单色包装充满科技感
摘要：本文分析了单一材料包装在生产过程中遇到的难点（如耐热性、阻隔性等）的解决方案以及包装的要点，并分享了多个已量产的实际应用案例。
成立于1990年的利达包装股份有限公司（简称利达包装）无疑是软包装行业的领军企业。经过30年的专注与创新发展，利达包装已成长为一家拥有强大研发实力的现代化软包装企业，年产值逾6亿元人民币。尤其在单材料可回收包装的研发方面独具匠心，是该领域的先行者之一。
早在2014年BOPE刚刚兴起之时，LD PACK就成功研发出一款采用单一PE结构的可回收拉链袋，内含BOPE。经过六年多的努力，LD PACK再次成功研发出单一PE包装、单一PP包装、大容量包装、自动包装卷膜等四大系列单一材质可回收包装产品，为环保贡献力量。毫无疑问，单一材质可回收包装的研发是软包装行业最热门的话题。然而，六年来，LD PACK在单一材质包装研发过程中，究竟遇到了哪些挑战呢？
PE、PP等单晶材料的应用有哪些局限性？最新进展如何？带着这些问题，记者近日有幸采访了LD PACK总经理钟志强先生。谈及单晶材料的发展，钟志强先生表示：“单晶材料的发展势在必行，前景一片光明！但研发之路艰辛曲折，还有许多技术瓶颈亟待突破！”
单色 PE 结构可回收拉链袋
1. 单一材料包装最大的技术挑战是耐热性和阻隔性。
（1）耐热性：
对于PE/PE等材质，制袋过程中热量的传递是从表层到热封层的。尽管通过拉伸工艺，PE薄膜的物理性能（例如拉伸强度、挺度和透明度）有所提升，但其化学性质保持不变，尤其是其耐热性，是制袋过程中最大的挑战。PE外层需要保持高温才能保证封口完整，而内层则需要保持低温才能保持热封性，这对PE的制袋工艺提出了极大的挑战。此外，PE的拉伸会影响制袋的平整度。使用LDPE可以解决拉伸问题，但其耐热性较差，无法满足包装要求。而HDPE无法进行二次拉伸，这进一步加剧了这个问题。BOPE可以替代尼龙来解决挺度和抗穿刺性的问题，但仍然无法解决制袋的耐热性和平整度问题。BOPE/PE制成的制袋容易出现卷边，大大增加了制袋的难度。
即使经过六年的单一材料开发，LD PACK也只是部分解决了耐热性问题。完整的解决方案取决于树脂性能和加工技术的改进，而这两项技术目前仍处于研发阶段。据悉，埃克森美孚和陶氏等公司正在研究如何解决PE的耐热性问题，并希望能够尽快取得实际突破。
（2）阻隔性：
与耐热性不同，目前已有方案来增强单体材料的阻隔性。通常，可以添加EVOH或PVA来满足阻隔和回收利用的要求，但添加量不得超过总厚度的5%。例如，在总厚度100um的复合膜中，EVOH的添加量约为5um，其OTR值低于8cc。此类结构可以有效地保持包装干货和日用品的品质，尽管与传统的复合包装相比，其保质期会略短。然而，这些方案成本大幅增加，且仅能部分解决阻隔性问题，而未能有效解决耐油性、耐光性和耐化学性等问题，限制了其在所有食品包装中的应用。
关于添加EVOH或PVA来提升阻隔性的利弊，我们对两种材料都进行了测试。PVA的氧气阻隔性优异，且适用于不同的基材，加工灵活性高，但其缺点包括耐水性差、易变形、耐热性不足。相比之下，我们认为添加EVOH更有利。EVOH吹膜技术成熟，当客户对阻隔性有更高要求时，可以将EVOH添加在热封层的中间，无需额外的涂布工艺。EVOH添加在中间层可以减少湿度的影响，确保稳定的阻隔性能和良好的耐热性。
综上所述，目前采用PP或PE的单一材料包装仅适用于干货或洗衣液包装，无法满足高温灭菌、耐化学腐蚀等高要求。此外，单一材料的一个显著问题是耐热性差，无法满足温差要求，从而影响自动包装机或灌装机的速度。为了达到包装目标，必须大幅降低包装速度。
2、软包装企业在生产单材质可回收包装时，需要重点关注几个工艺控制关键点：
1）印刷工艺：由于材料拉伸变形，基本不会出现套印，但需要高精度的印刷设备来保证精准的印刷套准和张力控制。对于我们的PE材料，使用BOBST的印刷设备可以实现250-300m/min的速度。
2) 制袋工艺：制袋工艺是最具挑战性的环节。需要对机器进行改造，以适应单材料包装的张力和温度。必须尽量降低张力，并降低机器速度，以最大程度地减少材料拉伸。降低封口温度并采用 PE/PE 袋的低温多重封口工艺可以提高制袋质量。内外层温差应至少为 30 ℃，以确保制袋效果。
3) 后处理：控制焊接喷嘴和阀门等后处理技术也至关重要。这些工艺所需的温度比制袋工艺更高，因此需要精心选择材料并调整焊接工艺。
3.案例研究：
1) Mono PE可回收包装
目前，我们采用BOPE/EVOH/PE结构替代BOPA/PE。外层采用耐热抗拉伸PE材料进行印刷，复合层采用高挺度、高强度材料，确保包装袋的平整度和强度。该方案适用于三边封袋、自立拉链袋、吸嘴袋等多种包装类型，主要销往海外市场，主要用于包装干货、新鲜冷冻食品、日用品以及轻量化包装。
2) 单色PP吸嘴袋
该类包装袋采用100%PP结构，外层耐热抗收缩，内层低温热封抗冲击设计，适用于热灌装、冷藏，且具有高阻隔性，是乳制品包装的理想选择。包装内容物通常在70克至150克之间，袋型包括自立吸嘴袋和四边封吸嘴袋。不过，该类包装袋目前仍在小规模测试中，尚未真正应用于市场。其主要挑战在于耐热性和生产效率低。吸嘴袋对吸嘴区域温差要求较高，至少需要70-80℃，甚至100℃，而PP材料无法达到这一要求，生产难度极大。
3) 单色PP包装袋
这些包装袋采用100% PP结构、PP/PP或PP/MOPP/PP结构，采用单一材料以满足高阻隔性要求。外层采用高耐热性PP，内层采用柔韧性、热封强度和抗冲击性良好的材料，确保包装袋满足客户需求。包装袋可制成各种类型，例如自立拉链袋、四边封拉链袋和平底拉链袋，容量从500克到3公斤不等。
单一材料可回收包装的未来展望：
雀巢、联合利华和卡夫等主要品牌在2018年达沃斯世界经济论坛上承诺，到2025年，其所有包装都将采用可回收或可生物降解的材料。国内外环境可持续发展的趋势促使各国政府和主要品牌采用单一材料可回收包装，以促进循环经济的发展。然而，许多技术挑战仍未得到解决，阻碍了单一材料包装完全取代多层复合材料。目前的解决方案，例如使用EVOH替代铝箔，仍然面临技术瓶颈，因为它们只能部分解决氧气阻隔问题，无法完全取代铝箔的综合阻隔性能。
目前，品牌商和包装企业已下定决心发展单一材料，但距离真正落地仍有很长的路要走。尽管面临诸多挑战，像我们这样的企业仍致力于开发阻隔性和耐热性的解决方案。我们目前正在测试MDOPE薄膜，采用挤出工艺，并持续改进和调整工艺。然而，由于缺乏严格的监管，单一材料包装的应用仍然有限，即使在比中国市场更早推广的海外市场也是如此。解决耐热性和阻隔性问题对于单一材料包装的广泛应用至关重要。
除了技术挑战外，成本问题也不容忽视。由于单一材料包装的成本通常比传统包装高出至少20-30%，这限制了其发展。
单一材料包装的发展仍将面临挑战和技术瓶颈，但加大对可回收包装的研发投入是LD PACK未来发展的重点。我们的目标是到2025年左右，实现单一材料包装的普及率超过70%。我们衷心祝愿LD PACK能够成功突破单一材料包装发展的技术瓶颈，成为该领域的领军企业。
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文章来源：《包装前沿》