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鋁塑與鍍鋁復合膜包材耐揉搓性研究
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摘要：鍍鋁復合膜、鋁塑復合膜常用于保質期較長、阻隔性要求較高類食品的包裝，但這類材料存在耐揉搓性差的缺點。本研究通過對比揉搓試驗前后氧氣透過量測試結果，分析了PET(12)/Al(9)/CPP(45)、PET(12)/Al(9)/PA(15)/CPP(45)、PET(12)/VMPET(12)/CPP(45)三種包材的耐揉搓性，試驗結果表明PET(12)/Al(9)/PA(15)/CPP(45)、PET(12)/VMPET(12)/CPP(45)耐揉搓性優于PET(12)/Al(9)/CPP(45)，對食品具有更高的保質效果。
曾忠斌1 于佳佳2 陳欣2
(1. 國家包裝產品質量監督檢驗中心，蘭州 730030；2. 濟南蘭光機電技術有限公司，濟南 250031)
鋁箔具有材質輕、高阻隔、遮光、抗紫外線、防潮、防腐蝕、導熱快、保質期長、衛生等優良特性[1]，加工適用性好，可以直接與塑料薄膜復合，制成具有高阻隔、可熱封、耐高溫等優點的鋁塑復合包裝，適用于高溫殺菌包裝、真空包裝，常用于熟肉制品、太空食品、醬類、糊狀等食品的包裝[2]，這類食品的油脂含量較高，保質期較長，若采用普通的塑料復合膜作為包裝材料，則很可能會由于包裝的阻隔性低而引起此類食品在保質期內發生變質。另外，鋁類材料還可以通過真空鍍鋁工藝制成鍍鋁薄膜，鍍鋁薄膜與其他塑料薄膜復合得到鍍鋁復合膜，其阻隔性可接近于鋁塑復合膜。
無任何瑕疵的鋁箔可以完全遮光，其氣體透過率為零，但是由于生產原料、生產工藝及生產車間環境的影響，鋁箔表面不可避免的產生污點和針孔[3-5]。當鋁箔與塑料薄膜復合并用于食品包裝后，在外力的揉搓作用下，鋁箔表面的針孔逐漸擴大，導致包裝材料的阻隔性大大降低，甚至產生貫穿性針孔而出現泄漏的現象。因此對于鋁塑復合膜而言，耐揉搓性是影響其保質效果的重要因素。針對鋁塑復合膜的耐揉搓性問題，本研究選取了2種鋁塑復合膜PET(12)/Al(9)/CPP(45)、PET(12)/Al(9)/PA(15)/CPP(45)，1種鍍鋁復合膜PET(12)/VMPET(12)/CPP(45)進行耐揉搓性試驗，以期找到耐揉搓性優良的包裝材料，為食品企業選擇包材提供一定的依據。
一、試驗設備與方法
1. 試驗設備
VAC-V2壓差法氣體滲透率測試儀：濟南蘭光機電技術有限公司生產，控溫范圍為5℃～95℃，控濕范圍為0%RH、2%RH～98.5%RH、100%RH，氣體透過量測試范圍為(0.05～50000)cm3/m2·24h·0.1MPa，適用于各種塑料薄膜、塑料復合膜、紙塑復合膜、共擠膜、鍍鋁膜、鋁箔、鋁塑復合膜及各種工程塑料、橡膠、建材等片材的氣體滲透性測試，測試氣體為O2、N2、CO2等。
FDT-02揉搓試驗儀：濟南蘭光機電技術有限公司生產，揉搓角度為440°或400°，揉搓水平行程為155mm或80mm，揉搓頻率為45次/分鐘，共有A、B、C、D、E五種揉搓模式可供選擇，揉搓次數分別為2700次、900次、270次、20次及短行程揉搓20次，適用于塑料薄膜、薄片及各種復合膜、鍍鋁膜、鋁塑復合膜、涂層膜等材料的耐揉搓性試驗。
2. 試驗步驟
2.1 揉搓前氧氣透過量測試
將環境溫度控制在(23±2)℃，并將各試驗材料放置在干燥器中進行狀態調節至少48小時。然后用取樣裝置裁取直徑為97mm的試樣3片，分別將3片試樣安裝在VAC-V2氣體滲透儀的3個測試腔上，并用試驗腔夾緊結構夾緊試樣，試驗條件設置為23℃，相對濕度0%RH，打開真空泵，開始試驗，由于3個試驗腔互不干擾，因此可以得到3個獨立的試驗數據。
2.2 揉搓測試
從試驗材料上分別裁取280mm×200mm的試樣3片，將試樣通過膠粘帶固定在試樣夾頭上，并用固定裝置固定。選擇C類揉搓模式，開始揉搓試驗。
2.3 揉搓后氧氣透過量測試
按照2.1中的步驟測試揉搓后試樣的氧氣透過量。
若揉搓后試樣產生貫穿性針孔，其氧氣透過量超過氣體滲透儀的量程而導致試驗無法進行時，可通過松節油法查看試樣產生針孔的情況。具體操作為在揉搓后的材料上裁取150mm×200mm的試樣，并將試樣平鋪在白紙上，然后向試樣表面涂抹松節油，松節油會通過針孔滲透到白紙上，在白紙上形成斑點。
二、結果與討論
為了模擬復合膜材料在儲存、運輸、包裝過程中及食品成品包裝的物流、銷售等環節中可能受到的揉搓作用，本研究選用了揉搓模式C(對試樣揉搓270次)，以測試3種復合膜材料的耐揉搓性。3種試樣分別經過上述耐揉搓性試驗后，試驗結果見表1。
通過分析表1中數據可知，3種材料揉搓前氧氣透過量由低到高依次為PET(12)/Al(9)/CPP(45)、PET(12)/Al(9)/PA(15)/CPP(45)、PET(12)/VMPET(12)/CPP(45)，其中PET(12)/Al(9)/CPP(45)與PET(12)/Al(9)/PA(15)/CPP(45)的氧氣透過量相差無幾；經過270次揉搓之后，3種試樣的氧氣透過量均增加，其氧氣透過量由低到高依次為PET(12)/Al(9)/PA(15)/CPP(45)、PET(12)/VMPET(12)/CPP(45)、PET(12)/Al(9)/CPP(45)，其中鋁塑復合膜PET(12)/Al(9)/PA(15)/CPP(45)揉搓后氧氣透過量比揉搓前增加了約4倍，鍍鋁復合膜PET(12)/VMPET(12)/CPP(45)揉搓后氧氣透過量比揉搓前增加了約9倍，而揉搓后鋁塑復合膜PET(12)/Al(9)/CPP(45)的氧氣透過量過大，已無法進行氧氣透過量測試，將試樣迎著光線觀察，用肉眼即可發現較明顯針孔，同時經過松節油試驗后可發現白紙上出現了密集的大小不等的油斑，這說明揉搓后PET(12)/Al(9)/CPP(45)復合膜已出現了大量的貫穿性針孔。綜合上述分析不難看出，3種材料中鋁塑復合膜PET(12)/Al(9)/PA(15)/CPP(45)耐揉搓性最好，鍍鋁復合膜PET(12)/VMPET(12)/CPP(45)次之，而鋁塑復合膜PET(12)/Al(9)/CPP(45) 最差。
鋁塑復合膜PET(12)/Al(9)/PA(15)/CPP(45)與PET(12)/Al(9)/CPP(45)耐揉搓性相差如此之大主要是由其材料結構引起的。PET(12)/Al(9)/PA(15)/CPP(45)中增加了PA 層，由于塑料薄膜與鋁箔相比具有更優的柔韌性和耐揉搓性，處于鋁箔的內、外層時可以減緩外力對鋁箔層產生的揉搓作用，因此，PA層的存在增加了塑料薄膜的厚度，對鋁箔層起到了更好的保護作用；另外，由于PA 的阻隔性高，當揉搓后鋁箔層產生微小的針孔時，PA層的存在仍能使整個鋁塑復合膜的阻隔性保持在較高的水平。這兩方面原因共同作用使得PET(12)/Al(9)/PA(15)/CPP(45)耐揉搓性優于PET(12)/Al(9)/CPP(45)。與鋁箔相比，鍍鋁膜很少出現針孔和裂口，無揉曲龜裂現象，因此與結構相似的鋁塑復合膜PET(12)/Al(9)/CPP(45)相比，鍍鋁復合膜PET(12)/VMPET(12)/CPP(45)具有較高的耐揉搓性。
總體而言，3種材料中PET(12)/VMPET(12)/CPP(45)與PET(12)/VMPET(12)/CPP(45)的性能優于PET(12)/Al(9)/CPP(45)，因此前兩者更適用于需要高阻隔類食品的包裝。其中PET(12)/Al(9)/PA(15)/CPP(45)揉搓前后的氧氣透過量均低于PET(12)/VMPET(12)/CPP(45)，對食品具有更加的保質效果。但從包裝成本方面考慮，由于鋁箔的價格及生產工藝成本均高于鍍鋁薄膜，因此PET(12)/VMPET(12)/CPP(45)具有明顯的價格優勢。故食品企業在選擇食品包材時，應綜合考慮食品的特性、保質期的長短及包裝成本等因素進行合理選擇。
三、結論
耐揉搓性是制約鋁塑復合膜包裝保質效果的重要因素，本研究通過測試揉搓前后薄膜的氧氣透過量，綜合分析了鋁塑復合膜PET(12)/Al(9)/CPP(45)、PET(12)/Al(9)/PA(15)/CPP(45)及鍍鋁復合膜PET(12)/VMPET(12)/CPP(45)3種材料的耐揉搓性。研究結果表明，PET(12)/Al(9)/CPP(45)的耐揉搓性較差，在外力的作用下很容易產生貫穿性針孔，對食品的保質效果較差；而PET(12)/Al(9)/PA(15)/CPP(45)和PET(12)/VMPET(12)/CPP(45)的耐揉搓性較好，其中后者揉搓前的氧氣透過量接近于前者，揉搓后則明顯低于前者，但卻具有明顯的價格優勢，因此，食品企業可根據食品的保質要求選擇合適的包裝材料。
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