復合膜袋封口容易撕裂的機理分析

黃夢筍

（貴州省產品質量監督檢驗院，貴州 貴陽 550004）

1 引言

近些年來，塑料復合膜的應用逐漸減普遍。塑料復合膜因為其所具有的防潮、防滲透、質地堅韌等特點，被廣泛應用于各種產品的外部包裝，因為質地輕盈、式樣精美受到廣大群眾的喜愛，作為一種優質的包裝材料在我國得到迅速發展。但復合膜做包裝袋時存在一個封口處容易被撕裂的問題，使其應用功能大打折扣。本文以雙層結構復合膜包裝袋為研究對象，對其封口受熱容易撕裂的現象進行分析，希望對以后復合膜包裝袋的生產有所幫助。

2 復合膜的結構原理

所謂復合膜就是先用一種聚合物制成多孔支撐膜，再用另一種聚合物在支撐膜表面形成一層極薄的致密分離層的方法制成反滲透膜，這樣用兩種或兩種以上不同的單層膜材料，分別制成具有分離功能的致密層和起支撐作用的多孔支撐層組成的膜就叫做復合膜，而實際上使用的復合膜結構依據功能不同有2層至6層多種結構，其中食品包裝常用的復合膜結構主要有以下幾種：①雙層復合膜如PA/PE、紙/鋁箔、紙/PE、PET/PE等；②三層復合膜如 BOPP/PE/OPP、PET/PVDC/PE、PET/PT/PE、PT/AL/PE等；③四層復合膜如PT/PE/BOPP/PE、PVDC/PT/PVDC/PE、紙/鋁箔/紙/PE等；④五層復合膜如PVDC/PT/PE/AL/PE等；⑤六層復合膜如PE/紙/PE/AL/PE/PE等。復合膜設計使用復合膜的基本目的就是把各種材料的功能取長補短合并起來使用，比如雙層復合膜中常用的PA/PE結構，PA是尼龍料的英文縮寫，該種材料具有耐高溫的特點，但無熱封性能不能封口，不能單獨做袋子；而PE是塑膠聚乙烯的英文縮寫，該材料具有熱封性能優良的特點，但不耐高溫，所以使用PA/PE結構，將PA做外層膜，PE做內層膜，中間用粘合劑粘合，使用的時候外層膜PA耐高溫，內層膜PE具熱封性，就可以用來做真空包裝了。

3 復合膜包裝袋的封口方法和原理

用熱封法進行焊接是現在到大數使用的復合膜材料的包裝袋封口所用的基本方法。復合膜受熱后會發生熱熔，并因此產生膜層成份中的分子擴散。所以，溫度升高到能夠供給復合膜相當多的熱量，復合膜與復合膜之間就會發生受熱引起的熔融現象，這時候施以足夠的壓力，當溫度下降熔融過程結束時，兩張復合膜冷卻之后就能夠很緊密的結合在一起。

熱封法的基本原理為：當兩張或數張復合膜之間經歷過熱量傳遞過程和質量傳遞過程以后，復合膜的各層膜都會處在一種三維的熔融流動狀態。質量傳遞之所以會發生就是因為體系中存在物質濃度不均的現象，而經過熱量傳遞和質量傳遞之后，復合膜內各層膜的溫度和濃度均會趨向一個平衡的溫度和濃度值。蛇行理論中的描述很好的說明的這一現象的發生過程，當溫度升高引起復合膜組分的內部結構不太緊密時，其結構內的分子鏈將會發生擴散運動，其運動形式因較為類似蚯蚓而稱之為蛇行，分子鏈蛇行通過相鄰的分子所組成的母體結構，形成擴散。當溫度有所下降，粘結在一起的復合膜就會冷卻，而處于擴散狀態的各分子鏈就會停留在其所處的纏繞狀態，從而形成了新的結構組合。該理論中將擴散的激烈程度定義為擴散常數D1，其計算公式為D1，=kT1。其中k為波爾茲曼常數，即分子受熱動能平衡常數。1代表的是分子遷移率。分子遷移率與分子擴散常數兩種因子都同分子鏈的長度沒有太大關系。而字母T則代表的是發生分子擴散時所處的溫度值。在使用熱封法進行封口時，對封口處給以一定壓力能夠促進復合膜各層膜之間的分子擴散運動。當溫度下降時，分子擴散運動停止，各層膜之間的分子鏈相互交纏在一起形成新的組合，封口處的幾層復合膜也就牢固的結合在了一起。

4 復合膜封口易撕裂機理分析

以結構最簡單的雙層結構復合膜為例進行分析，復合膜包裝有內外兩層膜復合而成，即外膜和內膜，兩層膜的化學組分并不相同，所以其熱熔、熱分解的臨界溫度也不相同，所以當溫度達到熱熔臨界溫度較低的膜層的臨界溫度時，該層膜就會發生融化變形，致使復合膜的復合結構遭到破壞，內外膜之間產生拉應力，就容易導致包裝袋封口的易撕裂現象。

云南大學楊愛明等以火腿的復合膜包裝袋為對象對復合膜的兩層膜分別進行厚度、紅外光譜分析、熔融指數測定及差熱分析，測出復合膜包裝袋其內層膜的成分中最主要的應為聚丙烯，而其所用的復合膜包裝袋外層膜的成分中最主要的應為聚酰胺610，兩種材料都屬于加熱軟化、冷卻后硬化的塑料，但在具體性能上卻有很大差別。該試驗中對兩層膜的軟化臨界溫度和受熱分解的臨界溫度值進行測定（參見下面圖1和圖2），對外層膜的測試顯示外層膜的軟化臨界溫度值為221攝氏度，受熱分解的臨界溫度值為347.3攝氏度。該實驗對復合膜內層膜和外層膜軟化臨界溫度和熔融指數的測定為復合膜封口易撕裂的原因確定提供了很重要的證據。

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通常在進行熱封焊接法封口時為了追求美觀，常將熱封溫度控制在內外層膜軟化臨界溫度之間，這樣就可以避免發生封口的嚴重變形事件。但是溫度處在兩層膜軟化臨界溫度之間時，外層膜并沒有發生軟化，這樣很難實現內外兩層膜的相互融合。兩層膜之間的粘合事實上是通過內層膜上的粘合劑實現的。而由于該溫度已經超過了內層膜的軟化臨界溫度，所以內層膜就會發生軟化流動，當溫度下降時則會產生冷卻收縮，內層膜發生形變過大，一方面減少了內層膜和外層膜的接觸面積，使粘合劑的作用有所下降；另一方面內層膜的急速收縮會使內層膜中形成熱封同未形成熱封的部分交界的地方形成較強的內應力，進一步削弱內層膜同外層膜之間的粘合力。這樣所形成的復合膜封口相當容易被撕裂，一旦封口遇到扯拉，內外層膜就會發生分立。

[1]楊愛明等.復合膜包裝袋封口易撕裂的機理研究[J].光譜學與光譜分析，1999（6）：322-323.

[2]吳大成.高分子的標度和蛇行理論，成都：四川教育出版社，1989：139.

[3]趙珧興，孫祥玉.光譜解析與有機結構鑒定，合肥：中國科學技術大學出版社，1992：97-165.