单一材料包装!想说爱你不容易!
摘要:本文详细分析了单一材质包装的生产难点(耐热性和阻隔性)的解决方法、工艺控制要点，并分享了多个已批量生产的实际应用案例。
成立于1990年的佛山市南海利达印刷包装有限公司(以下简称南海利达)，是软包装行业当之无愧的佼佼者。30年的专注执着，30年的创新发展，使其从一家名不见经传的乡镇小企业发展成为了年产值达到4.8亿元，具备较强研发实力的现代化软包企业。尤其在单一材料可回收包装的研究和开发上，更是率先涉足这一领域的先行者之一。早在2014年BOPE刚起步时，南海利达就成功开发出了含BOPE的全PE结构可回收滑块拉链袋。经过6年多的努力，目前，南海利达再次成功开发出系列全PE可回收包装、全PP可回收包装袋、大容量可回收包装袋、自动包装卷膜等四大类单一材质可回收包装产品，为环保事业做出了应有的社会贡献。毋庸置疑，单一材料可回收包装的发展已是软包行业最炙手可热的话题，而拥有6年单一材料开发经验的利达公司他们在研发中碰到的困难是什么，PE、PP等单一材料的应用局限性?其目前的最新进展如何?带着这些问题，近日，笔者有幸采访了南海利达总经理钟健常先生，对于单一材料的开发，钟总感慨道:单一材料的发展势在必行，前途光明!但是研发的道路很艰辛、曲折，还有很多技术瓶颈有待突破!
全PE结构的可回收滑块拉链袋
一、单一材料包装最大的技术难点是:耐热性和阻隔性
1、耐热性
就拿PE/PE材料来说，在制袋时，封口热量的传递方式是从表层材料传递到热封层上的，经过拉伸工艺，PE膜的拉伸强度、挺度、透光率等物理性能虽然有所改善，但双拉或单拉不能改变PE膜的化学性能，耐温性是制袋时的最大挑战。外层PE温度要高，保证封口的密闭性，内层PE温度必须低，满足热封性，同样的材料要具备这么大的温差，这本身就是矛盾的。
再加上PE膜的拉伸问题也给制袋的平整度增加了难度，如果用LDPE，虽然可以解决拉伸问题，但是LDPE耐热性不好，不能达到包装要求;如果使用HDPE膜，因为HDPE不能做双拉，所以，也不能解决这个问题。
如果采用BOPE，这个材料可以替代尼龙，解决包装的挺度和耐穿刺问题，但是同样解决不了耐热性和袋子的平整度问题，用BOPE/PE做成的袋子，很容易发生翘边现象，因此给制袋工艺增加了很大难度。
利达公司6年的单一材料研发，也只是部分解决了耐热性问题，要彻底解决关键依赖于原材料树脂性能的改善，还有加工工艺的改良，目前我们也没有完善的工艺。我听说埃克森美孚和陶氏都在研究如何解决PE材料耐热性问题，希望他们在这方面能尽早有新的实际性突破。
2、阻隔性
单一材料的阻隔性对比耐热性问题已有对应的解决方案，我们一般是添加EVOH或PVA来达到阻隔要求,只要添加的量不超过薄膜总厚度的5%，都是可以一起回收的，比如复合膜的总厚度为100um,则EVOH添加量大概为5um，这样的结构，经检测，其透氧率可以达到8cc以下。其包装干燥类的食品、日化品，即使放置一周后，阻水、阻氧性也基本可以媲美目前的普通包装，但是食品的保质期会比常规复合包装短一些。而且成本也增加了很多，其最大的局限性在于只能部分解决阻问题，不能解决阻油、阻光、抗化学性等全部阻隔题，不能广泛应用于所有食品包装上。
在阻隔性解决方案中，添加EVOH或PVA的利弊:在增强单一材料阻隔性方面，我司测试过添加PVA和EVOH，装干燥的食品可以尝试添加PVA，PVA的阻氧性能优异，可以在不同基材上涂布，加工性灵活，但是PVA材料的弊病是:阻水性差，容易变形，耐热性不好。对比PVA，我们认为添加EVOH会更好，EVOH的吹膜工艺已经很成熟，当客户有阻隔要求时，可以在热封层中间添加EVOH，薄膜不用再经过涂布等后加工，加在中间层受湿度影响小，阻隔性能稳定，耐热性能好。
总而言之，目前的PP，PE类单一材料包装都只适合干燥食品或日化类液体包装，耐高温杀菌等高要求包装、耐化学性都做不到。
而且单一材料还有一个很大的问题是由于其耐热性不好，达不到温差要求，所以会影响自动包装机或灌装机的速度，要大幅度降低包装速度才能达到包装的目的，假设一般的灌装机，灌装普通的包装袋可以达到80包/min速度，但在灌装单一材质包装袋时，可能连40包/min都不能达到,所以终端客户都不愿意牺牲生产效率来使用单一材料包装。
二、软包装企业生产单一材质可回收包装的工艺控制要点:
无论是纯PE还是纯PP单一材质包装，其印刷和复合都是没有问题的，可以适应所有的油墨和胶水，但是量一材质的拉伸强度会低一些，伸长率会大一些。PEPE主要还是张力控制问题、因为PE材料比较软，容易拉伸，其最大的问题是制袋工艺难控制。PP/PP，比pE的阻隔性好，阻水、阻氧、阻光、阻油都比PE好,对张力不太敏感，袋子的平整度好，但是纯PP袋缺乏柔软性，耐跌落性不好。
PE单一材质工艺控制要点
1、在印刷环节，我们基本不存在因材料拉伸变形，印刷套印不准的问题，但是一定婆选择张力控制精度较高的印刷设备，我们的PE材料在博斯特设备上速度可以达到250~300m/min，套印精度可以美PET、PP等普通薄膜。
2、制袋环节是最大的难点:针对制袋环节的热封粘刀，烫断料，制袋不平整、漏气等问题，制袋机必须要改造，单一材料对制袋机的张力和温度都有要求，张力不能太大，制袋机的速度，至少要降一半的速度，以尽量减少材料的拉伸;制袋温度要调低一点，可以采用PE/PE低温多次热封来解决的工艺方案，比如由二次热封变成三次封甚至四次封，PE/PE低温多次热封，加工温度就可以降下来;内层应该选更低温的热封材料，外层改变不了，只能在内层上动脑筋，内外层的温差至少大于或等于30℃(我们的PE袋，外层温度基本控制在140℃，内层为110℃)，否则根本不可能制袋，而且出来的袋子，平整度始终比不上不同材料结构的复合膜;做拉链袋时，可以使用低温拉链。总而言之，做不同的袋型时，必须有匹配的材料，选择合适的工艺参数去做对应的产品。
3、后加工工艺的控制也是难点，例如加焊嘴和阀门要求的温度比制袋温度更高，对材料内外层的温差自然要求更高，就要重新选择吸嘴和阀门的材质，焊嘴工艺也要重新调整才能满足制袋要求。
三、案例分享:
1、全PE可回收包装
目前，我司替代BOPA/PE的单一材料方案是BOPE/EVOH/PE,外层由耐温和抗拉伸PE用于印刷,复合层采用挺度高、强度好的材料，保证袋子的平整度和强度。可以做的袋型是三边封，自立拉链袋、吸嘴袋，这类袋型主要接的是国外订单，已经投向国外市场，主要用于包装干燥类的食品、干货、新鲜冷冻食品、日用品、以及轻量包装。
2、全PP吸咀袋
其采用100%PP结构，外层耐温耐收缩，内层低温热封和抗冲击，适合热灌装、冷藏，高阻隔性适合于奶制品包装，包装内容物重量为70~150g，袋型为带咀直立袋，四边封带咀袋，但是这类袋子目前只是小批量测试，并没有面向市场应用，主要也是耐温性问题，还有生产效率太低，因为吸嘴袋在吸嘴部位需要有更高的温差，至少70~80℃甚至100℃的温差，而PP材料达不到这么高的温差，所以，这类材料做起来难度非常大。
3、全PP包装袋
100%PP结构、PP/PP或者PP/MOPP/PP，单一可回收材质，可以满足高阻隔要求，外层采用耐温性能高的PP材质，内层采用韧性好、热封强度和耐冲击的材料，从而保证袋子达到客户使用的要求。容量范围:500g~3kg+;可制作直立拉链袋、四边封拉链袋、平底拉链袋。
四、单一材质可回收包装应用的展望:
2018年，雀巢、联合利华和卡夫等食品和日化产品巨头，在瑞士达沃斯经济论坛上承诺，在2025年前，所有的包装全部采用可回收或可降解材料。从国内外的环保趋势来看，政府、大的终端品牌商都是下了决心要使用单一材质可回收包装促进循环经济的发展，这是大势所趋，但是因为单一材料包装有很多技术问题还没有解决，不能完全替代原来的多层复合材料，所以，目前还没有大范围推广。未来走哪个方向，我们也不确定。我们目前已经走的第一步是，用含EVOH的单一材质替代铝箔，但替代铝的解决方案仍然面临很多技术瓶颈，因为它只解决了部分阻氧问题，解决不了阻光、阻油性，而铝箔的阻隔性是全方位的。除此之外，单一材料的耐热性目前也没有完整、有效的解决方案，在自动包装卷膜方面还没看见成熟的工艺，由于耐性热不好，自动灌装温度很高，对于自动包装卷膜是个很大的挑战，需要上下游原料商、设备加工商、包材企业共同努力、通力合作才能逐步解决。
目前，品牌商、包材企业发展单一材料的热情高涨，决心也很大，但是离真正落地实施还有很漫长的一段摸索之路。
我们未来发展单一材料的重点也是朝着如何解决阻隔性、耐热性方向去努力，目前也在测试流延工艺的MDOPE膜，并一直在做工艺的改良和调整，但是因为没有严厉的法规出台，目前单一材料在市场上的应用还是很局部的，不要说国内，即使在国外，他们比我们国内更早推广单一材料，但是在超市，也极少看到单一材料包装，只要耐热性、阻隔性问题不解决，单一材料就很难大面积推广、应用。除此之外，还有成本问题，单一材料包装的成本至少比普通包装高20%~30%以上，这也会限制它的发展。虽然，单一材料包装研发之路还会碰到很多挑战与技术难题，但是继续加大对可回收包装的研发力度是南海利达未来发展的重点项目，力争单一材料在2025年前后达到70%以上，这是他们立下的宏伟目标。我们也衷心祝愿南海利达以“不尽狂澜走沧海，一拳天与压潮头”的毅力、魄力、实力，逐步突破单一材料的技术瓶颈，成为软包领域单一材料包装研发应用的卓越领先者。
声明：本文由LD PACK编写，一切权利均属LD PACK所有。内容仅供参考。请纠正任何错误。未经许可，不得复制，否则LD PACK将保留追究其法律责任的权利。如有任何技术问题，请发送电子邮件至sales@ldpack.com进行讨论
