浅谈纸塑复合包装技术

崔卫鑫 王克俭

（北京化工大学机电工程学院成型制造研究中心）

前 言

纸塑复合包装是以食品专用纸板作为基料的包装系统，由聚乙烯、纸等复合而成的纸质包装，是一种高技术的食品保存方法，是指被包装的食品在包装前经过短时间的灭菌，然后在无菌条件下即在包装物、被包装物、包装辅助器材均无菌的条件下，在无菌的环境中进行充填的和封合的一种包装技术。

本文将从纸塑复合包装的材料、加工、应用及发展等几方面来进行阐述。

1. 纸塑复合包装的材料

纸塑复合包装材料是通过一些方法将两种或两种以上具有不同性能的材料结合而组成的包装材料，主要是纸类与塑料类基材之间进行的复合。

1.1 纸类

纸类物质在复合包装材料中广泛的作为基材，其主要原因是纸类物质在复合包装材料的生产及应用上具有广泛的可适用性：

① 纸类物质具有一定的厚度、形稳性和较高耐折性，这些性能对于提高纸塑复合材料的成型以及形稳性，并且使其具有较好的质感。

② 纸类物质由于其纤维素的极性及多空特征使其具有良好的着墨性能，因此大多数的纸塑复合材料具有良好的印刷效果。另一方面，也是因为其这种性能，可以使其容易吸收粘合物质，使纸类物质容易与其它的塑料基材进行复合，大大降低了复合工艺成本。

③ 纸类物质具有无毒、无害、卫生性，因此从而提高了环保性能，适合于包括食品包装在内的各种商品包装[1]。

1.2 塑料基材

1.2.1 聚乙烯（PE）

聚乙烯是在纸塑复合包装材料中应用最广的塑料基材。PE是一种无臭、无毒，外观呈乳白色半透明或不透明的蜡状固体，其具有如下性质：化学稳定性极好，在常温下几乎不与任何物质反应，常温下不溶于任何一种已知的溶剂；有优良的耐低温性能，且在低温下性能变化极小；具有一定的透气性，有非常好的热封性。聚乙烯的种类也比较多，但在纸塑复合包装材料中主要应用的有低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）和线型低密度聚乙烯（LLDPE）三种。其中低密度聚乙烯无毒、无臭、无味、价格便宜、易加工，是复合包装最常用的热封基材。线性低密度聚乙烯是 70年代末才发展起来的聚乙烯新品种，与LDPE相比较透明性好，光泽性好，具有良好的冲击强度和柔韧性，作为基材也得到了广泛的应用[2]。

由以上聚乙烯的性能可知，在包装时可将其作为材料的内层直接与被包装物接触。此外，其耐低温性能使 PE为塑料层的纸塑复合包装材料通常用于常温包装。

1.2.2 聚丙烯（PP）

聚丙烯外观与聚乙烯相似，但聚丙烯的机械性能好，具有较好刚性和抗弯曲性；耐化学性极好，耐热性良好，即使加热到 150℃也不变形，因此能经受高温消毒。它可以分成非拉伸和双轴定向两大类。一种是非拉伸聚丙烯（CPP），另一种是双向拉伸聚丙烯（BOPP）。其中CPP具有良好的透明性和光泽性；良好的热封性，耐热性优良；耐油性和油脂性能也比较良好；无毒、无味，卫生性好；耐化学药品好，不易腐蚀。与CPP相比较，BOPP结晶度提高，冲击强度，刚性，韧性，透明性，耐寒性等都有所提高[1][2]。

由以上性能可知，这种复合材料不仅用于包装领域，也大量用于图书装饰等。

1.2.3 聚偏二氯乙烯（PVDC）

聚偏二氯乙烯大分子中含有大量强极性的氯原子，对非极性气体有很强的阻隔性，而其憎水性也使其有强阻湿性，因此PVDC既阻气又阻湿。其单膜可用做热收缩薄膜、自粘保鲜膜，也可与聚烯烃制成多层薄膜用于包装对保鲜要求较高的食品包。如果在纸张表面涂覆乳液，可以赋予纸张很好的气体阻隔性，也常用来制作涂布玻璃纸，使玻璃纸具有很强的防潮性。经涂布的纸、玻璃纸可用来包装糖果、脱水食品、油炸食品及其它各种小吃食品[1]。

1.2.4 聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）

PET一般都是双轴定向的定向膜，用平膜法生产。其特点是机械强度高，大概是聚乙烯的5-10倍，适宜于各种包装机械、自动包装和自动制袋机；热性和耐寒性也比较良好，熔点为2600度，也可在-70～150度范围内适用，因此也具有良好的耐寒性；耐油性、耐化学药品性好，适用于化学品的包装；耐水性好，吸水率低，适用于包装含水量高的食品；由于其中不含有增塑剂等物质，卫生性很好，印刷性良好[2]。

由以上性能可知，PET适合对一些化学药品和含水量高的物品的包装。

除了上述常用的塑料基材，外，其它塑料如乙烯－乙烯醇共聚物（EVOH）、乙烯－乙酸乙烯酯共聚物（EVA）等也是纸塑复合材料的基材。

2. 纸塑复合包装材料的结构与性能

2.1 纸塑复合包装材料的结构

纸塑复合材料的结构一般可用简写的方式对其进行准确的描述。如图1所示，纸塑复合材料可以表示为：纸/PE/铝/PE。写在第一位的是纸，最后一味是与产品接触的内层PE[1]。

图1 纸塑复合材料基本结构

2.2 基材在纸塑复合包装材料中的作用

一般当纸塑复合的包装材料确定后，需要确定各种材料的位置，这一步对于其性能有很大的影响，决定了其是否能发挥正常的作用。如上图所示的纸塑复合材料，外层纸提供了印刷位置，中层的铝提供了阻隔性能，与产品接触的内层聚乙烯起到了热封性能，纸与铝之间的聚乙烯起到了粘合的作用，确保包装的阻隔作用。

因此，在纸塑复合包装材料中一般包括如上图所示的外层，粘合层，阻隔层和内层这几层结构。在外层中通常选用机械强度好和印刷性能较好的材料。内层需要与产品相接触，所以一般选用无味、无毒、耐油、耐水（防潮）、耐化学药品和易于热封的材料，如 PP、PE等材料。纸塑复合材料中的阻隔层一般位于靠近产品的一层，如上图中的所示。阻隔层的作用是防止外界中的氧气、水分等一些产品的敏感物质对产品造成破坏。一般常用的阻隔材料有镀铝膜、PVA、PVDC、EVOH 等[1]。

3. 纸塑复合包装的加工工艺

从当下纸塑复合工艺实施方式来看，主要包含两种，一种是纸塑干式复合，还有一种是纸塑水基冷贴复合。

3.1 纸塑干式复合

纸塑干式复合工艺复合黏剂采用的是复合乳液型丙烯酸酯胶，将其涂抹在塑料薄膜之上，然后将水分烘干，并在热压辊作用下，使得复合剂呈黏流状，促使塑料与纸类物质粘贴的更加紧凑密实，真正将纸印刷品融为一体。工艺图如图 2所示。这种工艺具有适应性强、生产效率快、复合效果好、生产成本低等优点[3]。

图2 纸塑复合材料制备过程

3.2 纸塑水基冷贴复合

纸塑水基冷贴复合将水基胶粘剂乳液涂布在聚合物膜上，直接与纸类物质以较小的压力贴合，在膜涂胶后与纸叠压时，胶液为自然流动液体，可迅速充分填平纸表面凹陷部分，采取自然固化的工艺，完成纸塑复合，工艺流程如图3所示。这种工艺制出的材料光泽度很好，复合产品无翘曲现象，平整美观，综合性能优异。此外，采用水基胶冷贴复合可以降低设备的能耗和成本，带来可观的利润[4]。

图 3水基冷贴复合过程

现在的纸塑复合工艺大致为以上两种，对于其他的研究都是在这两种基础上，对于复合黏剂的研究，使纸塑复合效果更加优异。

4. 纸塑复合包装的应用

随着塑料因为其污染性而逐渐被淘汰，纸塑复合材料在我们的生活中应用越来越广，从我们的日常生活用品的包装到医学领域，服装业及电气元件等领域都有纸塑复合材料的身影[5][6]。

除了上述常见的应用外，纸塑复合包装还广泛使用在不同型腔的模具所成型的纸质托盘、微波加热器皿、内衬件等等，使其具有更好的防震性、抗潮性，成本更低，功能性强，卫生性能更好。随着技术的发展，纸塑复合包装材料将会在越来越多的领域得到应用，逐步取代塑料。

5. 纸塑复合包装的发展趋势

目前使用的纸塑复合包装具有一定的防潮性，同时其透气性好，具有一定的耐磨性而且产品的手感好、环保性好。未来，纸塑复合包装材料将主要向一下几方面发展。

5.1 开拓纸塑复合包装技术的多功能性

近年来，纸塑复合包装开始向多功能和宽领域的方向发展[7]。

在功能方面，纸塑复合包装将由单一的普通四边封袋子向自立袋方向发展；向插嘴袋、易撕拉链袋方向发展；向环保型包装袋方向发展；向一袋一码等方向发展。

在领域方面，除用于现在的日常用品、食物以及医学领域外，对飞机的雷达罩、侧翼、进气口、机窗以及舱门等航空领域也将会起到重大的作用，如对于芳纶纸基的复合材料的研制，就将会适用于航空等一些对包装要求较高的领域[8]。

5.2 提高纸塑复合包装技术的创新性

随着人们对产品的安全性以及对包装的要求越来越高，开始从材料到加工以及废弃的整个过程中对环境的影响来重新考虑纸塑复合包装技术。因此，纸塑复合包装技术被认为是最有发展前途的包装技术。

国内也开始致力于发展纸塑复合包装技术。目前，国内随着技术的不断成熟，可以一次性制备出多层复合结构，摆脱了多层结构需要多次挤出复合的局限性。同时制备出的纸塑复合包装材料具有以往所没有的拉伸强度、挤压强度等优异的性能[9]。

国内创新发展的纸塑复合包装技术，水平领先、技术含量高、性能稳定，产品质量可与先进国家相媲美，完全符合生产的要求。

5.3 提高纸塑复合工艺的环保要求

随着纸塑包装的使用越来越广，人们对纸塑复合工艺中的污染安全问题越来越重视。因此，国内开始研究新型复合工艺技术——无溶剂复合技术，并进行适用。该技术是在保证复合强度的前提下在胶黏剂中不使用溶剂，提高包装产品的卫生性，达到环保的要求[10]。

此外，对于生产纸塑复合包装产品时产出的废气，现在绝大部分企业就是直接排放到大气中，严重污染了环境。因此，对于废弃的处理问题是一个今后纸塑复合包装技术需要解决的重大问题，其技术仍需要不断创新，满足环保的要求。

5.4 提高对纸塑复合包装回收意识

随着现在对纸塑复合包装的应用越来越多，国家对环保的要求越来越高，我们需要考虑大量的废弃包装材料将如何进行回收处理。这是因为纸塑复合包装材料中不仅含有纸塑，还含有大量的高聚物和粘性物，而且种类繁多，废弃后对环境的污染比较大。所以必须寻找合理可行的途径来对废纸塑复合材料进行有效的回收利用，只有这样纸塑复合包装技术才能长远的发展下去。

目前对纸塑复合包装材料回收的途径主要是筛选法、溶剂法和乳化法。筛选法是根据纸和塑料的形状大小不同采用筛分的办法把纸浆和塑料进行分离，一般采用几段筛选的办法，可以防止塑料的污染；溶剂法是是在碎解后的纸塑复合混料中加入相关的溶剂而回收塑料和高聚物的方法；乳化法是用于石蜡复盖层的废纸塑复合材料的处理，即在水力碎浆机中加乳化剂，然后用机械的方法使石蜡从纸浆中分离出来回收利用。从工艺上看，这几种回收利用技术是切实可行的，为废旧纸塑复合包装材料的回收利用找到了一条新途径，也满足了环保的要求[11]。

从以上的分析看，随着现在对包装需求的不断增加，因此对纸塑复合包装技术提出了更多的要求。在未来的纸塑复合包装必将向着系列化、多功能、高性能、环保性等趋势发展，将呈现百花齐放的发展局面。

结 语

通过对以上纸塑复合包装技术的系统性总结，我们大致了解了该技术。并且我们可以预见到，在未来的发展中这种技术将会迅速的发展，同时也将会推动食品、日化及医药等行业的进步。所以我们需要不断的去了解、去发展这种技术。