功能性塑料薄膜在包装领域的应用与发展

刘海东 尹洪锋 牛思双

近年来，随着国内外市场的相互融合，人们对包装的综合要求逐渐提升，包装不仅要具有更高的安全卫生性、更好的保护性能、更简易的开启方式，还要具有良好的环境友好性，不仅能满足人类对健康的追求以及适应快节奏生活，还能响应绿色环保的发展趋势。塑料薄膜作为包装领域应用较为普及的一种原材料，尤其是功能性薄膜，在包装中扮演着十分重要的角色，可以说人们对包装的大多需求可以通过改善功能性塑料薄膜的各项性能来实现。下面，笔者将对几类具有市场潜力的包装用功能性塑料薄膜进行介绍，期望能帮助行业人士更加全面地认识功能性塑料薄膜及其特性，为包装选材提供有用的依据。

高阻隔性薄膜

高阻隔性薄膜是包装用功能性塑料薄膜中最重要、应用最广泛的一种，其对如氧气、水蒸气、液体及异味等小分子有良好的屏蔽功能。目前，高阻隔性薄膜在食品和药品包装领域的应用较为广泛，其主要有以下几种类型。

1.EVOH薄膜

EVOH薄膜为乙烯-乙烯醇共聚物，既有PE薄膜的高阻湿性能，又有PVA薄膜的高阻气性能，应用在食品包装上，可大大提高食品的保香性，延长食品的保质期。

EVOH薄膜具有较高的机械强度，良好的光泽度、透明性和耐油、耐有机溶剂性能，是所有高阻隔性薄膜中热稳定性最好的一种材料。由于EVOH薄膜的分子结构中含有-OH亲水基团，易吸收水分，从而影响其阻隔性，所以EVOH薄膜一般用作复合薄膜的中间层。

2.PVDC薄膜

PVDC是偏二氯乙烯（VDC）与氯乙烯（VC）或其他单体的共聚物。PVDC薄膜是国内研发最早的一种高阻隔性材料，且使用历史较长，由于其成型加工性较差，更多地应用于复合薄膜的阻隔层或薄膜的阻隔涂层。在国内市场，PVDC薄膜主要用作火腿和香肠的包装，整个包装和内容物必须进行高温高压杀菌处理。

但由于PVDC薄膜中含有氯，燃烧处理时所产生的有害物质会污染空气。所以，近年来在许多国家出台的标准法规中都限制PVDC在包装材料中的使用，尤其是欧洲一些国家，更是将PVDC划为禁用材料。

3.K涂层薄膜

K涂层薄膜一般采用双向拉伸薄膜（如BOPP、BOPA等）作为基材，涂布PVDC或偏二氯乙烯与丙烯酸树酯共聚胶乳薄层，使薄膜具有良好的阻气、阻湿、保香及低温热封性能。一般情况下，PVDC涂层厚度为2μm，涂层越厚，薄膜的阻隔性越好，但成本也越高。许多研究人士力求通过研发出高阻隔性的涂层来满足使用者对高性价比K涂层薄膜的需求，如日本研究的新型PVDC乳胶，能使K涂层薄膜具有更好的阻隔性、爽滑性和易热封性，适用于高速包装，以及对包装阻隔性要求较高的场合。

4.真空镀SiOx薄膜

真空镀SiOx薄膜所使用的氧化硅镀膜为Si2O3和Si3O4的混合物，可采用物理沉积法和化学沉积法在薄膜基材（如PET、PA等）上镀一层氧化硅，镀层厚度通常≤100nm。氧化硅镀层透明性极好，相当于在薄膜上涂覆一层“透明玻璃”，不仅能使薄膜保持良好的透明性，还能有效降低氧气、水蒸气等的透过率，更能显著提高真空镀SiOx薄膜的耐油性、耐药品性、环境适应性、微波炉适应性，可应用于油脂食品、冷冻食品、饮料、医药、化学试剂等产品的包装。

5.特殊尼龙MXD2薄膜

尼龙与PET一样，属中等阻隔性材料，但经过改性的特殊尼龙MXD2薄膜则克服了尼龙吸湿率高的缺点，不仅具有极低的吸湿率，而且阻气性随着环境温湿度的增加下降得很少。在标准条件下，特殊尼龙MXD2薄膜对氧气的阻隔率略低于EVOH，但经蒸煮处理后，其氧气透过率则变得极低。尽管特殊尼龙MXD2薄膜开发得较晚，但发展速度却相当迅速，目前主要应用于蒸煮包装。

6.PEN薄膜

PEN（聚苯二甲酸乙二醇酯）薄膜质量轻、刚性强、耐高温（可达265℃）且耐温性能稳定，水蒸气和气体渗透率低，具有良好的抗紫外光穿透性，尤其适用于环境条件较为恶劣或对阻隔性有特殊要求的场合。PEN薄膜是一种综合性能比较优秀的高阻隔性材料，应用领域较为广泛，如杜邦公司生产的PEN薄膜应用于扬声器高音振膜。但相比其他功能性薄膜，PEN薄膜的生产成本较高，导致其在包装市场的推广应用受到很大限制。

水溶性薄膜

水溶性薄膜主要有高温型（40℃以下完全不溶，80℃以上完全溶解）和低温型（遇水即溶）两种。前者特别适用于水果套袋，后者则可用于食品、医药包装。水溶性薄膜遇水后能自动产生微孔，实现缓释功能，废弃之后也不会造成“白色污染”，属于环境友好型薄膜塑料。

水溶性薄膜的主要特点是能彻底生物降解、无毒、安全、热封强度较高、具有防伪功能、印刷性能好、抗静电防尘等，其主要原料是低醇解度的聚乙烯醇（PVA），同时添加各种助剂，如表面活性剂、增塑剂、防粘剂等。其作为一种新颖的绿色包装材料，在欧美、日本等国家和地区被广泛应用于各种产品的包装，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、摄影及园艺护理用化学试剂等，并被批准用于食品包装和药品包装。

美国WTP公司、CCLP公司、法国GRENSOL公司和日本合成化学公司是全球领先的水溶性PVA薄膜生产企业。在国内，水溶性薄膜市场正在兴起。北京工商大学轻工业塑料应用技术研究所通过筛选出能降低PVA塑化温度的塑化改性剂，实现了PVA干法熔融造粒及吹膜加工，并申请了5项专利，现在部分专利已转让并投入生产。株洲工学院与广东肇庆方兴包装材料公司联合研发了水溶性薄膜及其生产设备，其产品正走向市场。

气调保鲜薄膜

气调保鲜方式通常是将理想气体一次性充入包装容器内，让已失去生命活性的内容物进行气体置换，从而达到保鲜的目的。而采摘后的生鲜果蔬仍有生命活动，在有氧呼吸和无氧呼吸过程中会产生乙烯等气体，从而加速包装内果蔬的成熟，非常不利于果蔬保鲜。果蔬气调保鲜包装的机理是在保证果蔬必要的生理活动下，降低包装内O2的含量，提高CO2的含量，并排除掉对果蔬成熟起促进作用的乙烯，保持适度的低温，抑制果蔬的呼吸强度，减少消耗，从而达到延缓衰败、延长保质期的目的。

因此，必须根椐果蔬种类、呼吸速率、储运环境等不同条件来选择具有适当透气率的包装薄膜，同时根据需求输入理想气体进行气调，包装内的气体组分及含量越接近产品气调包装理想气体的水平，果蔬的保鲜期越长。大多数果蔬较适宜的理想气体指标为：O2含量为1%～5%，CO2含量为3%～10%。

当然，实际应用中还要根据具体果蔬的最适气调条件和薄膜材料的气体透过率来选材。测试数据显示，PE、PS、PP、PVC等薄膜均具有良好的透气性，对不同气体的透过率为N2∶O2∶CO2=1∶（3～5）∶（15～30），这些薄膜对不同气体的选择透过性有利于包装内保持低O2、高CO2的状态。此外，采用具有水蒸气阻隔性和防雾性，同时具有吸收乙烯等特殊功能的塑料薄膜，对延长果蔬保质期、解决长途运输问题、延长货架期更为有利。

可生物降解薄膜

普通薄膜密度小、质量轻、表面积大、不易降解，丢弃在环境中难以回收再利用，是造成“白色污染”的“元凶”，给生态环境造成极大破坏。降解薄膜按降解机理分为可生物降解薄膜、光降解薄膜和环境降解薄膜，其中可生物降解薄膜是包装用材的重要发展方向。

可生物降解薄膜主要由能被微生物完全分解的物质组成，这些物质来源于可再生的淀粉、纤维素、壳聚糖及其他多糖类天然材料，大大减少了石油资源的消耗量，而这些天然材料的最终降解产物为CO2和H2O，可被自然全部消化，完全不会对环境造成二次污染。可生物降解薄膜的主要类型有聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）等。

以PLA薄膜为例，采用普通的成型加工设备进行挤出和吹膜，然后印刷制袋，包装成品具有良好的力学性能、气味阻隔性和卫生安全性。

当前，在可生物降解薄膜领域，美国的GDP公司、日本的岛津公司和DIC公司处于领先地位，这些公司已有多款产品实现了商品化和产业化，但由于品种和产量较少，成本较高，主要应用于医疗材料和高档食品包装。未来，随着环保压力的增加以及可生物降解薄膜产量的提升，可生物降解薄膜有望与传统塑料薄膜抢夺市场份额。

除上述类型之外，包装用功能性塑料薄膜还有纳米塑料薄膜、抗菌性薄膜、易分离型热封薄膜、易撕裂薄膜、微波食品包装薄膜等。但整体来看，目前我国功能性塑料薄膜的发展还不够成熟，企业创新意识比较薄弱。随着产品的分类细化和生产设备的专业化，国内企业应在引进新设备和新技术的基础上认真消化吸收，提高自主创新能力，不断增强自身产品在市场上的竞争力，促使我国功能性塑料薄膜向着品种多样化、专用化的复合膜方向发展。