铝箔：薄如蝉翼，材料新秀

2023-05-12苏更林

百科知识 2023年9期

关键词：铝箔亲水食品包装

苏更林

无论如何，铝都是一种传奇金属。得益于生产工艺的进步，铝完成了从高贵金属到大众材料的蜕变，并逐步走进社会生活的各个方面。其中，轻薄铝箔创造的奇迹就是一个值得分享的崭新视角。

金属箔实际上就是一种很薄的片状材料，因金属种类不同往往会有不同的特性和应用。一般来说，金属的延展性越好，用其加工的金属箔就会越薄。

其实，金属箔的加工和应用已有极其悠久的历史。不过，古人加工金属箔采用的是极为原始的锤锻法，即把上百张的金属薄板码起来，然后用人工锤锻方法打压成箔。像古时候的金箔、银箔、铅箔、锡箔等金属箔片就是用这种方法制成的。

铝箔走进我们的生活已经有100多年的历史了，但是在许多时候，铝箔还活在锡箔的影子中。因为从外观上来看，铝箔和锡箔几乎很难被区分开来。由于锡箔的历史要比铝箔更为悠久，因此即便现在铝箔一统天下，人们还是习惯把铝箔称为“锡箔”。

据悉，锡箔的历史可以追溯到18世纪后期，其应用除了食品包装之外，还可用于医药、化工、轻工、电子以及艺术用品等领域。大约在1910年的时候，世界上第一家铝箔轧制厂在瑞士诞生，从此开启了铝箔取代锡箔的历史。

铝箔之所以能够取代锡箔，完全取决于铝箔的诸多优点。首先，铝箔的成本较锡箔低许多，并且具有高耐用性，因此更容易被消费者接受。其次，铝箔的熔点要比锡箔高不少，并且导热性能也更好一些，因此在烹饪和烘焙食物时更受欢迎。此外，用锡箔储存食物往往会产生一种令人不快的苦味，而铝箔则不存在這个问题。

1911年，是世界食品包装史上的一个重要时间节点。因为这一年是铝箔在食品包装领域的首秀之年，并因此开启了它在食品包装领域的辉煌之旅。作为铝箔包装的拓荒者—瑞士的一家巧克力企业，经过100多年的成长，如今已成为一个家喻户晓的知名品牌（Toblerone）。

铝箔，通常是指纯度在99.5%以上、厚度在0.2毫米以下的铝材，而用于复合材料的铝箔厚度则会更薄一些。当然，不同国家对于铝箔的厚度和成分有着不同的要求。问题是，薄如蝉翼的铝箔能够胜任食品包装的重任吗？这还得从食品包装的使命以及铝箔的特性说起。

虽然食品包装一般不可食用，但它却是食品商品属性的重要组成部分。就食品包装的功能来说，最核心的要数食品保护功能了。食品从生产到食用要经历一个复杂的流程，因此可能会受到环境中的生物、化学、物理等外来因素的影响。食品包装应当能够保持食品质量的稳定性，抵御环境中的各种不利影响。同时，食品包装还应满足美观、方便、环保、价廉等方面的要求。

我们再来看看铝箔的特性吧。第一，铝箔具有较高的机械强度，具有一定的抗冲击和穿刺能力，因此，在储存、运输等过程中，铝箔包装食品不易因挤压、冲击、振动、温差等因素而造成损坏。第二，铝箔具有高阻隔性能，对阳光、高温、水分、氧气、微生物等都有很高的阻隔性。这些因素都是促使食品发生变质的因素，阻断这些因素就可延长食品保质期。第三，铝箔易于加工，成本较低，可以满足大多数食品的包装需求，并具有漂亮的银白色以及神秘的质感。第四，金属铝本身就是一种轻量化金属，厚度极薄的铝箔更是符合轻质包装的基本要求，这对于降低运输成本具有重要意义。第五，铝箔无毒无味，易于回收利用，符合绿色环保和可持续发展的要求。

然而，在食品包装实践中，一般很少单独使用铝箔，这是因为铝箔自身也存在一些不足。比如，随着铝箔的进一步减薄，气孔数量会有所增加，这会影响铝箔的阻隔性能。同时，轻薄柔软的铝箔在抗拉伸和抗剪切方面具有局限性，通常不能用于结构性包装。好在铝箔具有很好的二次加工性能，通常可用铝箔与其他包装材料进行复合加工而制成复合包装材料，以此来弥补铝箔的不足，从而提高复合包装材料的综合包装性能。

我们通常把两种或两种以上材料组合而成的薄膜叫作复合膜，用复合膜制成的包装袋叫作复合膜袋。一般情况下，可以用黏合或热合等方法把塑料、铝箔、纸张以及其他材料制成复合膜，从而满足多种食品的不同包装需求。在现代包装中，几乎所有要求不透光和高阻隔的复合材料都是采用铝箔作为阻隔层的，这是因为铝箔拥有高度致密的金属晶体结构，对任何气体都具有很好的阻隔性能。

在食品软包装中，有一种叫作“真空镀铝薄膜”的包装材料，它与铝箔复合包装材料是不是一回事呢？尽管二者都含有一层很薄的铝质层，但它们并不是同一种材料。真空镀铝薄膜是在真空状态下采用蒸镀的方法把高纯铝镀附在塑料薄膜上的，而铝箔复合材料则是将铝箔与其他材料通过黏合或热合等方法复合在一起的。

与铝箔复合材料不同的是，镀铝薄膜中的镀铝层不具有铝箔的阻隔作用，起阻隔作用的是基材膜本身。由于镀铝层要比铝箔薄许多，因此镀铝薄膜的成本要比铝箔复合材料更低一些，其应用市场也很广泛，但一般不用于真空包装。

除了食品包装，药品包装也是一个不容忽视的大课题。药品作为一种特殊商品，从出厂到使用的整个链条都离不开药品包装的庇护。因此，药品包装是否科学合理直接关乎药物的安全和疗效。

药品包装由来已久，但始终与材料科学的进步水平密切相关。1952年，铝箔泡罩在药品领域的应用开辟了一个全新的药品包装新概念。那么，什么是泡罩包装呢？泡罩包装作为药品包装的一种主要形式，一般是由覆盖材料和泡罩材料组成的。其中的覆盖材料通常为铝箔或复合铝箔，主要起密封作用以及充当药品内标签；而泡罩材料通常为聚氨乙烯、聚乙烯、聚丙烯硬片及相关材料复合组成的硬片，是构成泡罩腔的结构材料。

为什么要选用铝箔作为药用包装材料？这是由铝箔的物理化学性能决定的。铝箔具有遮光、防潮以及防污染功能，在药品包装领域具有一定的优势。关于泡罩包装的阻隔性，根据材料以及泡罩的厚度不同，可以分为阻湿性能和阻氧性能两种。

药品的泡罩包装，也被称为“水泡眼包装”，简称PTP（Press Through Packaging）。由于泡罩包装具有良好的机械性能、耐高低温性能和耐腐蚀性能，适用于现代自动化包装流水线作业。通常，泡罩包装适用于片剂、胶囊、丸剂、栓剂、粉剂等剂型的药品自动化包装。

对于铝箔泡罩包装来说，生产流程：先将透明塑料硬片吸塑成型，然后把片剂、丸剂、颗粒剂或胶囊等不同剂型的药品填充在凹槽内，再与涂有黏合剂的铝箔片加热黏合在一起。这样，就形成了独立的密封包装。

铝箔泡罩包装通常为单剂量包装，即可以盛装单个患者单次使用的药品剂量。为了提高消费者的体验，泡罩包装易采用硬铝箔作为覆盖材料，这样可以方便消费者撕下铝箔后立即取出药物。

在电子行业中，铝箔主要用于电容器生产。电解电容器作为一种最基本的电子元件，被广泛应用于通信、电子、家电、汽车、航空等多个领域。那么，为什么生产电容器要用铝箔呢？

我们通常把应用于电解电容器的铝箔称为电子铝箔，而把使用铝箔的电解电容器称为铝电解电容器。铝电解电容器因其具有电容量大、成本低以及体积小等方面的优势，在电容器产品构成中占有举足轻重的地位。

电子铝箔是生产铝电解电容器的关键原材料，并在其成本构成中占有相当大的比重。电子铝箔实际上只是铝电解电容器所用电极箔的坯料，可以进一步转化为电极箔。电极箔是铝电解电容器的核心材料，直接影响铝电解电容器的性能。电极箔可以分为阴极箔和阳极箔，其作用就是储存电荷。

那么，電子铝箔是如何转化为电极箔的呢？根据生产阶段不同，电极箔可以分为腐蚀箔和化成箔。前者为电子铝箔经腐蚀作用后形成的多孔洞铝箔（阴极箔），而后者则是在腐蚀箔基础上，经过化成作用而形成的表面覆盖有氧化薄膜的铝箔（阳极箔）。

铝箔在动力锂电池中也扮演着重要的角色，因此是新能源汽车发展史上的一种新兴材料。目前，电池箔主要分为电池铝箔和电池铜箔两大类。前者主要作为锂离子电池的正极集流体，而后者主要作为锂离子电池的负极集流体。

集流体作为锂离子电池中不可或缺的重要部件之一，具有承载电极活性物质（如磷酸铁锂等）与汇集输出电流的多重功能。选择适宜的正负极集流体材料，对于提高锂电池充放电效率具有重要的意义。发展新能源汽车离不开高性能的动力电池，将电池铝箔引入集流体，不仅符合汽车轻量化的要求，而且对于提高动力电池的性能至关重要。

在磷酸铁锂动力电池上广泛应用的碳涂层铝箔，是通过在铝箔基材上涂布分散的导电炭黑或碳涂层颗粒而制成的。碳涂层铝箔可以提高电池的能量密度、抑制电池的极化、降低电池的内阻、增加电池的循环寿命，把碳涂层铝箔应用于正极集流体，可以改善正极活性材料与铝箔之间的接触界面，从而达到提高电池性能的目的。

随着电气科学技术的进步，铝箔在变压器制造行业也占有一席之地。铝箔作为某些变压器的最常用材料，与其具有的优异性能密切相关。例如，铝箔具有的高导电和导热性，将其用作变压器的绕组材料，不仅可以减少变压器的损耗，而且还可以提高变压器的性能。

在降暑利器空调中，也有铝箔的身影。空调铝箔作为制造空调热交换器翅片的专用材料，其应用已有几十年的历史。这里利用了铝箔易于传热（冷）的特性。

不过，早期使用的空调铝箔多为素箔。所谓素箔，指的是表面无涂层的铝箔。随着家用空调器的进步，各种改性铝箔应运而生。其中亲水铝箔就是一个典型的案例。所谓亲水铝箔，指的是在素箔上涂上亲水涂层和防腐涂层之后制成的改性铝箔。

由于亲水铝箔具有较强的亲水性，因此有利于水分在换热片上的铺展和排出，并使热交换效率提高10%～15%。同时，亲水铝箔还具有防腐、抗菌、节能、降噪、无味以及延长使用寿命的优点。如今，高耐腐蚀亲水铝箔、抗菌亲水铝箔、超强亲水铝箔、纳米有机亲水铝箔等新品种都已实现了产业化。

令人叹为观止的蜂窝，一直是仿生科学的研究对象。科学家早就发现，蜂窝独特的结构特征使其以更少的材料来实现更多的功能，并且整体稳定性非常好。因此，我们可以从中获得灵感，创制新型环保材料来满足某些领域的特殊需求。

蜂窝结构材料作为一种新型环保复合材料，最初被应用于航空领域。20世纪四五十年代，蜂窝结构材料首先在军用飞机上获得应用，其后，应用于民用飞机。如今，蜂窝结构材料已获得广泛应用，在航空航天、建筑、船舶、高铁等领域发挥了重要的作用。

蜂窝结构材料也被称为蜂窝夹芯板，一般为铝质夹层结构。其构成极为简单，即在铝箔蜂窝芯的上下分别粘贴一块铝质背板。那么，蜂窝结构有什么优势呢？在受到垂直于背板的载荷时，铝箔蜂窝芯几乎与实心结构无异，甚至还要略胜一筹。用最少的材料创造了最强的几何结构，何乐而不为呢！

当然，铝蜂窝结构材料在“轻”和“强”的背后，还隐藏着一个鲜为人知的“灵魂”。这个“灵魂”就是隔热和隔音。既然铝质材料为热和声的良好导体和介质，那隔热和隔音又从何而来呢？

原来，铝蜂窝结构材料的核心为铝箔蜂窝结构，其中六边形孔洞占据大部分空间。如果制作蜂窝芯的铝箔厚度为0.1毫米的话，那么实心部分仅占总体积的百分之几。由于上下背板把蜂窝芯的六角柱形空间封闭得非常严实，因此铝蜂窝结构内的空气就流通不起来了。空气被困，热量就难以传递，自然声波的传播也会受到很大限制。这样一来，铝蜂窝结构材料无疑就具备了不错的隔热和隔音性能。

那么，铝蜂窝结构材料可应用在何种场合呢？在航空领域，铝蜂窝结构材料可应用于机翼、垂直尾翼、驾驶舱、货舱地板以及门隔板等场合。在新能源领域，该材料可用作太阳能电池板以及风力涡轮机等的吸热材料。在铁路运输领域，该材料可应用于火车舱壁和地板等场合。在建筑领域，该材料被用作高层建筑的幕墙、百叶窗和天花板，以及银行内的屏幕隔断、隔音板等，也可以用于生产便携式移动房屋。在包装领域，该材料可应用于食品、饮料、化妆品和电子产品的包装。