復合軟包裝材料及其性能研究

畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）設(shè)計(論文) 題目： 復合軟包裝材料及其性能研究 學生姓名： 指導教師： 二級學院： 龍蟠學院 專 業(yè)： 材料科學與工程 班 級： 學 號： 0921501005 提交日期： 2011 年 05 月 19 日 答辯日期： 2011 年 05 月 20 日 金陵科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄 I目 錄摘 要 IIAbstract III1 緒 論 11.1 引言 11.2 國內(nèi)外發(fā)達國家軟包裝發(fā)展現(xiàn)狀 11.3 本課題主要研究的內(nèi)容以及準備 52 復合軟包裝基材的特性 82.1 鋁箔 92.2 聚乙烯薄膜 92.3 聚丙烯薄膜 102.4 聚酯薄膜 112.5 紙 112.6 尼龍 133 復合軟包裝材料的性能測試 143.1 復合軟包裝材料的機械性能測試 143.2 物理性能 193.3 復合軟包裝材料其他性能測試 204 結(jié) 論 21參考文獻 22金陵科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘要 II復合軟包裝材料及其性能研究 摘 要包裝的用途主要是保護商品，方便運用，促進消費，保護資源等方面。其用途廣泛，按軟硬程度可分為 硬包裝，半硬包裝和 軟包裝。近二十年來，復合軟包裝作為包裝業(yè)的重要分支發(fā)展迅速，其已成為零售商品最主要的包裝形式。其中軟包裝中最典型的就是鋁塑復合袋。鋁塑復合袋適用于化工、食品、醫(yī) 藥茶葉、高純金屬、 電子元器件、精密儀器、大型器械以及國防尖端 產(chǎn)品的真空包裝或一般包裝。本文主要闡述了復合 軟包裝基材的特性和復合包裝材料機械性能的測試方法， 測試條件及其影響包裝材料機械性能的因素。關(guān)鍵字：復合軟包裝；性能檢測；機械性能；金陵科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） Abstract IIIComposite flexible packaging material is extremely performance studyAbstractThe main purpose is to protect the packaging of goods, convenient use, promote consumption, conserve resources and so on. The wide range of uses, according to degree of hardness can be divided into rigid packaging, semi-rigid packaging and flexible packaging. Past two decades, flexible packaging as an important branch of the packaging industry has developed rapidly, it has become the main retail packaging. One of the most typical is the flexible plastic composite bag. Plastic bag used in chemical, food, medicine tea, high purity metals, electronic components, precision instruments, large equipment and defense products, cutting-edge vacuum packaging or general packaging. This article focuses on the mechanical properties of aluminum-plastic composite packaging materials testing methods, test conditions and the mechanical properties of packaging material factors. Key words: flexible packaging; performance testing; mechanical properties; 金陵科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 章 緒論 11 緒 論1.1 引言軟包裝是在充填或取出內(nèi)裝物后，容器形狀可發(fā)生變化的包裝。該容器一般用紙、纖維制品、塑料簿膜、鋁箔、復合材料等材料制成。塑料軟包裝(或稱軟塑包裝)是指用塑料薄膜或塑料復合材料進行的軟包裝。軟包裝具有質(zhì)輕、柔軟、廢料少、占有空間少、成本低和成本有效性高(單位重量包裝的體積和重量)等優(yōu)點，所以用途廣泛。除了用于包裝食品、醫(yī)藥和紡織品外，還可以用來包裝玩具、日用品和小五金用品等。復合軟包裝材料是指兩層或兩層以上不同的撓性材料，通過一定技術(shù)組合而成的多層材料，所用復合基材有塑料、鋁箔、紙、玻璃紙等。復合軟包裝材料屬于軟包裝材料中的一類。復合軟包裝材料在食品包裝、醫(yī)藥包裝、化妝品包裝中應(yīng)用極為廣泛。復合軟包裝材料綜合性能好，具有高強度、高阻隔性，耐高低溫、包裝操作適應(yīng)性好、衛(wèi)生安全、能夠滿足食品包裝、化妝品包裝、醫(yī)藥包裝等對材料的全方位要求。用于食品包裝時，內(nèi)層材料要求無毒、無味、耐油、耐化學性好，具有熱封和粘合性。常用有 PE、CPP、EVA 等熱塑性材料。外層材料要求光學性能好、印刷性好，具有較高的強度和剛性。常用的外層材料有 PET、PA 、BOPO 、鋁箔及紙類等材料。復合的工藝方法大體有層合法、涂布法、共擠法、真空鍍膜等。軟包裝材料不同的用途，使用環(huán)境對其性能的要求是不同的，例如聚丙烯類薄膜由于其不耐低溫不能應(yīng)用在使用溫度較低的環(huán)境，包裝粉末狀固體的產(chǎn)品熱封層需要良好的抗污染性，盛裝形狀不規(guī)則的產(chǎn)品需要極好的耐穿刺性能，堆碼的產(chǎn)品外包裝需要較大的摩擦系數(shù)使其不容易滑落，盛裝易氧化及吸水的產(chǎn)品時需要包裝具有較好的阻隔性能，盛裝需要在高溫環(huán)境中使用的產(chǎn)品需要具有耐高溫蒸煮性。并不是各種性能都是越高越好，這樣生產(chǎn)的成本就會很高，可以根據(jù)其不同用途選擇包裝的材質(zhì)，在一定程度上即節(jié)約了成本，又達到了使用者的要求。因此，在鋁塑軟包裝材料的生產(chǎn)過程中，各種性能的測試是保證生產(chǎn)廠家及使用者利益的方法。1.2 國內(nèi)外發(fā)達國家軟包裝發(fā)展現(xiàn)狀在世界塑料工業(yè)中，用量最大的是包裝企業(yè)，一般占塑料總用量的金陵科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 章 緒論 225%70%。以塑料工業(yè)最發(fā)達的美國、日本和德國為例，包裝用塑料占塑料總消費份額的 27.2%、32.8%和 27.2%(我國塑料包裝占塑料消費比例的 25%左右)。塑料材料發(fā)展的方向是提高性能、降低成本和有利于環(huán)保。隨著塑料新品種開發(fā)，加工技術(shù)和機械的改進，提高了材料和包裝制品性能。既可降低材料消耗和成本，又符合人們對環(huán)境的要求。據(jù)歐洲塑料生產(chǎn)廠家協(xié)會研究報告表明，近十年用于包裝的塑料平均重量下降 28%，每年減少用量 180 萬噸以上，節(jié)省了資源，其中的塑料包裝薄膜最為有效，占節(jié)省的 70%以上。塑料軟包裝消費年均增長率過去和未來都高于其他包裝方法，不僅比紙質(zhì)包裝增加快，而且也高于塑料硬包裝。美國著名的商務(wù)通訊公司在變化中的塑料軟包裝工業(yè)專項報告中提供的數(shù)據(jù)為:世界塑料軟包裝市場總用量僅 2001 年達 631 萬噸。從國際上看，盡管塑料包裝材料一直經(jīng)受環(huán)境問題的嚴重挑戰(zhàn)，但從近年來發(fā)表的數(shù)據(jù)看，塑料包裝在包裝工業(yè)中仍成為需求增長最快的材料之一。據(jù)美國Freedonia 集團的統(tǒng)計分析和預(yù)測，美國包裝領(lǐng)域中紙和塑料 19962001 年間平均增長率為 2.4%，其中紙板為 1.6%，塑料為 3.4%。根據(jù)日本包裝技術(shù)統(tǒng)計資料，日本塑料包裝材料銷售量在各類包裝總銷售量中所占比例為15.4%，仍位于紙和紙板(57.5%)之后居第 2 位，其余為金屬 12%，玻璃為9.2%，木制品為 5.20%，其它為 0.7%。21 世紀是環(huán)保世紀，環(huán)境問題日顯重要，資源、能源更趨緊張，塑料包裝材料將迎來新的機遇，也將經(jīng)受嚴峻的挑戰(zhàn)，為適應(yīng)新時代的要求，塑料包裝材料除要求能滿足市場包裝質(zhì)量和效益等日益提高的要求外，還進一步要求其節(jié)省能源、節(jié)省資源，用后易回收利用或易被環(huán)境降解為技術(shù)開發(fā)的出發(fā)點。為此塑料包裝材料正向高機能、多功能性、環(huán)保適應(yīng)性、采用新型原材料，新工藝、新設(shè)備及拓寬應(yīng)用領(lǐng)域等方向發(fā)展。高機能，多功能性塑料包裝材料成為許多國家熱點開發(fā)的包裝材料，并已有部分產(chǎn)品投入了工業(yè)生產(chǎn)。這類材料包括高阻隔性、多功能保鮮性，選擇透氣性、耐熱性、無菌(抗菌)性以及防銹、除臭、形狀記憶、能再封、易開封性等塑料包裝材料，其中以高阻隔性多功能保鮮、無菌包裝材料等發(fā)展更為迅速，將成為 21 世紀初發(fā)展的重點。另外，當今已是信息化時代，各種頻率、波長的電磁波充滿整個地球空間。這些電磁波對電子元件、電路板、計算機通訊設(shè)備等產(chǎn)生不同程度的干擾，造成數(shù)據(jù)失真，通訊紊亂。而電磁感應(yīng)和摩擦產(chǎn)生的靜電對電子元件、儀器、儀表因靜電積累產(chǎn)生的高壓放電將有破壞性，因此，開發(fā)防靜電、導電的軟塑包裝材料，具有廣闊的發(fā)展前景。21 世紀初，隨著世界經(jīng)濟的日益增長，高科技不斷發(fā)展，產(chǎn)品日新月異，人們生活更趨向方便，休閑，無論是日用品包裝、食品包裝、工業(yè)包裝都有了更高的要求，另一方面隨著環(huán)保呼聲日烈，在滿足包裝功能的前金陵科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 章 緒論 3提下，盡量減少垃圾的產(chǎn)生量，從而呈現(xiàn)包裝薄膜、容器、片材向輕量化、薄壁化發(fā)展趨勢，其關(guān)鍵技術(shù)是積極采用具有超韌性、能加工較薄、較易加工的新型原料，如雙峰高分子 HDPE、茂金屬催化劑的聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯塑料合金等，給塑料包裝提供了更多的原料選擇。特別是聚乙烯、聚丙烯的開發(fā)，進一步提高了軟包裝結(jié)構(gòu)的許多性能，如韌度、透明性、阻隔性、耐熱性和抗穿刺性能等，并可降低熱封溫度、改進加工性、提高包裝生產(chǎn)線速度等。聚乙烯食品包裝膜的特點之一是可以控制氧氣、二氧化碳以及水蒸氣的滲透率，可用于可控氣調(diào)包裝，大大延長食品的貨架壽命，主要用于超市色拉、胡蘿卜片、椰菜花及肉類等半成品包裝以及農(nóng)產(chǎn)品保鮮袋、阻滲性收縮袋等。被喻為明日塑料之星的塑料共混物、塑料合金、無機材料填充增強的復合材料在 20 世紀發(fā)展的基礎(chǔ)上，通過基礎(chǔ)研究兩方面共同努力，生產(chǎn)和加工技術(shù)將獲得進一步提高和完善，產(chǎn)品性能改進和系列化、功能化方面也將取得更大的進展，對提高塑料包裝質(zhì)量，附加值和環(huán)保適應(yīng)性以及開發(fā)新產(chǎn)品將產(chǎn)生更大的影響。隨著塑料包裝產(chǎn)品質(zhì)量的提高，功能性增加及新品種的不斷開發(fā)，其用途也進一步拓寬，特別是高阻塑料包裝材料由食品包裝為主逐步更多地拓寬到非食品包裝領(lǐng)域，其中工業(yè)包裝、醫(yī)藥包裝、農(nóng)副產(chǎn)品包裝、建材包裝、航海用品包裝等都將會獲得進一步發(fā)展。進入 21 世紀，世界經(jīng)濟大調(diào)整，繼續(xù)深化及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)變是世界產(chǎn)業(yè)變革的總背景，也是塑料工業(yè)環(huán)境變化的背景，塑料包裝材料與傳統(tǒng)包裝材料比較，從產(chǎn)品整個生產(chǎn)同期評價分析，節(jié)省能量、節(jié)約資源、廢棄物產(chǎn)生量減少、環(huán)境負荷也較輕，因此在 21 世紀初發(fā)展仍占據(jù)重要地位和發(fā)揮重要作用，但塑料包裝材料相當一部分為一次性消費品，用后在自然環(huán)境中較難降解，也不可忽視。目前用量最大的是食品包裝，約為 168萬噸。總之，多姿多彩的塑料軟包裝以其優(yōu)良的綜合性能，不斷取代其他包裝，用途日益擴大，合理的價格和有利于環(huán)境而成為包裝業(yè)中發(fā)展最快的制品，預(yù)計未來幾年仍將保持良好的增長勢頭。我國塑料包裝材料經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，已形成一定規(guī)模，在包裝市場中占有重要地位，對國民經(jīng)濟的建設(shè)起了積極作用。1980 年產(chǎn)量僅有 19.1 萬噸，產(chǎn)值 30 億元;2002 年產(chǎn)量達到 401 萬噸，產(chǎn)值達到 680 億元，占包裝工業(yè)產(chǎn)值2500 億元中的 27%。行業(yè)裝備水平不斷提高，有的已經(jīng)達到發(fā)達國家的先進水平，涌現(xiàn)了一批新產(chǎn)品、新技術(shù)、新材料，市場需求迅速增長，應(yīng)用廣泛，快速發(fā)展，平均年增長率為 12%，2002 年比 2001 年增長 14.20%。復合包裝基材克服了長期進口雙向拉伸薄膜的局面，現(xiàn)在每年出口薄膜在 30 萬噸左右，創(chuàng)匯在 30 億美元。塑料包裝材料規(guī)模以上企業(yè)共有 8000 多家，其中薄膜制造業(yè)金陵科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 章 緒論 42240 家，絲、繩編織制品 4300 家，泡沫塑料 500 家，包裝箱及包裝容器 679家。據(jù)統(tǒng)計，預(yù)計今年塑料原料增長 16%，塑料制品增長 15.8%，出口交貨值增加 12%。塑料包裝材料產(chǎn)量預(yù)計達到 460 萬噸，比去年 401 萬噸增長 15%，其中雙向拉伸薄膜、軟塑復合塑料包裝材料和包裝容器(瓶、箱、桶)增幅較大，雙向拉伸薄膜增長最快。美國軟包裝協(xié)會的2002 年行業(yè)狀況報告指出，軟包裝市場是價值 200億美元的行業(yè)，占包裝市場總量 1140 億美元的 17%，成為包裝市場的第二大部門(而美國紙制品加工市場至今為止仍是最大的)。美國的另一份報告認為，美國軟包裝的市場前景非常廣闊。該報告指出了 2005 年，美國最具發(fā)展?jié)摿Φ娜笫袌?一是新鮮農(nóng)產(chǎn)品，目前已有一半農(nóng)產(chǎn)品采用軟包裝:二是醫(yī)藥品;三是食品市場，寵物食品市場是其中一個新亮點?，F(xiàn)在的綠色包裝發(fā)展迅速，因為它同時具備三個基本條件，即安全、衛(wèi)生，環(huán)境保護適應(yīng)性與節(jié)約資源。近年來在塑料軟包裝領(lǐng)域，綠色包裝有明顯的進展，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1、環(huán)境保護適應(yīng)性好的生產(chǎn)工藝，特別是清潔生產(chǎn)，越來越受到業(yè)界歡迎。在軟包裝生產(chǎn)中，清潔生產(chǎn)的工藝所占比例不斷擴大。使用不產(chǎn)生三廢物質(zhì)的生產(chǎn)工藝，替代對環(huán)境影響較大的干法復合工藝。如采用無溶劑復合、共擠出復合、擠出復合等工藝，替代干法復合工藝，生產(chǎn)塑料軟包裝材料;利用真空蒸鍍的方法，生產(chǎn)含鍍鋁層、含鍍氧化鋁層以及含鍍氧化硅層的高阻隔性軟包裝復合基材，減少鋁材的用量等方面的開發(fā)研究工作，也取得了良好的進展；2、環(huán)境保護適應(yīng)性較好的原料及輔助材料的應(yīng)用不斷增加。干法復合中水劑粘合劑的應(yīng)用、醇溶劑油墨的應(yīng)用、高濃度聚氨酷粘合劑的應(yīng)用以及利用PVA、改性 PVA 溶液，通過涂布加工制造高阻隔軟包裝基材等；3、廢棄軟包裝材料的無害化處理。塑料購物袋的無害化回收利用(廢水的處理達標排放)，塑料薄膜的易焚燒化(填料高填充化)以及降解塑料薄膜的產(chǎn)業(yè)化等。塑料軟包裝材料耗用原料少、成本低廉、同時具有攜帶使用方便的優(yōu)點，因而具有很強的市場競爭力，特別是在采用塑料袋替代中空包裝容器方面效果顯著。近幾年來，具有特定功能的塑料軟包裝袋的開發(fā)成功，使以前一直沿用瓶子包裝的許多商品，例如牛奶、醬油、醋類、白酒、藥品以及農(nóng)藥等商品，均已部分為塑料軟包裝袋所替代。以食品工業(yè)為例，美國人對食品消費需求向多規(guī)格、多樣化的方向發(fā)展。為使食品包裝方便美觀，易于開啟、儲藏，企業(yè)不斷向市場推出新食品包裝產(chǎn)金陵科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 章 緒論 5品。在小食品包裝的邊沿采用聚丙烯/亞乙醛烯醇/聚丙烯材料，這樣易于開啟?？觳托√鹈姘捎镁劭岜∧ぐb和用固體漂白硫酸鹽紙板制成的盤子盛放，可解決過去需就地烘焙，花費大量勞動力且質(zhì)量不一的問題，亦可延長保存期。高功能化、提高產(chǎn)品質(zhì)量并降低成本，是市場經(jīng)濟中商品提高競爭能力的需求，也是軟包裝材料發(fā)展的主要方向之一。為了實現(xiàn)高功能低成本化的需求，目前軟包裝材料生產(chǎn)方面的發(fā)展有以下一些特征:1、多種復合方法的綜合應(yīng)用。a.多層共擠復合工藝與拉伸制膜工藝的結(jié)合使用。通過這種組合，在生產(chǎn)線中經(jīng)過一次加工，同時完成復合與拉伸的加工，可提高產(chǎn)品質(zhì)量或者降低產(chǎn)品成本，或者同時達到提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本的目的。b.多層共擠復合與干法結(jié)合使用。利用多層共擠復合生產(chǎn)具有PE/LDPE 結(jié)構(gòu)的熱封合基材，然后再通過干法復合工藝與其他基材，例如承載或者阻隔基材，以 PE 做熱封面改善熱封性;以 LDPE 為主層降低成本。這種多層結(jié)構(gòu)的熱封基材，已用于洗發(fā)液等多種產(chǎn)品的包裝，在不增加生產(chǎn)成本的情況下，可明顯地減少破損率。2、生產(chǎn)工藝與設(shè)備的改進。通過科技創(chuàng)新，改進生產(chǎn)工藝和設(shè)備，對于提高軟包裝產(chǎn)品質(zhì)量與降低成本具有積極的意義。例如蒸鍍鋁前薄膜的表面預(yù)處理，可以大幅度提高蒸鍍層的牢度，制造出高阻隔型軟包裝基材。3、新型原材料的開發(fā)應(yīng)用。塑料新品種的開發(fā)應(yīng)用是軟包裝材料發(fā)展的重要方面，特別是茂金屬聚乙烯的工業(yè)化生產(chǎn)以后，在軟包裝材料熱封層中的應(yīng)用，具有良好的性能價格比，效果十分顯著。近年來新型原材料的開發(fā)應(yīng)用中，值得注意的還有雙峰聚乙烯，聚乙烯醇涂布聚乙烯薄膜、聚乙烯醇涂布聚丙烯薄膜，蒸鍍鋁型 PET 薄膜，蒸鍍鋁型薄膜，蒸鍍氧化硅型 PET 薄膜，蒸鍍