包裝材料的結構設計要充分滿足內容物的保護性需求,又不至于功能過剩,從而做到最經濟的包裝成本。不同的內容物性質及不同的后加工方式,要求包裝材料也具有相應的功能性質,下面進行簡單的概要說明。
1.內容物的形態和重量
對于塊狀物體,要考慮包裝材料對部分塊狀堅硬物的抗穿刺能力,如豬蹄、鳳爪、花生米之類的包裝。
對于粉狀的物體,由于靜電吸塵效應,熱封口部位吸附粉體而影響包裝袋封口的可靠性,應考慮改善薄膜的抗靜電性,一般在三層共擠熱封膜的熱封面添加0.1~3%的抗靜電劑母料。
液體對充填包裝時的封口完整性有很大影響,而且同一包裝材料對不同的封口污染物的抗封口污染性也不同,例如K-OPP20//PE空袋的熱封強度為32.5N/15mm,對10%鹽水的夾雜物封合強度為12.5 N/15mm(熱封條件:封入30ml,150℃-0.1MPa-1s,下同),對醋的夾雜物封合強度為18.0N/15mm,對醬油的夾雜物封合強度為10.0 N/15mm,對牛乳的夾雜物封合強度為4.0 N/15mm。一般在共擠熱封膜的熱封層添加一定比例的mLLDPE,以改善薄膜的抗夾雜物熱封性能。
內裝物的形狀,也是影響包裝袋耐跌落性的重要因素,相同重量的物體,流動性越好,其跌落時對包裝袋封口處的沖擊力越大,也越容易出現跌落破包現象,此時需選用熱封強度高、韌性強度較好的包裝材料。
內容物的重量及形態,直接影響到包裝袋流通過程的耐跌落性能,因而同樣的內容物,重量不一樣,要求選用不同的包裝材質。例如,洗衣粉袋,800g以下時一般選用BOPP//PE結構,1kg左右的多選用PET//PE結構,1.7kg以上的多數選用PA//PE結構。
2.內容物的性質
對光敏性物品或者含有光敏性組分物品的包裝,需要考慮包裝材料遮光性要求。例如,有的水煮竹筍袋采用KNY//PE結構,可減少紫外線對水煮筍的變化反應(發黃)。
油脂易氧化變質,同時液體油脂可能滲透包裝材料的正面,需選擇耐油度、耐透油性較好的BOPA材料作阻隔層。PE的耐油度不如CPP,但CPP的抗油質封口污染性遠不如用mLLDPE共混改性的PE薄膜,需根據具體的包裝要求權衡選擇。
對于含酸堿成分的內容物,重點考慮包裝材料及膠黏劑的耐腐蝕性,避免這些腐蝕性成分透過內層材料遷移到復合膜的膠層及鋁箔層的界面引起脫層現象。例如,一種PET//AL//RCPP結構的鹵汁牛肉包裝袋,打開包裝袋后發現直接與牛肉接觸部位的AL//RCPP層間已脫層,而其他部位的剝離強度卻很好(如圖2-1)。
圖2-1 鹵汁牛肉包裝袋的局部脫層現象
溶劑類成分對高聚物具有很強的溶脹作用,特別是含混合溶劑成分的液體農藥,目前還沒有一種膠黏劑能完全勝任這方面的包裝要求,必要時需通過加速試驗以確認包裝袋對具體成分的包裝適應性。
3.包裝方式
真空包裝是常見的包裝方式,要求包裝材料有較好的阻氣能力,而且要有一定的封邊寬度(減少側面滲透的影響),多采用三邊封袋形,而不采用背封袋形。需要指出的是真空包裝能有效抑制需氧菌引起的變質。對厭氧菌引起的變質,還需配合適當的滅菌工藝才能延長保質期。
充氣包裝常用于不適合于真空包裝的內容物,如餅干、薯片等易壓碎的物品。充氣包裝也需要包裝材料具有一定的阻氣能力,同時要求包裝袋具有良好的密閉性和封合強度,如市售的薯片充氣包裝袋均以齒形封刀以增強包裝袋的氣密性。
阻隔包裝在包裝袋內封放一定量的脫氧劑、防潮劑,是一種比較成熟的保質包裝方法,要求包裝材料具有相應的阻隔能力。值得一提的是,有的人認為包裝材料正面采用了高阻隔材料就是高阻隔包裝了,其實不然。例如以折邊背封袋袋形增強展示效果,卻忽略包裝袋的整體密閉性,這樣在多層復合膜的搭接處容易形成里外連通的小孔,使防潮、脫氧包裝的保質效果大打折扣。
有的包裝袋只是在封口時封入了較多的空氣,只是使包裝袋鼓起以增強展示性,此時也要求包裝袋具有較好的氣密性。
4.滅菌方式
以水為介質的加熱滅菌目前分為水煮、半高溫蒸煮、高溫蒸煮,所選用的包裝材料、油墨、膠黏劑必需滿足相應的殺滅菌蒸煮條件。蒸煮包裝內層材料一般選用RCPP,但RCPP材料對于液體包裝來說存在耐跌落性差的缺點,此時可以選擇蒸煮級RPE,只是透明度略降低。
包裝袋的滅菌方法,還有加熱滅菌、微波滅菌、輻射滅菌、超低溫滅菌等,不同的滅菌方法對包裝材料的性能要求也不一樣,包裝材料必須滿足相對應的滅菌要求。
5.流通條件
食品包裝的流通環境一般分為常溫、冷藏、冷凍等,低溫條件下要注意包裝材料的耐低溫性能,如普通CPP不適合0℃以下的溫度使用,LDPE薄膜可以通過共混改性進一步提高其耐低溫性能。
由于我國幅員遼闊,地區環境差異大,包裝材料的設計要充分考慮這些差別。例如,同樣是充氣包裝,銷往高原地區和沿海地區的包裝袋的充氣量就不一樣。
6.包裝機械
自動包裝機分為立式和臥式兩大類。立式包裝機充填時對包裝材料的熱粘強度有較高的要求。熱粘強度是指包裝材料封口后未冷卻時的封合強度,其值遠低于常溫下檢測到的封合強度。
包裝材料的摩擦系數影響自動包裝時的走機性能和產品定位的準確性。一般立式包裝機要求包裝材料的摩擦系數(熱封面與鋼板間的摩擦系數)小一些,而臥式包裝材料的摩擦系數(熱封面與內裝物的摩擦系數)稍大一些。另外,自動包裝對包裝材料表面與鋼輥間的摩擦也有一定要求,一般要求偏大一些,太小會引起材料的走偏。
對于制成包裝袋發貨的產品,一般要求封合強度、開口性及抗封口污染性就可以了。
上述要求只是包裝材料結構設計及工藝設計需考慮的基本信息,實際應用要復雜得多,不同的內容物、不同的后加工方式、不同的流通條件等對包裝材料的性能要求各異,對油墨、膠黏劑的要求也不一樣,需要根據不同的功能性要求,對包裝材料進行差異化設計。