软塑包装材料的性能分析

包装已成为商品的一个不可缺少的组成部分，没有包装的商品，其商品流通、交换功能就难以实现。包装的合理应用不仅给商品生产者创造了丰厚的利润，同样给消费者带来了众多的实惠。 　　高分子材料因其质轻、易加工、美观实用等特点广泛应用于日常生活、各行各业及高精尖技术领域，从整个世界包装业的发展看，尽管塑料包装材料一直经受环境问题的严重挑战，但塑料包装在包装工业中仍成为需求增长最快的材料之一。为适应新时代的要求，塑料包装材料应满足产品包装质量和成本等要求，除此之外，还要求其具有环保功能、节省能源、节省资源、易回收、易降解的技术特性。在给人们带来巨大的物质文明的同时，其废弃物的产生也给人们提出了严峻的问题。为此对目前市场上的几种软塑包装材料的性能进行讨论和分析，以便人们更好地使用软塑包装材料。 　　1.PVC薄膜 　　聚氯乙烯是四大通用树脂之一，具有力学强度高、绝缘性能好、阻燃性优良、耐腐蚀、易加工等特点，广泛应用于建筑、包装、电子电器及汽车工业等领域，消费量居合成树脂第二位。目前我国废弃PVC制品量年均约26万吨。在我国回收废旧塑料中，PVC回收量约占总回收量的40%~50%，主要为农用薄膜、瓶子、包装薄膜及其他生活用品，回收的PVC主要用于制造再生管材、板材、拖鞋、地板等产品。 　　PVC包装薄膜大多是由聚氯乙烯树脂、增塑剂、稳定剂等多种助剂加工塑化而成。其材料特性，决定了聚氯乙烯包装薄膜使用过程中与食品接触的安全问题外，聚氯乙烯包装薄膜废弃物对生态环境同样会产生严重的不良影响。正是基于此，国际上许多国家的环保部门已颁布相关法规禁止或限制PVC的大量使用，欧洲在1922年就禁止使用PVC作为食品包装材料，日本也在2000年就禁止使用PVC包装。根据世界包装组织理事会的公告，日本、新加坡、韩国和欧洲各国已全面禁止PVC作为包装材料；台湾地区也出台了《废弃物清洁法》，明文规定2006年禁用PVC作为包装材料。 　　在我国引起广泛关注的PVC保鲜膜的安全问题，使人们对于PVC包装材料与食品接触的安全性有了较为深入的了解和认识。但是，PVC包装膜广泛使用所带来的环保问题并未得到充分的认识。PVC包装薄膜一般是一次性使用，大量使用PVC包装薄膜会产生更多的非环保废弃物，给废弃物的处理带来许多问题。如PVC助剂中的增塑剂和稳定剂在以垃圾填埋方式处理时，会对地下水及土壤产生污染；而需用焚烧方式处理时，会产生二恶英（dioxin）的致癌物对环境和人体造成不利影响。国内相关行业应制定相关法律、法规，限制PVC包装薄膜的使用，同时大力开发新的环保、安全的替代品。 　　目前用于包装食品的PVC薄膜，除了保鲜膜以外，另外还有PVC扭结膜、PVC热收缩膜，PVC扭结膜是直接接触糖果的，其危害是和保鲜膜一样的。自上世纪90年代以来 ，随着国内包装行业的迅速发展，PVC扭结膜和热收缩膜的需求量不断上升，特别是我国作为世界饮料大国，用PVC热收缩膜制作的标签更是异军突起，一举成为贴体包装材料的首选材料。截止2004年底仅作为饮料商标的PVC热收缩膜就达6万吨以上，成为世界之最，并且随着中国饮料每年20%以上的增长速度而增长。如果加上PVC扭结膜等，粗略估计全国每年将有10万吨左右的PVC废膜等待处置，这些印刷了含苯油墨的废膜难以回收再用，无法焚烧转换成能源，如发电等。随着垃圾工业化处理的进程加快，PVC废膜处置将会成为一种严重阻碍。 　　大力开发替代PVC包装薄膜的新型产品是逐渐减少PVC引起的环保问题的根本出路。近年来，国内许多企业致力于这方面的研究和开发工作，从技术上缩小与发达国家的差距。由于国家相关部门的积极关注和导向，代替PVC收缩膜和扭结膜的新型材料，如OPS收缩膜、扭结膜，PETG扭结膜、BOPP膜相继问世，这不仅对于我国大力提倡绿色消费、控制塑料废弃物的污染具有重要意义，同时对于增加我国产品的出口能力，克服环保壁垒具有重要的现实意义。 　　2.PVDC薄膜 　　PVDC是一种高阻隔性材料。除有塑料的一般性能外，还具有自熄性、耐油性、保味性以及优异的防潮、防霉等性能，另外还具有优良的印刷和热封性能。 　　PVDC是当今世界上塑料包装中综合阻隔性能比较好的一种包装材料。它既不同于聚乙烯醇随着吸湿增加而使阻气性急剧下降，又不同于尼龙膜由于吸水性使阻湿性能变差，而是一种阻湿、阻气都比较好的高阻隔性能材料。它不但有优异的高阻隔性能，还具有优异的印刷性能，复合性能和透明特性。在实际应用中，PVDC涂敷膜对印刷油墨及设备没有特殊要求，因此不需要变更各工序的工艺，即可大幅度提高生产效率，降低成本。使用PVDC的复合包装比普通的PE膜、纸、铝箔等包装用料量要减少很多，从而达到了减量化包装及减少废物源的目的。 　　我国部分食品包装采用了PVDC材料，其中以肠类食品较多，同时还有一部份涂布膜，但是总量有限。当前影响PVDC软包装的应用不是技术，也不是成本，而是PVDC焚烧处理时产生的致癌物质二恶英。因此PVDC包装膜的回收难是它的重要缺陷，一时是无法解决。目前国内有些厂家采用掩埋地下的方法，由于该材料掩埋到地下后很难分解，几十年甚至百年不会腐烂，故这种方法会造成无法估量的后果。一种相对较好的方法是将PVDC废料注塑成其它产品，这样相对减少了污染量，但是在加工过程中，气味十分刺鼻。总之该材料应谨慎使用。 　　3.聚烯烃薄膜（PE、OPP、PET） 　　聚烯烃（包括PE、PP）广泛应用于薄膜、包装制品、注射制品（如周转箱、零部件等）和塑料管材等。农用薄膜的使用寿命一般较短，如我国现有的棚膜的使用寿命通常是1~2年，使用后废弃的农膜进入环境，成为塑料废品的一个重要组成部分。 　　聚丙烯薄膜也是聚丙烯树脂的主要应用领域之一，PP膜可分为流延PP薄膜、吹胀聚丙烯薄膜和双向拉伸聚丙烯薄膜（BOPP），以BOPP膜生产规模最大，占PP薄膜总量的60%。PP薄膜的应用形式还有二次加工产品，如镀金属薄膜，复合薄膜如BOPP—PE、BOPP—PVDC等。PP薄膜主要用于食品，纺织品、洗涤用品、药品等包装，也可用作电气绝缘膜。 　　聚烯烃的另一大用途是编织制品，有编织袋和编织布，其中聚丙烯编织制品占60%~70%。在我国，由于纸张和黄麻资源的缺乏，所以塑料编织袋获得了广泛的应用。除一般编织袋外还有纸塑复合袋、网眼袋等，可用于化肥、水泥、矿物产品、合成树脂、原盐、食糖、粮食、棉花和羊毛等的包装。 　　聚烯烃薄膜具有较低的价格，较强的包装性能，因此被广泛的应用。但是进行食品、药品包装后，薄膜会被食物、油脂等污染，大多数废弃物难以回收。没有经过复合的膜可以回收再用。经过印刷、底涂的薄膜部分回收、部分废弃。 　　4.合成纸 　　合成纸在国外已有三十多年的发展史，尤其在美国、日本、加拿大等发达国家，中国台湾地区起步较早，发展较快。随着全球环保意识的加强，普通纤维纸造成大量污染，加快了合成纸的发展，新的合成纸品种的不断出现，扩大了合成纸的应用范围。目前，合成纸产品的世界销售额每年以10%的速度递增，合成纸部分取代普通纤维纸的步伐在加快。 　　合成纸的种类，按生产原料的不同，分为PP、HDPE、PS、PVC、PET、ABS等合成纸：按填充剂的不同，分为填充CaCO3（calciumcarbonate）型，粘土（clay，主要成分SiO2、Al2O3）型，SiO2（silia）型，云母（talc）型，TiO2（tiraniumdioxide）型及复合（两种以上填充）型等；按生产方式的不同，分为压延法（如柔软型PVC）、流延法（如CPP）、吹膜法（如HDPE）、双向拉伸法（如BOPP、BOPET）等；按结构的不同，分为单层、三层、五层合成纸等。聚丙烯合成纸除具有一般纸张的性能外，还有防霉、耐污染、耐磨损、坚固美观、防水防潮等特点，可用作纸币、地图、帐薄、包装等用途。专家认为，这种纸应用市场广阔，产品可替代进口。 　　随着全球环保意识的加强，PP合成纸在国内有着广泛的应用前景。我国目前的纸张主要由草浆、木浆等植物纤维生产，由于工艺复杂，生产过程有大量的污染物排出，国家环保部门已经依法关闭了上万家小造纸厂，另外国家限制砍伐森林，今后高级铜版纸所需要的木浆将全部依靠进口。我国是世界纸张生产、消费及进口大国。来自国家发展和改革委员会的统计数据显示，过去10年，我国的纸消费量以每年两位数的速度增长。2003年我国纸及纸板的消费量约为4800万吨，占全球消费总量的16%。据中国造纸协会预测，到2010年，我国每年消费的纸和纸板量将达到7000万吨。我国的纸需求数量有2/3用于包装材料，1/3用于印刷，即使有5%的印刷和包装用纸被合成纸取代，其需求量也将是非常可观的。由于合成纸本身可以回收，同时它的使用可减少砍伐森林，故合成纸是地道的环保产品，因此，我国应大力推广生产和使用。 　　5.聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN） 　　PEN的树脂结构与PET十分相似，但PEN在所有方面的性能都优于PET，，它具有如下特性：1.PEN的热变形温度比PET高30℃，达到100%，可以用于热灌装。2.PEN的玻璃化温度比PET约高40℃，同时其拉伸强度、弯曲模量、弯曲强度也较高，故PEN的尺寸稳定性好，热收缩率低、长期耐热性好。3.PEN耐酸、耐碱、耐水解性和耐一般化学药品的性能优于PET。4.PEN是各种塑料中气体阻隔性较好的一种，对氧气、二氧化碳、水的阻隔性分别比PET高4倍，5倍，3.5倍。5.PEN与 PET相比，对有机溶剂的吸附性较小，本身游离、析出性也低。6.PEN结晶度低于PET，易制得厚壁透明瓶。7.具有良好的抗紫外线性能。8.PEN有很好的卫生性能。 　　Teijin公司是世界上生产双向拉伸PEN薄膜的先驱，早在1989年就成功的研制了高功能的PEN薄膜，在1933年建造了一条4000吨/年的薄膜生产线。此外Toray公司、Du Pont公司等世界薄膜生产巨头也相继进入PEN薄膜生产市场。PEN可以使用与PET同样的设备制造，工艺过程与PET膜生产一样，通过熔融——挤出——双向拉伸制得PEN膜（BOPEN）。BOPEN具有优良的耐热性、气体阻隔性、耐水解性、尺寸稳定性等特点，且易制得厚度为0.8μm的极薄薄膜，利用薄膜的这些特性，可制得不同用途的包装材料，其中在食品包装、医药包装、保香包装及精密仪器耐冲力包装方面占据较大的应用市场。 　　PEN具有优良的特性，是一种理想的包装材料。但PEN的价格昂贵，因而限制了作为包装材料的广泛使用，由于PEN与PET均属热塑性聚酯，化学结构具有相似性，因此，将一定配比的PEN与PET通过熔融共混制成聚合物合金，可以兼顾PET的经济性和PEN的耐热性、阻气性等优良特性，是目前PEN应用研究的开发重点，也是使PEN走向市场（尤其是包装领域）的主要途径之一。 　　6.水溶性薄膜——聚乙烯醇（简称PVA） 　　聚乙烯醇（简称PVA）外观为白色粉末，是一种用途相当广泛的水溶性高分子聚合物，性能介于塑料和橡胶之间。作为一种新颖的绿色包装材料，它在欧美、日本等国被广泛用于各种产品的包装，例如农药、化肥、颜料、染料、清洁剂、水处理剂、矿物添加剂、洗涤剂、混凝土添加剂、摄影用化学试剂及园艺护理的化学试剂等。它的主要特点是：1.降解彻底，降解的最终产物是CO2和H2O，可彻底解决包装废弃物的处理问题；2.使用安全方便，避免使用于直接接触被包装物，可用于对人体有害物品的包装；3.力学性能好，且可热封，热封强度较高；4.具有防伪功能，可作为优质产品防伪的最佳武器，延长优质产品的寿命周期。 　　就降解机理而言，聚乙烯醇具有水和生物两种降解特性，首先溶于水形成胶液渗入土壤中，增加土壤的团粘化、透气性和保水性，特别适合于沙土改造。在土壤中的PVA可被土壤中分离的细菌——甲单细胞（Pseudomonas）的菌株分解。至少两种细菌组成的共生体系可降解聚乙烯醇：一种菌是聚乙烯醇的活性菌，另一种是产生PVA活性菌所需物质的菌。仲醇的氧化反应酶催化聚乙烯醇，然后水解酶切断被氧化的PVA主链，进一步降解，最终可降解为CO2和H2O。 　　水溶性薄膜由于具有环保特性，因此已受到世界发达国家广泛重视。例如日本、美国、法国等已大批量生产销售此类产品，像美国的W.T.P公司和C.C.I.P公司，法国的GREENSOL公司以及日本的合成化学公司等，其用户也是一些著名的大公司，例如Bayer（拜耳）、 Henkel （汉高）、 Shell（壳牌）、 Agr.Eva（艾格福）等大公司都已开始使用水溶性薄膜包装其产品。 　　在国内，水溶性薄膜市场正在兴起。据有关资料统计，我国每年需要包装薄膜占塑料制品的20%，约达30.9万吨，即便按占有市场5%计，则每年需求量也达1.5万吨。目前市场售价：美国产品为13~17万元/吨，日本产品为20~25万元/吨，国内产品销售价仅为美国的40%，平均售价为6万元/吨，因而在价格上具有很强的竞争力。随着社会的发展和进步，人们越来越注意保护我们赖以生存的环境，尤其是我国已加入WTO，与世界发达国家接轨，对包装的环保要求日益提高，因而水溶性包装薄膜在我国的应用前景一定十分广阔。 　　7.聚吡嗪酰胺（PZA） 　　与聚苯乙烯相似，PZA聚合物是一种高度透明、有良好操作性能，并能阻抗水溶解的材料，适用于大多数热成型工艺，可使用传统加工设备，包括薄板和薄膜的挤出设备，吹膜制造、纤维抽丝以及注塑加工等设备。它与PET相比有着良好的价格和性能潜力，它还能提供优良的粘合性能和光泽特性，并具有良好的金属化特性。 　　目前这种PZA聚合物的商业应用包括：可堆肥处理的食品袋和“草坪废料”袋、酸奶包装纸盒、播种用席垫以及防止杂草生长的非编织覆盖物等。这种聚合物目前已在Cargill位于美国的现有PZAZT厂生产，今年年底可达到7200吨生产能力。虽然这种PZA树脂已在市场上崭露头角，但仍限于对生物降解方面的需求。 　　8.聚乳酸（PLA） 　　聚乳酸（PLA）是以有机酸乳酸为原料生产的新型聚酯材料，性能胜于现有塑料聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等材料，被产业界定为新世纪最有发展前途的新型包装材料，是环保包装材料的一颗明星，在未来将有望代替聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等材料用于塑料制品，应用前景广阔。 　　聚乳酸机械性能及物理性能良好。聚乳酸适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便，应用十分广泛。可用于加工从工业到民用的各种塑料制品、包装食品、快餐饭盒、无纺布、工业及民用布。生物可降解性良好。聚乳酸使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，对保护环境非常有利。 　　聚乳酸生产是以乳酸为原料，传统的乳酸发酵大多用淀粉质原料。目前美、法、日等国家已开发利用农副产品为原料发酵生产乳酸，进而生产聚乳酸。 　　美国LLC公司生产聚乳酸工艺为：玉米淀粉经水解为葡萄糖，再用乳酸杆菌厌氧发酵，发酵过程用液碱中和生成乳酸，发酵液经净化后，用电渗析工艺，制成纯度达99.5%的L-乳酸。由乳酸制PLA生产工艺有：（1）直接缩聚法，在真空下使用溶剂使脱水缩聚。（2）非溶剂法，使乳酸生成环状二聚体丙交酯，再开环缩聚成PLA。 　　该材料的强度压缩应力、缓冲性、耐药性等与聚苯乙烯塑料相同，经焚烧后不污染环境，可肥田。 　　9.结论 　　随着塑料包装产品质量的提高和功能性增强，特别是高阻隔塑料包装材料将逐步由食品包装为主拓宽到非食品包装领域，其中工业包装、医药包装、农副产品包装、建材包装、航海用品包装等都将会获得进一步发展。另外，新的塑料包装品种将不断出现，包装领域将不断拓宽。因此，包装用软塑材料的总量将会不断增加，同时也会对环境造成更多的污染。针对这种趋势，我们从事软塑包装的技术人员一方面应积极引导下游消费群，正确、合理使用软塑包装材料，另一方面，应努力攻关，研制出新的、环保型的各类高阻隔包装材料，这些材料应具有易回收，或者易降解，或者在后续处理中不会产生污染环境的气体、液体及固体，来替代目前部分非环保的产品，从而为我国的软塑包装材料事业及环保事业做出积极的贡献，同时为使我国成为一个世界包装强国而共同努力。