yù)測,到2005年我國塑料包裝材料領(lǐng)域的市場年需求將達(dá)到550萬噸,年均需求增長率為10%,在塑料制品行業(yè)中增長速度最快,是具有廣闊發(fā)展前景的朝陽產(chǎn)業(yè)。其中,薄膜是用量最大的塑料包裝材料,由于其無毒、質(zhì)輕、包裝美觀、成本低的特點(diǎn),因而應(yīng)用領(lǐng)域在不斷拓展,幾乎滲透到工農(nóng)產(chǎn)品和日常生活用品的各個(gè)方面,塑料包裝薄膜行業(yè)的投資正在快速增長。因此,把握國際、國內(nèi)塑料包裝薄膜的技術(shù)和市場發(fā)展的總體趨勢,對于審時(shí)度勢地進(jìn)行前瞻性正確決策具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
　　
　　塑料薄膜的功能化發(fā)展趨勢
　　
　　隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高,產(chǎn)品的分類越來越細(xì),對于產(chǎn)品的包裝并不僅僅局限在視覺效果上,而是要根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)和市場的需求,朝功能化、多樣化方向縱深開發(fā)。近年來,技術(shù)的進(jìn)步使得塑料包裝薄膜的功能化發(fā)展趨勢日漸明顯,高要求、高技術(shù)含量的塑料包裝薄膜正成為許多企業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)和研發(fā)目標(biāo),其包裝功能是多樣的,除對一般薄膜的抗靜電、抗粘連和爽滑性要求外,主要通過原材料、助劑或工藝的調(diào)整賦予包裝薄膜某些特殊的功能,如適應(yīng)香煙和飲料包裝挺括性與緊貼性需要的熱收縮性、適應(yīng)蔬菜和水果包裝需要的透氣性、適應(yīng)電子元件包裝需要的導(dǎo)電性、適應(yīng)可透視包裝需要的高光學(xué)性能、適應(yīng)金屬設(shè)備和儀器包裝需要的防銹性以及日益在食品、化妝品、醫(yī)藥方面廣泛需要的阻隔性和抗菌性等,薄膜的功能化提高了產(chǎn)品的附加值。其中阻隔性塑料包裝薄膜是目前發(fā)展最快的功能薄膜之一。據(jù)著名的英國Pira國際集團(tuán)公司近期發(fā)布的一份《未來5年歐洲8個(gè)高利潤包裝市場發(fā)展趨勢》的研究報(bào)告,該報(bào)告提供了歐洲300家相關(guān)包裝跨國企業(yè)關(guān)于高利潤包裝市場發(fā)展趨勢展望的第一手資料,精確量化了高利潤市場在今后2年和5年的增長情況,研究表明,高阻隔性材料位于高附加值產(chǎn)品的第4位。在我國,阻隔性包裝薄膜處于推廣使用的增長期,國內(nèi)生產(chǎn)的阻隔性薄膜大多應(yīng)用在低端產(chǎn)品的包裝,性能優(yōu)良的阻隔性薄膜還需要大量進(jìn)口,因此市場發(fā)展空間很大。
　　
　　阻隔性
　　
　　樹脂阻隔性能是指對小分子氣體如氧、水汽、液體及氣味等的屏蔽能力,阻隔性薄膜主要用于食品和醫(yī)藥包裝,確保包裝物在儲(chǔ)存、運(yùn)輸過程中保香保味不變質(zhì),以延長其保質(zhì)期和貨架壽命。隨著生活節(jié)奏的加快和生活水平的提高,各種方便食品如肉制品、乳制品、淹鹵制品等的需求量越來越大,對醫(yī)藥產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來越高,此外阻隔性塑料薄膜也廣泛應(yīng)用在化妝品、茶葉、化學(xué)試劑、農(nóng)藥、香料、飼料等產(chǎn)品的包裝,因此阻隔性薄膜已成為各國競相開發(fā)的熱點(diǎn)。在阻隔性塑料薄膜中阻隔性樹脂的使用是關(guān)鍵,主要有聚乙烯醇(PVA)、乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)、偏氯乙烯共聚物(PVDC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、特殊尼龍(MXD2)、尼龍(PA)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等,在這些阻隔性樹脂中,PVA、EVOH、PVDC、PEN屬于高阻隔性材料,最常用的是PVDC和EVOH,而PA與PET的阻隔性相近,屬于中阻隔性材料。研究表明,PVA具有最好的阻氧性能,但是由于含有大量的羥基,其透濕性較大,對水敏感;把乙烯醇與乙烯共聚得到的EVOH(一般乙烯含量為25%～45%)減少了材料中的羥基,因此其阻濕性能大大改善,盡管透氧率有所提高,但仍然是比PVDC優(yōu)良的高阻隔性材料,PVA與EVOH的缺點(diǎn)在于材料中的羥基易與環(huán)境中的水結(jié)合成氫鍵,其阻濕性能受濕度影響較大,因此只能用于芯層;PA有一定的阻隔性,但吸濕率大而影響阻隔性,所以一般也不能作外層;經(jīng)過改性的特殊尼龍MXD2的耐熱性更好,吸濕率低,阻隔性隨溫度和濕度的增加而下降很少,因此盡管開發(fā)較晚但其發(fā)展應(yīng)用卻很快。
　　
　　PVDC是最早開發(fā)的高阻隔性材料,使用歷史較長,從80年代開始廣泛用于食品包裝,國內(nèi)主要用作腸衣膜,PVDC具有極好的阻氧阻濕性能,但是由于含氯而受到環(huán)保人士的反對,在歐洲的一些國家屬禁用材料。PEN是一種綜合性能優(yōu)秀的高阻隔性材料,但其價(jià)格昂貴,推廣應(yīng)用受到限制。在新材料的開發(fā)方面,美國、日本等國家的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)做了大量的工作,通過改性技術(shù)各種具有新功能特性的新牌號(hào)樹脂不斷推出,如吹塑級(jí)PVA和PVDC、可拉伸的EVOH、阻隔性茂金屬聚丙烯等,因此在原料的使用方面,國內(nèi)企業(yè)具有更寬的選擇面。
　　
　　阻隔性塑料包裝薄膜的生產(chǎn)工藝
　　
　　由于材料自身特性的局限性或價(jià)格的因素,一般阻隔性材料都不單獨(dú)使用,為了滿足不同商品對阻隔性的要求,軟塑包裝已經(jīng)由原來的單層薄膜的生產(chǎn),向多品種、多功能層次的復(fù)合包裝膜發(fā)展,目前使用得最為普遍的阻隔性塑料包裝薄膜的復(fù)合技術(shù)有4種:干式復(fù)合法、涂布復(fù)合法、共擠出復(fù)合法和蒸鍍復(fù)合法。
　　
　　干式復(fù)合法
　　
　　干式復(fù)合法是以各種片材或膜材作基材,用凹版輥在基材表面涂布一層粘接劑,經(jīng)過干燥烘道烘干發(fā)粘后,再在復(fù)合輥上壓貼復(fù)合。這是目前國內(nèi)最常用的一種復(fù)合膜生產(chǎn)方法,干式復(fù)合的特點(diǎn)是適應(yīng)面廣,選擇好適當(dāng)?shù)恼辰觿?任何片材或膜材都可以復(fù)合,如PE膜、PP膜、PET膜、PA膜等,而且復(fù)合強(qiáng)度高,復(fù)合速度快。但在這幾種方法中,干式復(fù)合成本最大,另外由于粘接劑用量一般在2.5～5(g·ｍ-2)(干固量),因此有溶劑的殘留和環(huán)境污染問題存在。
　　
　　涂布復(fù)合法
　　
　　涂布復(fù)合法的工藝比較簡單,對于較難單獨(dú)加工成膜的阻隔性樹脂,如PVA、PVDC等均可以采用涂布復(fù)合。PVA的熔融溫度為220～240℃,分解溫度200℃,要加工成薄膜需要添加增塑劑和穩(wěn)定劑,以提高熱分解溫度,降低熔融溫度,生產(chǎn)PVA系聚合物薄膜的設(shè)備和技術(shù)都很昂貴,國內(nèi)聲稱已經(jīng)開發(fā)了PVA的制膜技術(shù),并且已開始規(guī)模化生產(chǎn)。同樣的原因PVDC也難以單獨(dú)成膜。所以,目前對于PVA和PVDC的使用較為成熟的技術(shù)是涂布工藝,PVA是水溶性的,在實(shí)際使用中采用水和乙醇的混合物作溶劑,在PE或PP薄膜上涂布4～6μm的厚度PVA,由于PVA的耐水性較差,可以采用在PVA溶液中添加交聯(lián)劑以提高其耐水性,同時(shí)也提高了PVA與PE、PP的附著力,可省去底涂,為了制袋方便,涂布PVA的PE或PP膜可以與其它膜進(jìn)行干式復(fù)合,形成涂布PVA/PE(或PP)/LDPE結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜,這種膜的阻隔性能好,抽真空效果比PA/LDPE還要好,成本比較低。用于涂布的PVDC是偏氯乙烯與丙烯酸酯單體進(jìn)行乳液聚合的共聚物,加上適當(dāng)?shù)娜軇┖吞砑觿┖?涂覆于玻璃紙、BOPP、尼龍和聚酯上面,使之具有良好的阻濕阻氣性能和熱封性能,PVDC使用的最大問題在于其安全衛(wèi)生性,一般認(rèn)為單體含量應(yīng)小于1×10-6。
　　
　　共擠出復(fù)合法
　　
　　共擠出復(fù)合法是利用多臺(tái)擠出機(jī),通過一個(gè)多流道的復(fù)合機(jī)頭,生產(chǎn)多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜的技術(shù)。這種方法對設(shè)備特別是機(jī)頭設(shè)計(jì)和工藝控制的要求高,近年來隨著機(jī)械加工和制造技術(shù)的成熟,共擠出復(fù)合法得到較快發(fā)展,從最早的2層到現(xiàn)在的9層復(fù)合膜都可以生產(chǎn),根據(jù)功能的需要,可選擇不同的材料,比如一種典型的7層復(fù)合膜,其芯層是EVOH,夾在2層尼龍膜之間,提高了阻隔性能,減薄了膜的厚度,外層用粘接劑復(fù)合PE或EVA作熱封層,這樣確保了包裝的需要,又降低了成本。據(jù)有關(guān)調(diào)查表明,發(fā)達(dá)國家的共擠包裝薄膜占整個(gè)軟塑包裝材料的40%,而我國僅占6%,因此多層共擠技術(shù)在我國將有很大的應(yīng)用空間,原因是多方面的,首先是設(shè)備投入相對不大,相對于國內(nèi)許多企業(yè)的雙向拉伸設(shè)備而言,共擠出設(shè)備簡單;其次,共擠出技術(shù)日趨成熟;而且多層共擠出材料的選擇范圍廣,各層厚度可以調(diào)節(jié),復(fù)合薄膜產(chǎn)品的適應(yīng)性強(qiáng),而且省了多次復(fù)合過程,因此生產(chǎn)成本大大降低,據(jù)稱生產(chǎn)相同結(jié)構(gòu)的復(fù)合包裝材料采用共擠出復(fù)合工藝比其它復(fù)合工藝可以節(jié)約30%的成本。
　　
　　隨著薄膜表面印刷油墨的開發(fā)和表面印刷技術(shù)的提高,預(yù)計(jì)共擠出復(fù)合技術(shù)將得到更大的發(fā)展。從工藝上來說,共擠出復(fù)合包括共擠吹膜和共擠流延2種方法。據(jù)W＆H公司最新介紹,用于生產(chǎn)多層(3層、5層、7層)阻隔復(fù)合薄膜的吹膜生產(chǎn)線,最大產(chǎn)量達(dá)1000kg/h;厚度可控制在7～25μm,在滿足功能需要的條件下,超薄型薄膜節(jié)約了資源,減少了包裝廢棄物,符合環(huán)保要求;由于采用了新的技術(shù),氣泡更加穩(wěn)定,對薄膜厚度偏差的控制更加精確;目前國內(nèi)也開發(fā)了5層共擠出阻隔性薄膜吹塑設(shè)備,但其產(chǎn)品一般適用于低端市場的需要。共擠出復(fù)合法的另一種工藝是共擠出流延,流延薄膜是聚合物熔體通過T型平縫模頭,在冷卻輥上驟冷而生產(chǎn)的一種無拉伸平擠薄膜。我國流延薄膜的生產(chǎn)始于80年代從日本和德國引進(jìn)的單層流延生產(chǎn)線,到90年代中期引進(jìn)的3層或5層的共擠流延設(shè)備,國外已出現(xiàn)7層和9層的薄膜結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)線。目前國內(nèi)有流延薄膜生產(chǎn)線近50條,年總產(chǎn)能達(dá)16.5t左右,近年來,由于多層共擠吹膜的發(fā)展迅猛,沖擊了流延薄膜的部分市場,因此其需求相對疲軟。但是隨著新材料的開發(fā)和新設(shè)備的使用,提高了生產(chǎn)效率,增加了產(chǎn)品的類型,新的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬,流延膜的制造正在進(jìn)入新一輪投資熱潮。
　　
　　蒸鍍復(fù)合法
　　
　　蒸鍍復(fù)合法是以有機(jī)塑料薄膜為基材與無機(jī)材料復(fù)合的技術(shù),致密的無機(jī)層能賦予材料絕佳的阻隔性能。最典型最常見的蒸鍍復(fù)合是真空鍍鋁技術(shù),在高真空條件下,通過高溫將鋁線熔化蒸發(fā),鋁蒸氣沉淀集聚在塑料薄膜表面,形成一層厚約35～40nm的阻隔層,作為基材的塑料薄膜可以是PE、PP、PET、PA、PVC等,真空鍍鋁膜具有優(yōu)良的阻隔性能,在不要求透明包裝的情況下,鍍鋁膜是最佳的選擇,盡管鍍鋁層很薄,但是其阻隔性能達(dá)到透濕<0.1g/㎡·24h,透氧<0.1c㎡/㎡·24h,其阻隔性能不受濕度的影響;鍍鋁膜的保香性好,具有金屬光澤,裝飾美觀,但不透明,包裝內(nèi)容物不直觀;耐曲揉性差,揉折后易產(chǎn)生針孔或裂痕,從而影響阻透性。為了改善鍍鋁膜的不足,最新的技術(shù)之一,是采用在塑料薄膜上鍍氧化硅(SiOX),其中SiOX是Si2O3與Si3O4的混合物,工藝上可采用物理沉積法和化學(xué)沉積法,鍍氧化硅膜的無機(jī)層致密,厚度僅0.05～0.06μm,阻透性優(yōu)于一般共擠出膜和PVDC涂覆膜,除此之外,而且具有很好的透明性、耐揉曲性、耐酸堿性、極好的印刷性,適應(yīng)在微