■ 文/天津科技大學包裝與印刷學院　王強強、陳瑞鵬、梁俊

一、前言

目前，中國正在努力實現(xiàn)從包裝大國到包裝強國的過渡，同時，包裝工業(yè)的快速增長與低水平投入的現(xiàn)狀造成整個包裝行業(yè)的過度浪費和污染，高耗能，高排放等問題仍然是包裝工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。

從包裝的定義來講，包裝是指“為在流通過程中保護產品、方便儲運、促進銷售，按一定技術方法而釆用的容器、材料及輔助物等的總體名稱。也指為了達到上述目的而釆用的容器、材料和輔助物的過程中施加一定技術方法等的操作活動”。在商品日益充盈的時代，功能性包裝應該更加注重細節(jié)，尊重客戶、關注環(huán)境等特點。包裝產品的形式必須主動適應銷售需要加人機需求。

功能性包裝區(qū)別于產品的銷售包裝，極力避開和弱化產品在包裝印刷、色彩、圖案等有利于吸引消費者購買的設計元素上。因此，功能性包裝對材料選擇，結構選型，工藝過程，后續(xù)的儲運方式以及包裝材料的回收重用等元素作為主要的考量對象，有助于概念設計階段從全生命周期的角度全面考察產品包裝所涉及的成本要素。

二、功能性包裝薄膜

目前已產業(yè)化并在包裝領域中具有重要意義的功能性包裝薄膜，可以列舉出收縮性包裝薄膜、阻隔性包裝薄膜、纏繞薄膜、表面保護膜、易開封薄膜、抗菌薄膜、降解薄膜、抗靜電薄膜、防銹薄膜等等。

功能性包裝薄膜是包裝材料中的重要品種，往往是一些特定包裝的不可或缺的材料，在塑料包裝材料中，具有十分重要的地位。

（一）定義

功能性包裝薄膜，至今沒有嚴格的定義，通常指具有普通通用塑料包裝薄膜所不具備的某一（或者某些）特殊功能、可以滿足包裝應用上的特殊需要的塑料包裝薄膜。

（二）功能性包裝薄膜的制備

功能性包裝薄膜的制備：通過配方（樹脂和助劑）的設計制備功能性包裝薄膜、復合工藝制備高阻隔性薄膜、通過拉伸工藝（或拉伸與特定配方相結合）制備功能性薄膜等，以達到提高對商品的保護功能、方便商品的使用、改善包裝操作適應性、改善環(huán)境保護適應性、降低生產成本的效果，制備流程如圖1所示。

圖1　功能性塑料薄膜的制備流程

三、討論

（一）收縮性包裝薄膜

為了滿足部分商品的銷售需求，要求包裝膜具有良好的阻隔性能，主要通過多層復合工藝來增強阻隔性能，目前熱收縮薄膜包裝材料，主要有PVC、PE、PP、EVA、PVDC、PS、PET等，PVC熱收縮薄膜透明、熱收縮溫度低，使用方便，但光熱穩(wěn)定性差，加熱時分解產物氯乙烯單體已被醫(yī)學界列為致癌物質；LDPE熱收縮薄膜，成型加工方便，但霧度較高；PP熱收縮薄膜有高的透明度和剛性，但熱收縮溫度高，限制了其應用范圍。多層復合熱收縮薄膜已成為熱收縮薄膜研制和開發(fā)的重點。

以線性低密度聚乙烯(LLDPE)作為中間層，共聚丙烯(PP)作為內、外層，采用3層共擠的方法制成的POF復合熱收縮薄膜，可彌補單一材料制成的熱收縮薄膜所不能滿足的收縮包裝需要。它同時具備了聚乙烯和聚丙烯的所有優(yōu)點與長處，其性能又優(yōu)于單純的聚乙烯膜和聚丙烯膜，POF熱收縮薄膜以其優(yōu)于紙盒和紙箱的低生產成本、低運輸成本及良好的透明、保潔、防竊、使用方便等特點，成為小件商品、集合包裝等作業(yè)廣泛使用的包裝材料；POF熱收縮薄膜經(jīng)過電暈處理后還可用于印刷，具有耐刺穿性，收縮時能貼緊凹凸不平物體表面等特點，成為容器標簽，瓶蓋密封標簽的首選材料。

POF熱收縮薄膜的熱收縮溫度范圍在90一120℃之間，可在低于60℃下的自然環(huán)境中穩(wěn)定儲存；在一定熱收縮溫度下，薄膜的縱向收縮率和拉伸強度大于橫向，在熱收縮溫度范圍內，隨溫度升高，薄膜收縮率和厚度提高，拉伸強度下降，斷裂伸長率提高，如表1所示；熱收縮處理后薄膜的透濕度下降，防潮性提高。

表1　不同熱收縮溫度下POF薄膜的拉伸性能

（二）阻隔性包裝薄膜

當前食品包裝方面最迫切需要改進的是,盡可能使加工食品時的各種有氣味分子不致遺留在容器內壁上,造成內包食品有異味或原有香味或風味被內壁吸附而走失。例如飲料中有豐富的香味和風味,其濃郁香味往往標志著高質量,但往往由于包裝材料選擇不當,而使大部份有效香味和風味被包裝材料所吸附。聚烯烴類是吸收香味和風味的材料之一,然而也是食品包裝中應用最廣泛的一種材料。因此最近100%天然果汁飲料為了保存香味和風味己從聚烯烴系轉變到EVOH系，PET系 作為內層的復合紙容器。

這種吸附現(xiàn)象不能用分子間引力，離子吸附之類的論調來解釋，必須以“吸附滲透”來討論機理和對策，采用化學阻隔層作為內層來防止風味走失有一定的功效。高分子材料中香味和氣味的吸收、溶解、擴散、蒸發(fā)、滲透機理非常復雜，是溶解、擴散、蒸發(fā)過程的重復行為，有待專題討論。因此有人提出了用金屬阻隔膜，氧化硅軟玻璃阻隔膜等。其次，高阻隔性包裝材料有PVDC、EVOH、PVC、PA等阻隔性包裝材料，多層共擠涂覆復合包裝材料，開發(fā)蒸鍍膜、氟化聚烯烴容器。

（三）纏繞薄膜

拉伸纏繞薄膜是一種表面(單面或雙面)具有較強粘性并具有較強延伸性和良好回彈性的包裝薄膜。拉伸纏繞膜具有拉伸度強度高、自黏性好、透明度高、保潔性能可靠、相對密度輕、韌性強、使用方便等特點。

拉伸纏繞薄膜可由PE、PVC、EVA等生產。最初以PVC為基材、用DOA為增塑劑及增粘劑生產PVC拉伸纏繞膜，由于PVC拉伸纏繞膜拉伸性較差、穩(wěn)定性較差、環(huán)保適應性差，所以后來開發(fā)了PE拉伸纏繞薄膜并得到了廣泛的應用。目前拉伸纏繞膜的生產基本上以聚異丁烯(PIB)或超低密度聚乙烯(VLDPE)為增粘劑，以線性低密度聚乙烯(LLDPE)為主要基材。如圖2所示，是以LLDPE為基材的薄膜。

圖2　LLDPE基材拉伸膜

拉伸纏繞膜具有廣泛的市場前景，尤其是高檔拉伸纏繞膜用途非常廣，因此國內不僅要滿足中低檔拉伸纏繞膜所需樹脂的開發(fā)，更應加大技術攻關，消化吸收國外先進技術，開發(fā)出高檔拉伸纏繞膜所需的樹脂原料；不應僅止步于己烯共聚聚乙烯樹脂的開發(fā)生產，更應該開發(fā)辛烯共聚聚乙烯樹脂和茂金屬聚乙烯樹脂等高檔產品，以利于提高國內薄膜加工業(yè)產品水平。

（四）表面保護膜

表面保護膜是為保護商品表面而開發(fā)的一種薄膜，實際上它是一種特殊的壓敏膠膜，它較之使用表面保護涂料具有使用方便，價格低廉，效果可靠等綜合優(yōu)勢，因此受到人們越來越廣泛的關注。

少數(shù)商品在運輸、貯存、加工以及組裝過程期間，常常需要對材料及零部件表面加以保護，以防止有害氣體、微生物的侵蝕，粉塵污染或者避免機械劃傷產生劃痕等等。對材料表面進行保護最常用的方法是在被保護物體的表面上貼上一層保護膜，在結束運輸、貯存、加工以及組裝等處理之后，再揭去該膜。

目前表面保護膜已在儀器、儀表、電子、機械、建筑、汽車制造及標牌等行業(yè)獲得了廣泛的應用，在金屬、塑料、玻璃、各類油漆板、石材、木材等多種材料表面的保護方面，都取得了良好的效果，保護膜實際上是由一種特殊的壓敏膠膜，由基材層和壓敏膠層組成。

保護膜應該達到的效果有以下幾點：

表面保護膜對被保護材料的表面應該呈惰性，不與該表面發(fā)生反應，不腐蝕、污染表面。

表面保護膜對被保護材料具有良好的粘附性能，在材料搬運以及加工過程中，保護膜不會起翹脫落。

表面保護膜具有良好的耐候性及持粘力穩(wěn)定性，經(jīng)數(shù)日或久貼剝離力增長不顯著，易于揭去，在揭去時被保護表面上沒有殘膠留存。

表面保護膜可具有良好的加工性適應性，滿足被保護物深加工的需要。

（五）易開封薄膜

密封包裝易開封薄膜主要用應用于餐后點心等相關休閑食品的包裝，是應方便使用的要求而發(fā)展的起來的一類功能性包裝材料。按照人們傳統(tǒng)的觀念，對于包裝的要求是要盡可能地牢固，認為包裝越牢固對商品的保護效果越好因而也就更加可取，然而隨著社會的發(fā)展，特別是近年來，由于老年化社會的到來，出現(xiàn)了對方便開封的強烈需求，以前片面地強調包裝對商品的保護、犧牲開封性的理念，受到了極大的沖擊；同時出現(xiàn)了一種新的思維：要求包裝，特別是方便食品之類商品的包裝，既要能夠有效地保護其包裝的內容物，又具有方便開封的功能，于是易開封類功能性薄膜一一易開封薄膜的開發(fā)應用應運而生。

乙烯一丙烯酸甲酯共聚物(EMA)便是生產易開封薄膜的一種優(yōu)良基材。密封包裝易開封薄膜主要有易剝離型易開封薄膜和易撕裂型易開封薄膜兩大類，前者用于塑料杯、碗等包裝容器的蓋材；后者用于制造易撕開的塑料包裝袋，如圖3所示為生產商將易開封薄膜應用于果凍。

圖3　果凍易開封膜

易剝離型易開封薄膜，是易開封薄膜中應用較多的品種。易剝離型易開封薄膜生產的基本原理，通常是通過特定的配方，使薄膜熱封合后的剝離性強度適度下降，以實現(xiàn)既能有效地保護包裝的內容物，又能方便開封的初衷；易剝離型易

開封薄膜一般采用多層復合結構，至少有主層及熱封層兩層。主層的作用是賦予薄膜較高的剛性及較高的拉伸強度、撕裂強度，同時通常使易剝離型易開封薄膜的主層具有高的熔點，使主層和熱封層之間，具有較大的熔融溫度差，從而改善

薄膜的熱封合加工性能；熱封層亦稱粘合層，其功能主要是賦予薄膜的密封可靠性及薄膜的易剝離的性，顯而易見，熱封層材料的選取，對于易開封薄膜性能的優(yōu)劣，是至關重要的。

（六）抗菌薄膜

食品的質量和安全一直是食品企業(yè)和消費者非常關注的問題，微生物的生長繁殖不僅是造成產品腐爛變質的重要原因，而且部分微生物還會對人體造成很大的危害。特別是采用保鮮膜包裝果蔬等時，包裝內部空氣流通差，環(huán)境濕度大，很容易引起微生物生長繁殖，所以，使用抗菌保鮮膜來防止產品受到微生物污染和延長貨架期就顯得非常重要。

抗菌食品保鮮膜是指在保鮮膜中添加抗菌劑，通過抗菌劑的緩釋和光催化等作用達到抗菌、保鮮目的的一種功能薄膜。目前已研制PE／Ag納米防霉保鮮膜、PVC／TiO2：納米保鮮膜等多種抗菌食品保鮮膜。這些薄膜抗菌性能優(yōu)良，機械強度較普通塑料膜有不同程度的提高。

殼聚糖因為其良好的人體安全性、生態(tài)環(huán)保性和廣譜抗菌性引起了人們極大的關注，將殼聚糖作為涂層材料用于食品抗菌保鮮膜也取得了一定進展。有人研究了殼聚糖涂覆在聚丙烯薄膜上制備新型薄膜材料，發(fā)現(xiàn)該薄膜具有良好的拉伸強度和伸長率，還具有顯著的抗菌性。

抗菌包裝膜的形式主要有以下幾種：(1)將揮發(fā)性的或不揮發(fā)的抗菌成分直接混合添加在聚合物材料中制成抗菌膜；(2)將抗菌劑涂覆或吸附在聚合物材料表面；(3)將抗菌劑通過離子或共價連接固定在聚合物上；(4)使用天生就具有抗菌性能的聚合體。

抗菌保鮮膜的發(fā)展趨勢主要有以下幾點：功能多樣化?？咕牧系募{米化和復合化?？咕称繁ｕr膜的研究在未來一段時間內將綜合考慮抗菌、氣調、機械強度等性能指標，實現(xiàn)性能的復合化。

（七）可降解薄膜

聚乙烯是目前世界上產量最大的一種塑料制品，廣泛的應用于農業(yè)薄膜 包裝材料等一次性制品中，聚乙烯塑料廢棄后一般很難回收且聚乙烯分子對稱穩(wěn)定在自然界中難以降解，不斷的積累給生態(tài)環(huán)境造成了巨大的危害。

近年的研究表明納米TiO2光催化技術在降解塑料領域也表現(xiàn)出巨大的潛力，對PS 等塑料制品表現(xiàn)出較好的催化降解效果 若能將此項技術有效應用于催化降解PE塑料制品，必將為治理白色污染開辟一條新途徑，前景廣闊。

同時天津科技大學課題組采用課題組前期制得的丙烯酸甲酯改性淀粉，與適量的PVA共混制備降解型包裝薄膜，如圖4所示，PVA也是具有水溶性的高分子材料，所以制成的改性淀粉／PVA可降解薄膜，具有完全生物降解性能，推廣應用后對于開發(fā)新型包裝材料、減少白色污染危害，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

圖4　PVA對薄膜力學性能的影響

（八）抗靜電薄膜

通用塑料大多屬于高絕緣物質，容易產生靜電，每年由于靜電發(fā)生的事故不在少數(shù)，因此開發(fā)抗靜電薄膜尤為重要。利用抗靜電劑制備抗靜電薄膜，具有工藝簡便、價格低廉的明顯優(yōu)勢，是當今生產抗靜電薄膜應用最為廣泛的方法，其次，采用導電型填料生產抗靜電塑料薄膜，采用涂料生產防靜電薄膜，通過表面改性生產抗靜電薄膜等也是常用的制備方法。

抗靜電薄膜適用于帶有集成電路的電子產品，防止運輸過程外界電磁輻射，或用于洗衣粉等粉末商品在包裝時因靜電而吸附在包裝口上，不利于封口。

（九）防銹薄膜

氣相防銹薄膜是近年發(fā)展起來的一種比較好的氣相防銹包裝材料，是將氣相緩蝕劑以一定方式添加到塑料薄膜中而形成的一種防腐蝕包裝材料，它是一種特殊的功能性薄膜。其不僅可以簡化包裝環(huán)節(jié)，還具有透明性、熱塑性和氣密性等優(yōu)點，同時還可以回收再利用，節(jié)約資源，十分環(huán)保。隨著緩蝕劑合成技術和塑料加工技術的不斷發(fā)展，氣相防銹塑料薄膜已成為廣泛采用的一種氣相防銹包裝材料，其適用領域包括：汽車行業(yè)、船舶、航空器領域、機械領域、電器、電子領域、冶金領域、五金工具、武器裝備及其他金屬加工領域。

氣象防銹的發(fā)展趨勢有以下幾點：

1.氣相防銹薄膜用緩蝕劑向通用、高效、無毒環(huán)保方向發(fā)展。

2.氣相防銹薄膜制品向著產品結構多樣化、形式多元化、基材樹脂多樣化方向發(fā)展。

3.對氣相防銹薄膜制品的外觀、氣味等提出更高要求,低氣味、良好透明度、美觀的VCIF產品深受客戶歡迎。

四、結語

作為一種新興的包裝形式，功能性包裝以其成本低、形式多樣化、應用范同廣更得市場青睞，其發(fā)展日趨多元化，如何通過技術創(chuàng)新、工藝革新進一步拓寬功能性包裝的應用領域，提升其在高端市場的應用價值，從而在與其他傳統(tǒng)包裝的競爭中脫穎而出是包裝行業(yè)及企業(yè)必須探討的話題，也是站穩(wěn)行業(yè)必須踐行的出路。