不让有害物通过——阴隔性包装材料

2005-01-19 09:52:09  点击量:

　　随着生活水平的提高，人们对食品的安全性及其保质、保鲜和货架期都提出了更高的要求，阻隔性包装材料因此应运而生，并得到了快速发展。食品包装的业内人士对阻隔的解释有许多方式。有的基于物理防护，有的着重于液体在包装物间的移动，还有涉及气体如水蒸气等。

　　而对于塑料作为包装材料来说，首要任务是控制氧，因为氧是环境中造成食品品质变差的重要因素。自从聚酯作为碳酸饮料的包装材料以来，另一个控制项目聚焦到了二氧化碳上。目前，用包装进行食品和饮料的风味阻隔越来越重要，当然还有脂肪和碳氢化合物的阻隔。

　　阻隔的种类和数量主要取决于：

　　·产品和其环境———化学组成、温度、时间、气候，预测的销售货架期，腐败的传染媒介及传染活动学；

　　·包装物组成结构的渗漏和物理损坏———一种是材料本身具有的，另一种是由于包装机械损害如挤压、针刺或撕裂造成的；

　　·影响食品成分的不良反应。

　　阻隔包装通常涉及减少或阻碍物质通过包装材料。聚偏二氯乙烯（PVDC）和聚乙烯醇（EVOH）是优秀的阻隔材料，聚乙烯萘（PEN）、尼龙MXD6及其他类似微小复合物的弯曲结构可以阻碍物质的通过。

　　多层复合

　　多层复合在加强氧阻隔方面成为标准技术已有30多年了。如铝箔塑料材料层压而成的包装材料，成功地构建起了一个牢固的阻隔物。当全塑结构盛行包装材料领域时，铝箔还没有得到应用，因此人们开始塑料阻隔物及类似材料的研究，如涂层法、镀金属法等等。

　　多层复合物目前仍是一种形成阻隔的有效方法：始于20世纪70年代的EVOH与聚丙烯多层复合物已成为番茄酱瓶、可回收桶及热灌装罐的主流材料。在20世纪90年代，对番茄酱和其他调味品包装的透明性的需求和研究，引领了聚酯与EVOH混合注入法的产生。如今，这两种基本聚合物制成的包装物品占了阻隔塑料瓶大部分市场。聚丙烯具有良好的水气阻隔性并且更加经济，而聚酯具有优秀的透明性和物理强度。

　　阻隔包装材料取决于所包装的产品需求，如碳酸饮料、啤酒和果汁饮料对有效阻隔的要求是不同的。碳酸饮料生产者关心的不是氧气而是二氧化碳。相反，啤酒灌装者则关心的既有氧气还有二氧化碳及水汽、风味泄漏、可视性和热防护等。果汁饮料的生产者主要关心氧气，因为该产品对氧很敏感，而现在也开始关注风味泄漏问题。过去，人们争论的焦点主要集中于是用热灌装还是冷灌装以保护产品的微生物稳定性；现在，焦点已转移到无菌包装下如何为目标消费者提供更好风味和色泽的产品。

　　涂层技术

　　涂层塑料结构并不是新发明，但是满足包装特定需要的材料和技术方法在不断创新。到目前为止，所有的涂层都是被动的，它们可以有效保护产品不受内外部环境的影响，除非它们受到了物理损害，这种物理损害可以来自于二氧化碳的压力，或由于气体散发压力下降造成的短时收缩。这里介绍几种新的阻隔涂布技术：

　　PVDC：在聚酯瓶进行PVDC涂布的技术很早就投入了商业使用，现在还在广泛应用。但由于在世界一些地区，特别是在欧洲，对其在经济和环境方面的争论较多，这项技术的发展已经放慢了。

　　Bairocade：在过去的5年里，最广泛地用于商业使用的阻隔涂布技术是Bairocade，它是由PPG工业公司研制的“热固环氧胺喷雾”涂布。这种涂布技术由澳大利亚Amcor公司首先进行商业使用，用于聚酯啤酒瓶的外层涂布。现在，美国Graham包装公司也采用了PPG的Bairocade氧阻隔涂布技术。在Graham的版本中，聚酯瓶壁结构中添加了除氧剂以增强其阻隔氧的能力。

　　等离子增强型化学物气体沉积法（PECVD）：化学物气体沉积法是目前二氧化碳玻璃阻隔涂布的最常用的技术。过去，是在非常高度的真空下使玻璃升华，然后涂布到包装物上，这种方法非常不经济。PECVD是上世纪90年代早期被用于薄膜和瓶子等的玻璃涂布，是目前发展最快的技术。

　　PECVD技术可以使涂布层达到显微观的薄度，在塑料瓶上形成的二氧化硅涂布层只有大约40—60nm。在低度真空下，含硅物（如H－MDSO六甲基乙硅烷）在微波或声频中形成等离子区域。在此等离子区域中，含硅物氧化产物可附着于塑料的表面，形成涂布层。这种二氧化硅的复合层可能是连续的，也可能是断续的，它的作用是阻隔如氧气、二氧化碳、水分或风味物质的进入。然而，硅阻隔层目前可能还有一些缺陷，如附着不太牢、涂布面不均匀和较脆等。因此在用于碳酸饮料瓶时，由于压力作用或压力损失后瓶体形状的改变，涂布层可能会被破坏。

　　等离子涂布主要分为三类：碳内层涂布、硅内层涂布和硅外层涂布。

　　碳内层涂布目前，有两种碳内层涂布方法。一种叫Actis，它是将非结晶碳涂布于已经成形的聚酯瓶的内层。利用微波能源形成乙炔等离子区域。涂层厚度约200nm，具有很高的透明度，但稍带琥珀色。由于是在瓶的内侧，涂层能阻隔从塑料吸收气体和风味泄漏。不久前，拥有该技术的公司接到了FDA的无异议批复，该涂布层可直接与饮料接触。并且，使用该技术的聚酯瓶已投入“百事可乐”碳酸饮料的生产，可以延长其产品二氧化碳的保存时间。

　　另一种方法叫PNS，是由日本麒麟公司开发的，它使用声频源加上内外电极使气体电离，最后形成20—40nm厚的涂层，这种涂层具有极好的气体和水分的阻隔性。

　　硅内层涂布瑞典的TetraPak分司研制了一种叫Glaskin的涂布技术，该技术利用HMDSO与氧的反应在瓶子的内层形成二氧化硅涂层。据悉，经过处理的包装瓶的氧气和二氧化碳的阻隔率是原来聚酯瓶的两倍。这种涂层具有与Actis方法形成的涂层相同的优点，但其缺陷仍是压力变化造成瓶体的拉伸或收缩，可能引起涂层的破损。

　　硅外层涂布这种“最好的PET”系统是由Krones公司与其客户可口可乐公司共同研发的，该技术利用能量加强的蒸发工艺产生离子，并将其涂布在瓶子的外层。由于涂层对过度使用相对敏感，因此在其表面进行了第二次涂布，加强其相互协作功能。采用该技术，二氧化碳保持率提高了5倍。

　　燃烧化学物气体沉积法（CCVD）目前，相对较新的薄层涂布方法是CCVD技术，它是由微涂层技术公司开发研制的。该技术发展了亚微观薄涂层的电子和模拟装置，并使其应用于塑料瓶和薄膜的涂布。不同于其他涂布技术，它可以在常压下进行，省去了昂贵的真空室。

　　该技术的工艺过程如文后图。

　　在这个工艺过程中，需涂布材料的前体物质在该公司的专刊离子化装置Nanomisertm中离子化，氧气转化成亚微观的雾，两者燃烧后形成涂布材料。燃烧的热量提供了氧雾化、两者反应及涂布材料蒸汽涂布于包装材料所需的能量。包装物在通过燃烧区域时就可完成涂布。

　　包装物通过燃烧区域时间很短，以致测量不出其温度的升高。不需要真空环境，并且该过程可以连续进行，这可以解决成本上及传统离子放电式的涂布所遇到的问题。另外，当用于有机物的涂布时，燃烧的热能即可自身达到聚合作用，而热固性的塑料就不需再进行涂布后的热处理工序，因此节省了昂贵的热处理通道和相关费用。同时，如果需要，该技术还可以进行多层结构涂布。

　　该公司称，CCVD技术与其他涂布技术相比，在达到相同的阻隔效果时，前者的涂布层要更薄。并且，与传统的等离子沉积法相比，不需要对塑料进行预处理，而达到的附着效果更好。这项技术的成功应用意味着，该公司的有机涂层是完全柔性的，可以抵抗在灌装和分销中的物理损害。

　　与其他硅和碳沉积技术一样，CCVD也一直在不断改进和发展。涂布技术的“家族”将不断发展壮大，并进一步应用于食品和饮料包装，为人类造福。