黃夢筍

（貴州省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院，貴州 貴陽 550004）

1 引言

近些年來，塑料復(fù)合膜的應(yīng)用逐漸減普遍。塑料復(fù)合膜因為其所具有的防潮、防滲透、質(zhì)地堅韌等特點，被廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品的外部包裝，因為質(zhì)地輕盈、式樣精美受到廣大群眾的喜愛，作為一種優(yōu)質(zhì)的包裝材料在我國得到迅速發(fā)展。但復(fù)合膜做包裝袋時存在一個封口處容易被撕裂的問題，使其應(yīng)用功能大打折扣。本文以雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合膜包裝袋為研究對象，對其封口受熱容易撕裂的現(xiàn)象進(jìn)行分析，希望對以后復(fù)合膜包裝袋的生產(chǎn)有所幫助。

2 復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)原理

所謂復(fù)合膜就是先用一種聚合物制成多孔支撐膜，再用另一種聚合物在支撐膜表面形成一層極薄的致密分離層的方法制成反滲透膜，這樣用兩種或兩種以上不同的單層膜材料，分別制成具有分離功能的致密層和起支撐作用的多孔支撐層組成的膜就叫做復(fù)合膜，而實際上使用的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)依據(jù)功能不同有2層至6層多種結(jié)構(gòu)，其中食品包裝常用的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：①雙層復(fù)合膜如PA/PE、紙/鋁箔、紙/PE、PET/PE等；②三層復(fù)合膜如 BOPP/PE/OPP、PET/PVDC/PE、PET/PT/PE、PT/AL/PE等；③四層復(fù)合膜如PT/PE/BOPP/PE、PVDC/PT/PVDC/PE、紙/鋁箔/紙/PE等；④五層復(fù)合膜如PVDC/PT/PE/AL/PE等；⑤六層復(fù)合膜如PE/紙/PE/AL/PE/PE等。復(fù)合膜設(shè)計使用復(fù)合膜的基本目的就是把各種材料的功能取長補(bǔ)短合并起來使用，比如雙層復(fù)合膜中常用的PA/PE結(jié)構(gòu)，PA是尼龍料的英文縮寫，該種材料具有耐高溫的特點，但無熱封性能不能封口，不能單獨做袋子；而PE是塑膠聚乙烯的英文縮寫，該材料具有熱封性能優(yōu)良的特點，但不耐高溫，所以使用PA/PE結(jié)構(gòu)，將PA做外層膜，PE做內(nèi)層膜，中間用粘合劑粘合，使用的時候外層膜PA耐高溫，內(nèi)層膜PE具熱封性，就可以用來做真空包裝了。

3 復(fù)合膜包裝袋的封口方法和原理

用熱封法進(jìn)行焊接是現(xiàn)在到大數(shù)使用的復(fù)合膜材料的包裝袋封口所用的基本方法。復(fù)合膜受熱后會發(fā)生熱熔，并因此產(chǎn)生膜層成份中的分子擴(kuò)散。所以，溫度升高到能夠供給復(fù)合膜相當(dāng)多的熱量，復(fù)合膜與復(fù)合膜之間就會發(fā)生受熱引起的熔融現(xiàn)象，這時候施以足夠的壓力，當(dāng)溫度下降熔融過程結(jié)束時，兩張復(fù)合膜冷卻之后就能夠很緊密的結(jié)合在一起。

熱封法的基本原理為：當(dāng)兩張或數(shù)張復(fù)合膜之間經(jīng)歷過熱量傳遞過程和質(zhì)量傳遞過程以后，復(fù)合膜的各層膜都會處在一種三維的熔融流動狀態(tài)。質(zhì)量傳遞之所以會發(fā)生就是因為體系中存在物質(zhì)濃度不均的現(xiàn)象，而經(jīng)過熱量傳遞和質(zhì)量傳遞之后，復(fù)合膜內(nèi)各層膜的溫度和濃度均會趨向一個平衡的溫度和濃度值。蛇行理論中的描述很好的說明的這一現(xiàn)象的發(fā)生過程，當(dāng)溫度升高引起復(fù)合膜組分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不太緊密時，其結(jié)構(gòu)內(nèi)的分子鏈將會發(fā)生擴(kuò)散運(yùn)動，其運(yùn)動形式因較為類似蚯蚓而稱之為蛇行，分子鏈蛇行通過相鄰的分子所組成的母體結(jié)構(gòu)，形成擴(kuò)散。當(dāng)溫度有所下降，粘結(jié)在一起的復(fù)合膜就會冷卻，而處于擴(kuò)散狀態(tài)的各分子鏈就會停留在其所處的纏繞狀態(tài)，從而形成了新的結(jié)構(gòu)組合。該理論中將擴(kuò)散的激烈程度定義為擴(kuò)散常數(shù)D1，其計算公式為D1，=kT1。其中k為波爾茲曼常數(shù)，即分子受熱動能平衡常數(shù)。1代表的是分子遷移率。分子遷移率與分子擴(kuò)散常數(shù)兩種因子都同分子鏈的長度沒有太大關(guān)系。而字母T則代表的是發(fā)生分子擴(kuò)散時所處的溫度值。在使用熱封法進(jìn)行封口時，對封口處給以一定壓力能夠促進(jìn)復(fù)合膜各層膜之間的分子擴(kuò)散運(yùn)動。當(dāng)溫度下降時，分子擴(kuò)散運(yùn)動停止，各層膜之間的分子鏈相互交纏在一起形成新的組合，封口處的幾層復(fù)合膜也就牢固的結(jié)合在了一起。

4 復(fù)合膜封口易撕裂機(jī)理分析

以結(jié)構(gòu)最簡單的雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合膜為例進(jìn)行分析，復(fù)合膜包裝有內(nèi)外兩層膜復(fù)合而成，即外膜和內(nèi)膜，兩層膜的化學(xué)組分并不相同，所以其熱熔、熱分解的臨界溫度也不相同，所以當(dāng)溫度達(dá)到熱熔臨界溫度較低的膜層的臨界溫度時，該層膜就會發(fā)生融化變形，致使復(fù)合膜的復(fù)合結(jié)構(gòu)遭到破壞，內(nèi)外膜之間產(chǎn)生拉應(yīng)力，就容易導(dǎo)致包裝袋封口的易撕裂現(xiàn)象。

云南大學(xué)楊愛明等以火腿的復(fù)合膜包裝袋為對象對復(fù)合膜的兩層膜分別進(jìn)行厚度、紅外光譜分析、熔融指數(shù)測定及差熱分析，測出復(fù)合膜包裝袋其內(nèi)層膜的成分中最主要的應(yīng)為聚丙烯，而其所用的復(fù)合膜包裝袋外層膜的成分中最主要的應(yīng)為聚酰胺610，兩種材料都屬于加熱軟化、冷卻后硬化的塑料，但在具體性能上卻有很大差別。該試驗中對兩層膜的軟化臨界溫度和受熱分解的臨界溫度值進(jìn)行測定（參見下面圖1和圖2），對外層膜的測試顯示外層膜的軟化臨界溫度值為221攝氏度，受熱分解的臨界溫度值為347.3攝氏度。該實驗對復(fù)合膜內(nèi)層膜和外層膜軟化臨界溫度和熔融指數(shù)的測定為復(fù)合膜封口易撕裂的原因確定提供了很重要的證據(jù)。

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通常在進(jìn)行熱封焊接法封口時為了追求美觀，常將熱封溫度控制在內(nèi)外層膜軟化臨界溫度之間，這樣就可以避免發(fā)生封口的嚴(yán)重變形事件。但是溫度處在兩層膜軟化臨界溫度之間時，外層膜并沒有發(fā)生軟化，這樣很難實現(xiàn)內(nèi)外兩層膜的相互融合。兩層膜之間的粘合事實上是通過內(nèi)層膜上的粘合劑實現(xiàn)的。而由于該溫度已經(jīng)超過了內(nèi)層膜的軟化臨界溫度，所以內(nèi)層膜就會發(fā)生軟化流動，當(dāng)溫度下降時則會產(chǎn)生冷卻收縮，內(nèi)層膜發(fā)生形變過大，一方面減少了內(nèi)層膜和外層膜的接觸面積，使粘合劑的作用有所下降；另一方面內(nèi)層膜的急速收縮會使內(nèi)層膜中形成熱封同未形成熱封的部分交界的地方形成較強(qiáng)的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)一步削弱內(nèi)層膜同外層膜之間的粘合力。這樣所形成的復(fù)合膜封口相當(dāng)容易被撕裂，一旦封口遇到扯拉，內(nèi)外層膜就會發(fā)生分立。

[1]楊愛明等.復(fù)合膜包裝袋封口易撕裂的機(jī)理研究[J].光譜學(xué)與光譜分析，1999（6）：322-323.

[2]吳大成.高分子的標(biāo)度和蛇行理論，成都：四川教育出版社，1989：139.

[3]趙珧興，孫祥玉.光譜解析與有機(jī)結(jié)構(gòu)鑒定，合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1992：97-165.