單一材質可回收高阻隔耐穿刺軟包裝的研究

韋麗明

（上海若祎新材料科技有限公司，上海200335）

0. 前言

聯合國193個會員國在2015年9月舉行的歷史性首腦會議上一致通過了可持續發展目標[1]，《2030年可持續發展議程》于2016年1月1日正式啟動，開啟全球可持續發展事業新紀元。2015年9月，習近平主席在紐約聯合國總部出席聯合國發展峰會并發表題為《謀共同永續發展做合作共贏伙伴》的重要講話[2]，2016年9月，李克強總理在聯合國總部宣布發布《中國落實2030年可持續發展議程國別方案》[3]；2018年5月，習近平總書記在全國生態環境保護大會上強調[4]：“用最嚴格制度最嚴密法治保護生態環境，加快制度創新，強化制度執行，讓制度成為剛性的約束和不可觸碰的高壓線。2019年9月，《中國落實2030年可持續發展議程進展報告（2019）》發布。

碳達峰、碳中和是全球極為關注的重要議題。2020年9月，習近平總書記在第75屆聯合國大會期間提出[5]，中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。

讓低碳綠色生活成為新時尚。碳中和、碳達峰與包裝產業鏈每一個流程與環節都有密切關系。未來，預計會有數百萬億美元的碳資產，從煉油到下游相關的生產制造流程和設備，都會因為碳中和的進程而擱淺。與此同時，一個新的零碳新工業體系加快成型落地。碳中和來了，倒逼包裝產業鏈每個企業要去想，如何做到碳達峰？碳中和？

中國是塑料包裝薄膜生產制造大國。據若祎統計，據若祎統計，2020年末中國薄膜產量，BOPP包裝薄膜約為400萬噸，BOPP香煙包裝薄膜約為7.5萬噸，CPP包裝薄膜約為200萬噸，CPE包裝薄膜約為12萬噸，PE吹塑薄膜（含包裝、農地膜、牧草膜、棉花膜等等）約為超500萬噸。BOPE包裝薄膜目前可以BOPP生產線上實現，德國雙拉生產設備廠商宣稱與全球客戶達成9條BOPE生產線制造合約，預計2022年BOPE新投產產能將達到10萬噸及以上。

然而，終端消費者不希望消費品包裝視覺、觸感、以及包裝的功能性變差。出于食品保質、保鮮、保香、食品安全性、運輸便利性等方面的考慮，對包裝材料抗穿刺性、抗跌落性、阻隔性等功能性要求越來越高。

目前絕大多數塑料軟包裝采用多種不同材質的薄膜通過膠水緊密貼合（復合）制成。例如大米的復合包裝結構之一是BOPA薄膜//粘合劑//PE薄膜。包裝材料需求量及產量在增長，但多材質復合包裝在完成包裝生命周期丟棄后分類、回收卻不易，目前仍無有效的方法使復合不同材質的包裝材料分開并分類回收。

因此，研究和開發包裝結構，既具有優異的阻隔性、抗穿刺性、性價比高，其功能和外觀符合市場需求、亦符合環保趨勢，具有重要意義。若祎新材料科技不斷摸索BOPE薄膜應用范疇，成功將BOPE薄膜//高阻隔PE吹塑薄膜復合包裝結構創新拓展和應用在食品、日化品、工業品等多個領域包裝上。

1. 實驗

1.1 主要結構

（1）雙向拉伸聚乙烯（BOPE）薄膜，其結構見圖1。

圖1 BOPE基材膜結構圖

（2）多層共擠高阻隔聚乙烯吹塑（MTPE）薄膜，其結構見圖2。

圖2 MTPE薄膜結構圖

1.2 主要設備及儀器

雙向拉伸薄膜生產線，8.2 m，德國Brückner Group；

五層共擠吹膜生產線，1.2 m折徑，中國JINMING

無溶劑復合生產線，300 m/min，中國SINSTAR

干式復合生產線，120 m/min，中國BEIREN

萬能力學測試機，配置有加熱箱，MTS系統（中國）有限公司

智能電子拉力試驗機，XLW，中國Labthink

氧氣透過率測試儀，OX-TRAN 2/22，美國MOCON

1.3 性能測試與表征方法

針孔穿刺強度按照GB/T 37841-2019的規定進行測試。

氧氣透過量按照ASTM D 3985(GB/T 19789-2005)的規定進行測試。

2. 主要原料

雙向拉伸聚乙烯原料，BOPE-3，中國石化

防粘開口母料，WB1007EB，上海若祎

防粘開口母料，WB05EN，上海若祎

高阻隔材料，TPVA-OBP，中國石化

3. 結果與討論

3.1 針孔穿刺強度測試

產業對薄膜的抗穿刺強度表征，通常采用針孔穿刺、落鏢沖擊、擺錘沖擊等數值表征。針對抽真空包裝、包裝后可能存在尖銳角、裝卸及運輸過程可能存在尖銳物品穿刺的應用，例如米磚抽真空包裝等，通常通過測試針孔穿刺強度評價包裝材料抵抗刺穿的能力。

BOPE薄膜采用多碳線性低密度聚乙烯材料，經過熔融擠出、縱向及橫向拉伸，分子鏈排布整齊，可獲得優異的穿刺強度及拉伸強度等力學性能[6,7]。

MTPE薄膜熱封層及電暈層PE采用添加茂金屬催化線性聚乙烯材料、高熔體強度線性聚乙烯材料復配，經過熔融擠出，吹脹及牽引拉伸，可獲得較高的落鏢沖擊強度等力學性能。

不同材質和厚度的復合膜穿刺強度測試結果見表1。

表1 針孔穿刺強度測試比較

3.2 氣體阻隔性測試

良好的阻氧阻氣性是保持被包裝物原有品質、不易產生氧化變質（腐敗）的重要保障。聚烯烴（PP、PE）為疏水性非極性分子，與H2O相互作用很弱，具有天然優異的阻濕阻水性。但是聚烯烴（PP、PE）是半結晶材料，小分子氣體易從分子鏈段非晶區、結晶缺陷部分的空隙滲透。

本試驗多層共擠高阻隔吹塑薄膜結構采用對稱型結構，中間層（芯層）采用熱塑性PVA材料作為高阻隔材料，內外層（電暈層、熱封層）采用PE材料。經熔融擠出、橫向吹脹及縱向牽引，分子空間排列規整，且TPVA是高致密材料，因此在冷卻定型后，該層具有優異的阻氣性。因內、外層PE材料提供了良好的水汽阻隔性，多層共擠高阻隔吹塑薄膜成型后不受環境濕度影響，使TPVA的氧氣阻隔性得到充分發揮。

在其他擠出層的材料及層厚比不變的條件下，不同的阻隔層厚（TPVA單層厚度）的氣體阻隔性變化結果見表2。

表2 TPVA層厚度氧氣透過量測試比較

一般認為，氧氣透過量小于或等于5 ml/(m2·24hr·atm)的材料稱為高阻隔材料；氧氣透過量小于或等于1 ml/(m2·24hr·atm)的材料稱為超高阻隔材料[8]。從上表數據可知，TPVA具有優異的阻氧阻氣性。

4. 結語

綜上所述，BOPE薄膜/多層共擠高阻隔吹塑（MTPE）薄膜可獲得優異的耐穿刺性能、阻隔性能，在包裝領域上實現了取代“非聚烯烴材質/粘合劑/聚烯烴材質”包裝結構，從而實現包裝材料單一材質易回收，可再塑化造粒、循環利用的環保目的。

全球碳排放100億噸這樣的規模，中國占了三分之一的規模，包裝產業規模及產量也是全球最大。我們是最大的受挑戰者，也是最大的受益者。在碳中和這個考題面前，我們面臨的挑戰和困難也比較多。包括人員觀念的改變、專用樹脂的配套、設備的改進等等。認識決定行動，碳中和不僅是環境責任、社會責任，以綠色低碳為標志的生活方式將成為一種時尚。

抓住這一次可再生能源革命，將不可回收的包裝形式改變為單一材質可回收包裝形式，包裝產業將從人口紅利，走向綠能紅利。這是包裝產業制造又一次騰飛的良好機遇。