黄梦笋

（贵州省产品质量监督检验院，贵州 贵阳 550004）

1 引言

近些年来，塑料复合膜的应用逐渐减普遍。塑料复合膜因为其所具有的防潮、防渗透、质地坚韧等特点，被广泛应用于各种产品的外部包装，因为质地轻盈、式样精美受到广大群众的喜爱，作为一种优质的包装材料在我国得到迅速发展。但复合膜做包装袋时存在一个封口处容易被撕裂的问题，使其应用功能大打折扣。本文以双层结构复合膜包装袋为研究对象，对其封口受热容易撕裂的现象进行分析，希望对以后复合膜包装袋的生产有所帮助。

2 复合膜的结构原理

所谓复合膜就是先用一种聚合物制成多孔支撑膜，再用另一种聚合物在支撑膜表面形成一层极薄的致密分离层的方法制成反渗透膜，这样用两种或两种以上不同的单层膜材料，分别制成具有分离功能的致密层和起支撑作用的多孔支撑层组成的膜就叫做复合膜，而实际上使用的复合膜结构依据功能不同有2层至6层多种结构，其中食品包装常用的复合膜结构主要有以下几种：①双层复合膜如PA/PE、纸/铝箔、纸/PE、PET/PE等；②三层复合膜如 BOPP/PE/OPP、PET/PVDC/PE、PET/PT/PE、PT/AL/PE等；③四层复合膜如PT/PE/BOPP/PE、PVDC/PT/PVDC/PE、纸/铝箔/纸/PE等；④五层复合膜如PVDC/PT/PE/AL/PE等；⑤六层复合膜如PE/纸/PE/AL/PE/PE等。复合膜设计使用复合膜的基本目的就是把各种材料的功能取长补短合并起来使用，比如双层复合膜中常用的PA/PE结构，PA是尼龙料的英文缩写，该种材料具有耐高温的特点，但无热封性能不能封口，不能单独做袋子；而PE是塑胶聚乙烯的英文缩写，该材料具有热封性能优良的特点，但不耐高温，所以使用PA/PE结构，将PA做外层膜，PE做内层膜，中间用粘合剂粘合，使用的时候外层膜PA耐高温，内层膜PE具热封性，就可以用来做真空包装了。

3 复合膜包装袋的封口方法和原理

用热封法进行焊接是现在到大数使用的复合膜材料的包装袋封口所用的基本方法。复合膜受热后会发生热熔，并因此产生膜层成份中的分子扩散。所以，温度升高到能够供给复合膜相当多的热量，复合膜与复合膜之间就会发生受热引起的熔融现象，这时候施以足够的压力，当温度下降熔融过程结束时，两张复合膜冷却之后就能够很紧密的结合在一起。

热封法的基本原理为：当两张或数张复合膜之间经历过热量传递过程和质量传递过程以后，复合膜的各层膜都会处在一种三维的熔融流动状态。质量传递之所以会发生就是因为体系中存在物质浓度不均的现象，而经过热量传递和质量传递之后，复合膜内各层膜的温度和浓度均会趋向一个平衡的温度和浓度值。蛇行理论中的描述很好的说明的这一现象的发生过程，当温度升高引起复合膜组分的内部结构不太紧密时，其结构内的分子链将会发生扩散运动，其运动形式因较为类似蚯蚓而称之为蛇行，分子链蛇行通过相邻的分子所组成的母体结构，形成扩散。当温度有所下降，粘结在一起的复合膜就会冷却，而处于扩散状态的各分子链就会停留在其所处的缠绕状态，从而形成了新的结构组合。该理论中将扩散的激烈程度定义为扩散常数D1，其计算公式为D1，=kT1。其中k为波尔兹曼常数，即分子受热动能平衡常数。1代表的是分子迁移率。分子迁移率与分子扩散常数两种因子都同分子链的长度没有太大关系。而字母T则代表的是发生分子扩散时所处的温度值。在使用热封法进行封口时，对封口处给以一定压力能够促进复合膜各层膜之间的分子扩散运动。当温度下降时，分子扩散运动停止，各层膜之间的分子链相互交缠在一起形成新的组合，封口处的几层复合膜也就牢固的结合在了一起。

4 复合膜封口易撕裂机理分析

以结构最简单的双层结构复合膜为例进行分析，复合膜包装有内外两层膜复合而成，即外膜和内膜，两层膜的化学组分并不相同，所以其热熔、热分解的临界温度也不相同，所以当温度达到热熔临界温度较低的膜层的临界温度时，该层膜就会发生融化变形，致使复合膜的复合结构遭到破坏，内外膜之间产生拉应力，就容易导致包装袋封口的易撕裂现象。

云南大学杨爱明等以火腿的复合膜包装袋为对象对复合膜的两层膜分别进行厚度、红外光谱分析、熔融指数测定及差热分析，测出复合膜包装袋其内层膜的成分中最主要的应为聚丙烯，而其所用的复合膜包装袋外层膜的成分中最主要的应为聚酰胺610，两种材料都属于加热软化、冷却后硬化的塑料，但在具体性能上却有很大差别。该试验中对两层膜的软化临界温度和受热分解的临界温度值进行测定（参见下面图1和图2），对外层膜的测试显示外层膜的软化临界温度值为221摄氏度，受热分解的临界温度值为347.3摄氏度。该实验对复合膜内层膜和外层膜软化临界温度和熔融指数的测定为复合膜封口易撕裂的原因确定提供了很重要的证据。

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通常在进行热封焊接法封口时为了追求美观，常将热封温度控制在内外层膜软化临界温度之间，这样就可以避免发生封口的严重变形事件。但是温度处在两层膜软化临界温度之间时，外层膜并没有发生软化，这样很难实现内外两层膜的相互融合。两层膜之间的粘合事实上是通过内层膜上的粘合剂实现的。而由于该温度已经超过了内层膜的软化临界温度，所以内层膜就会发生软化流动，当温度下降时则会产生冷却收缩，内层膜发生形变过大，一方面减少了内层膜和外层膜的接触面积，使粘合剂的作用有所下降；另一方面内层膜的急速收缩会使内层膜中形成热封同未形成热封的部分交界的地方形成较强的内应力，进一步削弱内层膜同外层膜之间的粘合力。这样所形成的复合膜封口相当容易被撕裂，一旦封口遇到扯拉，内外层膜就会发生分立。

[1]杨爱明等.复合膜包装袋封口易撕裂的机理研究[J].光谱学与光谱分析，1999（6）：322-323.

[2]吴大成.高分子的标度和蛇行理论，成都：四川教育出版社，1989：139.

[3]赵珧兴，孙祥玉.光谱解析与有机结构鉴定，合肥：中国科学技术大学出版社，1992：97-165.