单一材质可回收高阻隔耐穿刺软包装的研究

韦丽明

（上海若祎新材料科技有限公司，上海200335）

0. 前言

联合国193个会员国在2015年9月举行的历史性首脑会议上一致通过了可持续发展目标[1]，《2030年可持续发展议程》于2016年1月1日正式启动，开启全球可持续发展事业新纪元。2015年9月，习近平主席在纽约联合国总部出席联合国发展峰会并发表题为《谋共同永续发展做合作共赢伙伴》的重要讲话[2]，2016年9月，李克强总理在联合国总部宣布发布《中国落实2030年可持续发展议程国别方案》[3]；2018年5月，习近平总书记在全国生态环境保护大会上强调[4]：“用最严格制度最严密法治保护生态环境，加快制度创新，强化制度执行，让制度成为刚性的约束和不可触碰的高压线。2019年9月，《中国落实2030年可持续发展议程进展报告（2019）》发布。

碳达峰、碳中和是全球极为关注的重要议题。2020年9月，习近平总书记在第75届联合国大会期间提出[5]，中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。

让低碳绿色生活成为新时尚。碳中和、碳达峰与包装产业链每一个流程与环节都有密切关系。未来，预计会有数百万亿美元的碳资产，从炼油到下游相关的生产制造流程和设备，都会因为碳中和的进程而搁浅。与此同时，一个新的零碳新工业体系加快成型落地。碳中和来了，倒逼包装产业链每个企业要去想，如何做到碳达峰？碳中和？

中国是塑料包装薄膜生产制造大国。据若祎统计，据若祎统计，2020年末中国薄膜产量，BOPP包装薄膜约为400万吨，BOPP香烟包装薄膜约为7.5万吨，CPP包装薄膜约为200万吨，CPE包装薄膜约为12万吨，PE吹塑薄膜（含包装、农地膜、牧草膜、棉花膜等等）约为超500万吨。BOPE包装薄膜目前可以BOPP生产线上实现，德国双拉生产设备厂商宣称与全球客户达成9条BOPE生产线制造合约，预计2022年BOPE新投产产能将达到10万吨及以上。

然而，终端消费者不希望消费品包装视觉、触感、以及包装的功能性变差。出于食品保质、保鲜、保香、食品安全性、运输便利性等方面的考虑，对包装材料抗穿刺性、抗跌落性、阻隔性等功能性要求越来越高。

目前绝大多数塑料软包装采用多种不同材质的薄膜通过胶水紧密贴合（复合）制成。例如大米的复合包装结构之一是BOPA薄膜//粘合剂//PE薄膜。包装材料需求量及产量在增长，但多材质复合包装在完成包装生命周期丢弃后分类、回收却不易，目前仍无有效的方法使复合不同材质的包装材料分开并分类回收。

因此，研究和开发包装结构，既具有优异的阻隔性、抗穿刺性、性价比高，其功能和外观符合市场需求、亦符合环保趋势，具有重要意义。若祎新材料科技不断摸索BOPE薄膜应用范畴，成功将BOPE薄膜//高阻隔PE吹塑薄膜复合包装结构创新拓展和应用在食品、日化品、工业品等多个领域包装上。

1. 实验

1.1 主要结构

（1）双向拉伸聚乙烯（BOPE）薄膜，其结构见图1。

图1 BOPE基材膜结构图

（2）多层共挤高阻隔聚乙烯吹塑（MTPE）薄膜，其结构见图2。

图2 MTPE薄膜结构图

1.2 主要设备及仪器

双向拉伸薄膜生产线，8.2 m，德国Brückner Group；

五层共挤吹膜生产线，1.2 m折径，中国JINMING

无溶剂复合生产线，300 m/min，中国SINSTAR

干式复合生产线，120 m/min，中国BEIREN

万能力学测试机，配置有加热箱，MTS系统（中国）有限公司

智能电子拉力试验机，XLW，中国Labthink

氧气透过率测试仪，OX-TRAN 2/22，美国MOCON

1.3 性能测试与表征方法

针孔穿刺强度按照GB/T 37841-2019的规定进行测试。

氧气透过量按照ASTM D 3985(GB/T 19789-2005)的规定进行测试。

2. 主要原料

双向拉伸聚乙烯原料，BOPE-3，中国石化

防粘开口母料，WB1007EB，上海若祎

防粘开口母料，WB05EN，上海若祎

高阻隔材料，TPVA-OBP，中国石化

3. 结果与讨论

3.1 针孔穿刺强度测试

产业对薄膜的抗穿刺强度表征，通常采用针孔穿刺、落镖冲击、摆锤冲击等数值表征。针对抽真空包装、包装后可能存在尖锐角、装卸及运输过程可能存在尖锐物品穿刺的应用，例如米砖抽真空包装等，通常通过测试针孔穿刺强度评价包装材料抵抗刺穿的能力。

BOPE薄膜采用多碳线性低密度聚乙烯材料，经过熔融挤出、纵向及横向拉伸，分子链排布整齐，可获得优异的穿刺强度及拉伸强度等力学性能[6,7]。

MTPE薄膜热封层及电晕层PE采用添加茂金属催化线性聚乙烯材料、高熔体强度线性聚乙烯材料复配，经过熔融挤出，吹胀及牵引拉伸，可获得较高的落镖冲击强度等力学性能。

不同材质和厚度的复合膜穿刺强度测试结果见表1。

表1 针孔穿刺强度测试比较

3.2 气体阻隔性测试

良好的阻氧阻气性是保持被包装物原有品质、不易产生氧化变质（腐败）的重要保障。聚烯烃（PP、PE）为疏水性非极性分子，与H2O相互作用很弱，具有天然优异的阻湿阻水性。但是聚烯烃（PP、PE）是半结晶材料，小分子气体易从分子链段非晶区、结晶缺陷部分的空隙渗透。

本试验多层共挤高阻隔吹塑薄膜结构采用对称型结构，中间层（芯层）采用热塑性PVA材料作为高阻隔材料，内外层（电晕层、热封层）采用PE材料。经熔融挤出、横向吹胀及纵向牵引，分子空间排列规整，且TPVA是高致密材料，因此在冷却定型后，该层具有优异的阻气性。因内、外层PE材料提供了良好的水汽阻隔性，多层共挤高阻隔吹塑薄膜成型后不受环境湿度影响，使TPVA的氧气阻隔性得到充分发挥。

在其他挤出层的材料及层厚比不变的条件下，不同的阻隔层厚（TPVA单层厚度）的气体阻隔性变化结果见表2。

表2 TPVA层厚度氧气透过量测试比较

一般认为，氧气透过量小于或等于5 ml/(m2·24hr·atm)的材料称为高阻隔材料；氧气透过量小于或等于1 ml/(m2·24hr·atm)的材料称为超高阻隔材料[8]。从上表数据可知，TPVA具有优异的阻氧阻气性。

4. 结语

综上所述，BOPE薄膜/多层共挤高阻隔吹塑（MTPE）薄膜可获得优异的耐穿刺性能、阻隔性能，在包装领域上实现了取代“非聚烯烃材质/粘合剂/聚烯烃材质”包装结构，从而实现包装材料单一材质易回收，可再塑化造粒、循环利用的环保目的。

全球碳排放100亿吨这样的规模，中国占了三分之一的规模，包装产业规模及产量也是全球最大。我们是最大的受挑战者，也是最大的受益者。在碳中和这个考题面前，我们面临的挑战和困难也比较多。包括人员观念的改变、专用树脂的配套、设备的改进等等。认识决定行动，碳中和不仅是环境责任、社会责任，以绿色低碳为标志的生活方式将成为一种时尚。

抓住这一次可再生能源革命，将不可回收的包装形式改变为单一材质可回收包装形式，包装产业将从人口红利，走向绿能红利。这是包装产业制造又一次腾飞的良好机遇。