复合软包装的文稿设计和结构设计探讨（二）

二、复合软包装的结构设计

复合软包装的结构设计是复合软包装产品设计的灵魂，其设计的好坏直接影响着复合软包装膜、袋的性能和价格，在复合软包装的结构设计中应考虑如下几方面的问题。

1、复合软包装材料与包装机械的相容性问题。

复合软包装材料的交货形式一般有袋和卷膜两类。复合袋在使用过程简单，一般只要求开口性能好、热封强度够就行了。但对于复合膜卷材，由于要在包装过程中通过包装机械制袋，而一般自动包装机的制袋控制系统远不如软包装厂的制袋机，如果结构设计不合理常常造成整批产品报废。对于自动包装机用的卷材在结构设计时应考虑如下几个方面：

①机械强度。对于自动包装机用卷材，不仅要考虑常温下的机械强度，还应注意在热封温度下包装材料的机械强度。卧式包装由于材料在包装过程中受力较小，一般情况下对包装材料的机械强度要求较低，但对于立式包装机(特别是滚轮式热封的立式自动包装机)，包装材料在包装过程中受的各种作用力较大，一般BOPP/AL/PE、BOPP/AL/PP、BOPP/VM-CPP、BOPP/PE、BOPP/PP等结构的产品由于在热封温度下其整体材料的强度较低，而且内层(PP、PE)的起封温度和外层BOPP的最高耐热温度很接近，只有约20℃的工艺温度范围，再加上国产自动包装机的控温精度较差，因而很难在立式自动包装机中做出美观且气密性良好的产品。由于立式包装机在包装过程中，包装材料的受力较大，一般只适合于50g以下的产品包装。对于枕型自动包装，由于背封部分为四层，比其它部份厚一倍，而且枕形包装机常常采用齿型热封轮热封，因而复合膜(特别是含铝箔的复合膜)不能太厚，一般要求60µm以下，否则要么封不牢。要么将背封四层部位压断。对于自动包装用较厚(厚度达140µm以上)的含铝箔复合膜，有时不宜采用挤出复合的工艺来复合铝箔和表面层，例如采用PET12/EAA15/AL9/EAA15/PE100的结构的产品，在自动包装过程中有可能在热封挤压过程中铝箔随着树脂的流动而断裂。

②耐热性。在自动包装机用的卷材中，若包装机的机械精度和控温精度较差，建议采用耐热性较好的材料(如PET)做面层，这样可以使包装过程有较宽的工艺温度范围。从而方便操作。目前国内许多自动包装机的控温精度较差，一般都有±10℃以上的波动。除非经过反复论证和试验，一般不要使用BOPP作面层制作复合软包装卷材，用于立式自动包装机中。

③摩擦系数。对于自动包装用卷材，一般要求有较小的内层摩擦系数(也有内层要求大摩擦系数的场合)和合适的外层摩擦系数，外层摩擦系数太大，会引起包装过程中阻力过大，若太小可能又会引起拖动机构打滑，造成电眼跟踪切断产生问题。对于摩擦系数，一方面应注意在加工过程中电晕处理过面、固化温度偏高和固化时间太长会使摩擦系数变大，另一方面对于塑料薄膜来说，温度对摩擦系数的影响很大，因而不仅要测量材料在常温下的摩擦系数，还应考察在实际使用温度下的摩擦系数。

④热封性能。对于热封性能来说一般有低温热封性、热封强度、热粘强度和抗污染热封性能等四个指标。低温热封指在较低的温度下就可获得可靠的热封强度，低温热封性主要是由热封层树脂的性能所决定，同时也与加工条件有关，一般挤出复合时挤出温度较高，电晕处理过面或薄膜停放过久都会影响材料的低温热封性能。热粘性用于描述热封后未充分冷却固化时，热封层熔融面耐外力剥离的强度。这种外力在自动充填包装机(特别是立式包装机)中常常发生。因此自动包装用的复合膜卷材，应选择热粘性良好的热封材料。抗污染热封性又称夹杂内容物热封性，是指热封面上粘附内容物或其它污染物时仍能够热封的性能，在自动包装用卷材中是一个很重要的性能指标，它主要是由热封层树脂决定的。作为包装设计应根据不同的被包装物、不同的包装机械和不同的包装条件(温度、速度等)来选择不同的热封树脂，不能千篇一律地采用一种热封层。对耐热性差的包装物(如巧克力及一些生物活性制剂)，应选用低温热封材料，甚至选用冷封的方式。对于重型包装应选用热封强度高和机械强度高、冲击性能好的热封材料。对于高速包装机，应选用低温热封和热粘强度高的热封材料，对于粉剂、洗发水等污染性较强的内容物的包装应选用抗污染良好的热封材料。

⑤在复合包装材料的结构设计中，还应注意包装完后处理工艺如辐射灭菌、微波消毒、高温蒸煮等过程中是否会离层、变形、变色和产生异味等问题。

2、复合软包装与包装内容物的相容性问题

对于包装材料来说，包装材料与被包装物之间以及包装成品与环境条件运输条件之间的相互作用是很复杂的。包装材料是否适应于被包装物，这就是包装材料的相容性问题。由于被包装物范围很广，而且其性质差异很大，一般很难提供现成的相容性技术指标，因而对包装使用，应在使用前考察包装材料与包装内容物的相容性。包装材料与被包物之间的作用一般分为五类。

第一类是包装材料在生产、包装、运输、销售过程中受各种力的作用。复合软包装材料的力学性能主要包括弹性、强度、塑性、韧性和脆性等，复合软包装材料的强度可分为抗压强度、抗拉强度、热封强度、抗穿刺强度、抗冲击强度、抗撕裂强度、抗折裂强度。在复合软包装结构设计考虑包装材料的力学性能时应注意如下几点:

①复合软包装材料许多都含有大量的高分子材料，作为高分子材料温度对其力学性能影响很大，在实践操作过程中，不仅应测量常温下的包装材料的力学性能，还应根据包装材料的实际使用情况，在包装、加工、流通等环境的温度下来考查其力学性能，如冷冻食品应考查其在低温下的力学性能，蒸煮产品应考查在高温下的力学性能。对于高分子材料还有一点应特别注意的是，高分子材料的力学性能，不但与状态有关，还与其过程(如加工工艺、停放时间、曾受外力)有关。

②应注意复合软包装材料中的高阻隔层(如铝箔和硅铝氧化物蒸镀层)在包装、运输、销售过程中是否有压穿、压断、折裂等问题。高阻隔材料层被破坏后，虽然并不会产生漏气，但其阻隔性能就大大打了折扣，严重影响了产品的保质期。

③相同质量的液体和固体，在运输、销售过程中对包装袋的冲击破坏而产生泄漏的影响是不一样的，液体要比固体严重得多，而且泄漏造成的影响也比固体要大得多。同是固体，不同形状如粉状、颗粒状、块状、圆球状，其对包装材料的运输销售过程中的破坏也不一样，一般圆球状物(如汤圆)破坏最大，粉状物其次。当然有尖锐穿刺性的被包装物对包装材料的影响也很大。对于较重的大包装袋，一般复合软包装都只作为一个内包装，还有一个外箱，外桶或编织袋作为外包装，这时应特别注意内包装袋的尺寸应大于外包装袋，使外包装袋担负起受力的重任。

④纸是不同于一般塑料的包装材料，其性质与一般塑料材料有很大差异，在设计和使用含纸的包装材料时，应特别留意一般纸的抗压穿性能较差，一般不就用于颗粒剂和有棱角的物品的包装，一般的纸张的抗折断性能也较差，一般不能应用于常常受折的包装场合。

第二类是由于包装材料的阻隔性能不够，环境中的物质(如氧气、水蒸气)透过包装材料迁移到了包装中并与包装内容物相互作用，使包装内容物发生了物理或化学的变化；或者是被包装物的组分透过包装材料迁移到了外界，使包装内容物的有效成份(如芳香)降低。物质透过包装材料的途径一般有两种：渗透和泄漏。渗透是指物质从高浓度区进入材料表面，通过向材料的扩散，从低浓度区的表面解吸。渗透的速度与包装材料的结构、厚度、厚度的均匀性、温度、湿度等有关，同时也与扩散物质的种类有关。渗透对于包装件来说有两种，一种是穿能包装材料的渗透，另一种是穿过包装件中包装材料结合处的渗透(如热封的封口部分的热合处)，该渗透一般较小，往往容易被人们所忽视，但在某些特定条件下（如极高阻隔性包装），对包装件的整体密封性可能有很大的影响。为了使整个包装件具有较高的密闭性能，减少热封处的渗透，封口应有足够的宽度，使用的热封材料必须要有一定的阻隔性能，且高阻隔层应尽量靠近热封面。最好是热封层本身就是一种高阻隔材料。目前的对氧气高阻隔材料一般有铝箔、镀铝膜、硅氧化物或铝氧化物蒸镀膜、PVDC、EVOH、PA等。对水蒸气高阻隔性材料一般有铝箔、镀铝膜、硅氧化物或铝氧化物镀膜、PVDC等。在实际应用中应根据内容物的需要进行选择。

泄漏是与渗透完全不同的概念，泄漏是指物质通过材料的裂缝、微孔或两材料间的微小间隙穿越包装件。对于热封密闭的包装，为了避免热封处的泄漏除了要有好的包装机械，控制好包装工艺外，还应选择具有良好热封性能(特别是抗污染热封性)的热封材料，热封层的厚度和包装材料的厚度也必须适当。同时包装袋的形式也对泄漏有很大影响，一般三边封袋要比中封袋、风琴袋和自立袋等发生泄漏的机率小得多。

第三类是被包装物中的组分渗透进入了包装材料中，引起包装材料的性质发生了变化，破坏了包装材料的结构或腐蚀了包装材料。如被包装物中的一些物质迁移到了粘合剂层，破坏了粘合剂的结构，降低了粘合强度，甚至起泡和完全离层；被包装物中的一些腐蚀性物质迁移到了铝箔或镀铝层，引起了铝箔或镀铝层的腐蚀；或被包装物中的一些强溶剂渗透到了包装材料中，溶胀和破坏了包装材料。一般能破坏包装材料的物质有强溶剂、强酸、强碱、强渗透剂、强腐蚀剂。一般有机物对包装材料的影响较无机物大，其中含有苯环的有机物质破坏性更大。对于能破坏包装材料的内容物在包装材料的结构设计时应首先研究它是否对一般粘合层有破坏作用，若对一般粘合层有破坏作用而且没有合适的能抵抗破坏的粘合剂，应选择具有高阻隔性和抗破坏的热封膜。并且应使高阻隔层尽量靠近热封面，一般来说PET、EVOH、PVDC等对非强极性的有机物都具有较好的阻隔性和抗破坏能力。

第四类是包装材料中的物质迁移到了包装物中，或包装材料表面吸附物脱落到包装中使被包装物受到了污染，从而影响了被包装物的品质和卫生性能。食品和药品包装用复合膜的卫生性能就属于这一类的反映，它们主要有溶剂残留量、蒸发残渣(分别用水、4%乙酸、65%乙醇、正已烷来模拟包装材料与水、酸、醇油接触时的相容性)、高锰酸钾消耗量、重金属含量、二氨基甲苯含量、异常毒性、微生物限度等。

第五类是包装材料的表面由于静电或其它原因，对液体或固体粉末产生了吸附。这种吸附可能是无选择性的，也可能是对被包装物中的组分有选择性的吸附。一般大剂量的包装吸附不会造成很大影响，但对于小剂量的包装如高效小剂量的药品，因吸附造成的损失，可能会明显影响药物的治疗效果。

在研究包装材料和内容物的相互作用时，应注意不同的物质形态其相互作用差距很大。一般液体物质因为其“浓度”大，而且与包装材料充分接触浸泡，影响最大。其次是气体，它虽然与包装材料充分接触，但其浓度较低。与包装材料相互作用最小的是固体，因为固体物资其分子一般不能自由运动，而且与包装材料的接触也较有限。

人们经常将包装好后的成品在一定的温度和湿度等条件下停放一定时间，然后取出其内容物进行各种性能指标的测试，从而考察内容物的“保护”情况，并推算产品的货架期。一般做不同温度下(40℃、50℃、60℃)的保质期，然后根据反应动力学理论，根据温度升高后化学和物理反应以指数形式按比例增加来推算货架期。在货架期的推算过程中应注意：①反应动力学理论是在不同温度下的反应活化能相同的条件下得出的，但若在加速老化实验温度范围内，包装内容物或包装材料中有物理或化学性能的突变(如熔点、沸点、玻璃化转变)，反应的活化能将改变，推算可能会有较大偏差。②如果被包装物是属于水蒸气敏感型产品，应注意水蒸气的扩散一般不符合虎克(Fick)定律。同时相同湿度条件下，不同温度水蒸气的浓度是不一样的，在进行理论推算时应考虑水蒸气浓度变化对实验结果的影响。由于以上两种因素，一般水蒸气敏感型产品的货架期理论推算可靠性较差。③应充分考虑实验条件与实际使用和储存条件的差异，一般实验条件比较简单稳定，而实际使用条件变化大，影响因素多，为了保险，应选择一定的安全系数，并将长期留样观察与理论推导结果进行对比。④在加速实验过程中若发现包装产品达不到预期的货架期，不一定是由于包装材料的阻隔性不够，也可能是由于被包装物产品的配方和工艺出现问题。可用不同阻隔性的包装材料或同一包装材料不同的层的包装来进行加速试验，看实验结果有无明显的差异，若无明显的差异则断定问题出在被包装物本身。这时用再好的阻隔材料都无用。⑤在加速实验中，一般有个固定的假设是产品中发生的变化比通过包装的渗透有快。如果产品的变化比渗透慢，加速试验所测得的包装有效期就要比实际的长。而且还应注意，由于产品变化及包装材料渗透率两者对温度的敏感度不一样，可能某一温度下，产品的变化比渗透慢，而另一温度下却刚好相反。