大多数复合问题都是由同一个,结合方便面面饼的特性、包装工艺以及镀铝复合膜的生产工艺

为了保护奶粉中蛋白质、维生素等营养物质不被破坏,保质期得以延长,通常采用奶粉铝箔复合膜袋装形式进行包装,但铝箔的成本较高,如何保证铝箔复合膜的高阻氧性的基础上铝箔厚度较为合适,则需要采取有效的氧气透过率测试设备对不同铝箔厚度的铝箔复合膜进行有效检测与比较。
本文详细介绍了奶粉铝箔复合膜氧气透过率的检测方法,为相关行业提供技术与数据指导。

以下内容来自华印软包装微信公众订阅号:rb3602000

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关键词:奶粉、铝箔厚度、铝塑复合膜、氧气透过率、阻氧性、变质、延长保质期、氧气透过率测试仪

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摘要:针对国内使用镀铝复合膜作为包装的品牌方便面成品包装出现的质量问题,利用多款检测设备及分析技术,对不同品牌方便面的镀铝复合膜的阻隔性、密封性、物理机械性能以及溶剂残留等关键指标进行了检测,结合方便面面饼的特性、包装工艺以及镀铝复合膜的生产工艺,根据测试数据分析了镀铝复合膜与面饼之间的相容性、质量问题的产生原因及解决办法,由此为方便面生产企业在包材选择及质量管控工作提供借鉴。

测试意义:

昨天,“原来,大多数复合问题都是由同一个“凶手”制造的”文章被大家广泛关注。
今天接着昨天的内同,继续为大家推出江苏百瑞特化工公司的李工在复合方面的见解。

关键词:镀铝复合膜,方便面面饼,包装性能检测,相容性分析

奶粉是将生乳的杂质过滤后进行一定的脱脂,再加热杀菌,根据配方需要加入香料等成分进行调整,再经过真空浓缩至一定体积后以雾状喷到有热空气的干燥室里,脱水后制成粉末,快速冷却过筛,即包装为成品。
这种工艺使得新鲜生乳中的蛋白质、脂肪、维生素、矿物质等营养成分得以完好保存,并且只需热水冲调即可食用,方便快捷。
但为了保证奶粉可以具有较长的保质期,避免被空气氧化引起变质或产生结块现象,需采用高阻隔的包装材料对其进行保护,特别是包材的阻氧性,即氧气透过率越低,对空气中氧气的阻隔性越好。

根据有的镀铝膜复合的外观和转移产生的原因,可能有朋友认可小的上胶量会解决镀铝转移问题。
但小的上胶量绝对解决不了复合膜的外观问题。
因为小的上胶量还不够印刷油墨的吃胶量。
特别是多色叠印的大墨量印刷膜。
我觉得现在方兴未艾的无溶剂复合给了我们很好的答案。

刘东芳1,陈欣2,于佳佳2

一般奶粉多采用铝箔复合膜进行袋装或者金属罐装,袋装奶粉性价比高,方便携带。
为了使得袋装奶粉的保质期得到延长,同时控制复合膜材料的成本,铝箔复合膜中价格较贵的铝箔厚度该如何选择才可以在保证包装高阻氧性的情况下也可降低包材成本,这是目前很多奶粉生产企业急切解决的问题。
本文采用专业的可测试高阻隔材料的氧气透过率测试设备对某包材厂生产的不同铝箔厚度的奶粉铝箔复合膜样品的氧气透过率进行检测比较,为相关使用者提供技术与数据参考。

无溶剂复合之所以能够用比溶剂型粘合剂低1/3~1/2的涂布量复合出合格的产品,不是因为无溶剂粘合剂的流平润湿性和粘接强度比溶剂型粘合剂好,可能这些性能还低于溶剂型粘合剂。
而是因为无溶剂复合机采用了与干复机完全不同的四辊差速的转移涂布上胶方式。
使无溶剂粘合剂可以在四辊差速的传递过程中有一个很好的状态,可以以均匀平整的状态转移到载胶膜上。
如果无溶剂复合同样采取现在干复机的上胶方式,那结果一定是可想而知的。
同样如果能够把溶剂型粘合剂的涂布上胶状态也达到无溶剂复合的涂布状态,我想一样可以以无溶剂复合的上胶量,做出很好的复合产品。

(1.国家包装产品质量监督检验中心,济南250102;2.济南兰光机电技术有限公司,济南250031)

检测方法:

1、干法复合中的大部分质量问题产生的最终根源是粘合剂在薄膜上的涂布上胶状态不佳。

现今市面上销售的多款品牌方便面产品多为油炸型,仅有少数品牌的方便面为非油炸型[1],而油炸型方便面多使用棕榈油,所以其对包装的阻隔性、整体密封性要求较高,较差阻氧性的包装易导致面饼内油脂酸败。
国内方便面产品使用的包装多为BOPP/VMCPP,BOPP/CPP,PA/CPP复合膜结构,其中BOPP/VMCPP复合膜是阻隔性较高的包装膜,但是各层厚度及复合膜质量的不一致,导致了该镀铝复合膜在阻隔性能、溶剂残留等关键性指标质量上差距较大[2-3]。
针对上述方便面面饼复合膜包装的现状,对国内三款品牌方便面所使用的BOPP/VMCPP镀铝复合膜包装进行了检测,重点从阻隔性能、物理机械性能、溶剂残留等关键控制点入手,从包装生产、方便面自身特性、镀铝膜复合工艺等多方面分析该镀铝复合膜包装与方便面面饼的相容性,以便于为国内方便面包装材料的选择提供一定的参考依据。

目前,氧气透过率测试方法分为等压法与压差法,其中等压法是利用库仑电量传感器将所吸收的透过样品的氧气转化为电子,利用氧分子和电子在数量上的线性正比关系计算出氧气透过率。
此过程不受渗透浓度和传感器环境变化影响,检测限低,可精确检测高阻隔材料的氧气透过率。

2、现在干法复合的平均上胶量,至少有1/3是为了弥补最初的涂布上胶状态不佳的缺陷。

1方便面面饼特性及镀铝复合膜应具有的性能

目前,国内等压法测试氧气透过率试验遵循GB/T 19789-2005《包装材料
塑料薄膜和薄片氧化透过性试验 库仑计检测法》此项国家标准。
我们将采用Labthink兰光自主研发的OX2/231氧气透过率测试仪结合此标准对不同铝箔厚度的奶粉铝箔复合膜样品的氧气透过率进行检测。

3、无论采用何种方法提高干法复合粘合剂的涂胶状态,这部分上胶量是可以省下的,会使复合成本有一个明显的降低,最主要的是可以大幅度的提高复合产品的质量,甚至使某些问题彻底根除。
好处N多,就不一一列举了。

油炸型方便面含有较高油脂及一定量的蛋白质,遇氧气环境会使食品色素被氧化导致颜色发暗、油脂中大量不饱和脂肪酸成分被氧化而酸败,所以食品应尽可能与氧气环境隔绝。
其次,干燥面饼的水分含量低,遇湿度较大环境时,方便面易吸收空气中水分,产生潮解,面饼变软。
很多方便面内都添加了保持产品性质的食品添加剂,如水分保持剂三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、磷酸二氢钠以及抗氧化剂特丁基对苯二酚。
其中,水分保持剂是为了保持食品内部持水性,改善食品的形态、风味、色泽等的一类物质,使方便面复水快、易冲泡。
而且这些聚磷酸盐能与金属阳离子Ca2+、Mg2+、Cu2+、Fe2+等螯合,抑制多酚氧化酶等的活性,防止面条褐变;同时磷酸盐与这些金属阳离子螯合后,能降低微生物细胞分裂时的稳定性及降低许多细胞的热稳定性,从而有效抑制细菌滋生,起到防褐保鲜、延长货架期的作用。
抗氧化剂则可以延长食物的酸败[4-5]。
但上述食品添加剂在人体中长期积累易导致人体摄磷过多,会使体内的钙无法充分利用,引起骨折、牙齿脱落等骨骼变形症状,而抗氧化剂在人体内慢慢变质易引起体内酶系统紊乱最终引发癌变[6]。
所以,基于阻氧、阻湿的要求,同时为了降低食品添加剂的加入量,对方便面包装的阻隔性要求较高。

1、试验仪器

1、薄膜的表面张力。
生产中应注意薄膜的生产日期。
储存时间越长,表面张力越低。
特别是湿度较大的环境下。

另外,方便面面饼易脆,包装袋内易有面渣固体或碎屑。
所以,方便面包装不仅应具有高阻湿性、阻氧性,还需具备一定的耐穿刺性、耐揉搓性。

高精度OX2/231氧气透过率测试仪,独立三腔均值设计,可单次试验便给出三个试样测试的平均值,支持薄膜和容器双重测试模式。
控温范围为15℃ ~ 55℃,控湿范围为0%RH、15%RH ~
90%RH、100%RH,薄膜氧气透过率测试范围为
cm3/m2·24h,并可扩展至 cm3/m2·24h。
此系统还可扩展测试氧气透过率范围为0.0001 ~ 10 cm3/不同尺寸的容器。
系统支持Lystem™实验室数据共享系统,可实现试验结果和检测报告的统一管理。

2、粘合剂本身的流平性和润湿性。
属于粘合剂的一个内在指标。
用户不好鉴别,但很重要。

1.2镀铝复合膜应具有的性能

该仪器满足多种国家和国际标准:ISO 15105-2、 GB/T 19789、 ASTM D3985、
ASTM F2622、ASTM F1307、 ASTM F1927、 JIS K7126-2、 YBB 00082003。
可满足不同温湿度环境下各种塑料薄膜、复合膜、铝箔、片材及塑料瓶、塑料袋等包装容器的氧气阻隔性测试,并可扩展测试太阳能背板、塑料管材、医药泡罩、隐形眼镜等软塑产品的氧气透过率。

3、工作液浓度、粘度、网纹辊线数三者的协调匹配是复合工艺的重要内容之一。
虽然不太好掌握,但也应尽可能的掌握常用粘合剂的使用规律。
如在所用粘合剂允许使用的最高工作液浓度下,尽可能使用高网线辊。
既可以提高涂布质量,又可以降低成本。
现在已有些彩印厂开始使用陶瓷网纹辊和陶瓷螺纹滚。

镀铝复合膜具有优良的阻氧、阻湿性及阻油性,并且其具有良好的反射性,所以可防止油炸面饼被外界的紫外线、可见光等氧化,保证了面饼较长的保质期。
比如总厚度为40?m的聚酯膜/镀铝流延聚丙烯膜双层复合膜的透氧量为6.0cm3?m-2?24h-1?atm-1。

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图2 OX2/231氧气透过率测试仪

4、生产中控制溶剂的挥发或及时补充溶剂。
以保持工作液的浓度和粘度相对稳定。
也就保持了涂布状态和涂布量的稳定。

因质量较差的镀铝膜容易在外力揉搓或挤压时产生现针孔,从而引起阻隔性明显下降,所以镀铝复合膜应具有优良的耐折性及抗揉搓能力,以保证其在包装方便面过程中不易出现揉曲、皱折、漏气等现象。
各层薄膜之间复合时应不易发生脱层,并且胶粘剂粘结充分,如果复合强度较弱,则可能因面饼的油脂渗入至复合膜各层间,导致复合膜分离,整体阻隔性下降。
如果使用镀铝复合膜作为外包装,镀铝层的厚度应均匀并且镀铝层的附着力强且不易脱铝。
镀铝膜表面应具有良好的润湿性和粘合性,以便印刷油墨和复合胶粘剂在膜表面的附着和粘合[7]。

2.试样的制备

5、由于复合压辊的硬度、压力决定着涂胶膜和网纹辊的接触面积,也就直接影响了涂布状态的好坏。
故应根据各自的设备状况,寻找出最佳状态。

镀铝膜表面具有极佳的金属光泽和良好的反射性,无明显的杂质、斑痕、亮条及阴阳面等现象。

将三款不同铝箔厚度的奶粉铝箔复合膜样品置于23℃的环境中,放在干燥器内调节状态48小时。
取出后,分别从每种样品上裁取直径为108 × 108 mm的试样3个。

6、将网纹辊改成螺纹滚和匀胶辊的使用会更直观的改变涂布状态。

根据国家相关法律法规要求,包装物的油墨印刷层中油墨成分不可含有苯类致癌化学物质,否则会在高温、高湿环境下或食品长期的储存中发生迁移,进入食品后会影响食用者身体健康。
油墨的印刷适性好,油墨与基材之间黏结良好。
油炸面饼含有大量油脂,易缓慢进入复合膜胶黏层与复合用溶剂相容,引起有害溶剂成分渗入面饼内,所以所使用的镀铝复合膜包装更应注意不得含有有害的溶剂残留。

三款样品的铝箔厚度分别为7 µm、9 µm、12
µm,对应的铝箔复合膜样品分别编号为样品A、样品B、样品C。

以上这些都可以改变粘合剂的涂布上胶状态。

2不同品牌镀铝复合膜的测试与研究

3.试验条件

江苏申凯包装高新技术股份有限公司成立于2002年,公司注册资本8000万RMB,天交所上市企业,,股权代码000057,高新技术企业,公司总投资超过2.1亿RMB,拥有20000余平方米普包厂区;拥有13000平方米的药包厂区,11000平方米的办公面积。
公司拥有二位行业顶尖研发博士,每年新增超过100多个专利,专业生产食品包装膜、化工包装膜、电子监管码防伪包装等各类彩印复合包装膜。
现位于无锡新区硕放中通路99号,毗邻上海车程2小时内。

2.1试验项目、设备及参考标准

地点:济南兰光包装安全检测中心

文章转自

试验项目:氧气透过量;试验设备:VAC-V1压差法气体渗透仪。

试验温度与湿度:23℃,0%RH

试验项目:水蒸气透过率(参考标准GB/T21529-2008);试验设备:W3/330水蒸气透过率测试系统。

4.试验步骤

试验项目:厚度(参考标准GB/T6672-2001);试验设备:CHY-CA测厚仪。

OX2/231采用等压法测试原理,将预先处理好的试样夹紧于测试腔之间,氧气在薄膜的一侧流动,氮气在薄膜的另一侧流动。
氧气分子穿过薄膜扩散到另一侧的氮气中,被流动的氮气携带至传感器。
通过对传感器测量到的氧气浓度进行分析,从而计算出氧气透过率等参数。
对于包装容器而言,氮气则在容器内流动,氧气包围在容器的外侧。

试验项目:热封强度(参考标准QB/T2358-1998)、剥离强度;试验设备:XLW智能电子拉力试验机。

在透气室外表面的凸边边缘涂抹一层真空油脂,避免油脂涂在腔体空穴中间圆盘上。
将从同一个样品上裁取的3个已状态调节完毕的试样分别装夹于OX2/231氧气透过率测试仪的3个透气室外表面涂抹的真空油脂上,避免试样皱折,轻轻按压使试样与真空油脂良好接触。
盖上透气室盖,紧固密封好。

试验项目:泄露最大负压;试验设备:MFY-01密封试验仪。

试验项目:揉搓试验;试验设备:FDT-01揉搓试验仪。

试验项目:溶剂残留(参考标准GB10004-2008);试验设备:GC7800气相色谱仪。

上述试验设备均由济南兰光机电技术有限公司生产,具有较高的精密度及稳定的性能。

本研究抽选了三款国内著名品牌的油炸型方便面及其镀铝复合膜包装的原材料进行了阻隔性、物理机械性能以及化学性能等项目的试验,出于对各品牌测试数据的保密,本研究将三种样品分别命名为1号、2号与3号。
根据试验结果、方便面面饼特性、镀铝复合膜的生产工艺以及包装与食品相容性,进行了如下的比较和分析:

镀铝复合膜的厚度与阻隔性比较

由表1中数据可看出,1号~3号的包装袋总厚度依次为44.9μm、50.1μm与52.2μm。
经过比较,1号样品包装袋比其他品牌同种材料的偏薄,而且并未达到包装袋生产厂家提供的数据48μm的厚度。
这两种包装袋的厚度差别造成的产品质量差距在后面的阻隔性实验数据中有进一步验证。

从表1中未揉搓前的阻隔性数据分析,三款样品的阻氧性及阻湿性均能达到良好的阻氧、阻湿的要求。
比较阻隔性数据可以看出,薄膜较厚的3号样品的水蒸气透过量分别比薄膜较薄的1号及2号样品的水蒸气透过率低60%、49.5%,氧气透过量低62.8%、59.7%,即说明薄膜总厚度增加,特别是充当阻隔层的VMCPP膜厚度增加,可显著提高复合膜整体的阻隔性。

实验过程中将此类镀铝复合膜进行了揉搓性试验,并测试了揉搓后的阻隔性数据。
从表1中可以看出,揉搓后的1号和2号样品的氧气透过量发生了较大变化,是揉搓前的5~6倍。
由于所包装的面饼比较坚硬,有时会有折断的方便面残渣,所以此类包装需要一定的耐揉搓性,否则原有的高阻隔性就会大打折扣;如在搬运、储藏及物流过程中,方便面成品频繁与其他物体接触摩擦,此类镀铝复合膜更易产生针孔,在高温高湿环境下,氧气透过量及水蒸气透过率将增大,方便面会被氧化。

根据上述现象发现,厚度偏薄的1号与2号样品在经过揉搓后阻隔性能变差,这是由于镀铝层较薄引起的,1号产品BOPP层厚度为25μm,镀铝层厚度为20μm,而竞争实力相当的国内品牌一般将BOPP层厚度控制在20μm~25μm,镀铝层厚度控制在23μm~28μm。
因为BOPP层1μm~3μm的差别对于整体包装的阻隔性影响不明显,但是VMCPP层5μm左右的差别将引起阻隔性的明显下降,但镀铝层不可过厚,否则会对包装材料整体光泽、薄膜的复合强度、印刷效果造成影响。

镀铝复合膜的热封强度及密封性比较

BOPP/VMCPP镀铝复合膜通常情况下具有较低的热封温度和较高的热封强度。
1号和2号样品的顶边热封强度较为合适,但侧边热封强度在国家标准最低要求值附近,结合整体包装的密封性试验结果,当分别抽负压至-70kPa和-80kPa时,放在水中的整体包装在侧边热封处的周围有气泡产生,进一步说明了侧边热封强度较低。
上述质量问题将导致方便面在经过储存、出厂、运输及销售一系列过程后,缓慢的进入氧气及湿气,从而引起面饼的潮变及氧化。
而3号样品的顶边与侧边热封强度均较高,在-89kPa的负压情况下,也未发生泄露。

由实验结果可以看出侧边的热封强度略低,在封刀压力作用下,袋口虽封上了,但稍用力挤压或撕剥,这种问题较为常见,虽然不会造成包装物泄漏,但影响了包装的美感,破坏了商品形象,而且在运输、搬运过程中极易造成侧边热封口的损坏。
造成上述现象的原因分析如下:

a.热封温度不够,只需适当提高热封温度即可解决问题。

b.热封压力过低时,被热封的两层材料难以达到真正的融合,或者难以赶尽焊口中间的气体,以至造成局部漏焊。
热封压力过大,再当热封温度稍高时,易在热封时热封刀会将封缝中的熔料挤走,导致“热切”现象。
轻则降低封口的热封强度,使封口的耐冲击强度下降。
所以,热封压力应当适当。

c.热封刀的刀面不够平整,一般是因为中间螺杆装斜了,不是水平的,或者是上热封刀的压力、弹簧压力不均。
因此,需重新校正中间螺杆的位置,使其处于水平状态。
当上、下热封刀不平衡,则要通过调节压力弹簧来实现,调节到适中即可。
弹簧向外退时,热封刀将向下坠;将下刀片的弹簧向上施紧时,热封刀将向上移动。

d.设备使用时间长了,高温带上附着了灰尘及塑料屑等脏物,造成高温带不光滑、不平整,使得封口受热不均匀,经冷压轮压合后出现气泡。
清洗或重新更换高温带即可排除故障。

e.包装材料自身问题,如果内层镀铝膜非低温热封镀铝膜,而是普通热封镀铝膜,那么热封温度至少应达到150℃,如果是低温热封镀铝膜[8],热封温度达到130℃即可满足热封效果。
所以建议使用低温热封镀铝膜,可以控制热封温度不足问题,并节省热封用电成本。

镀铝膜光泽度及复合强度的比较

将1号样品与2号、3号样品的内层进行比较,镀铝层的光泽度不如其后两者,显现出发白、发暗现象,这将使其他品牌方便面包装在整体外观上略占优势,1号样品从外观上损失了竞争力。
如要解决上述问题,需选用合适表面张力的镀铝膜以及双组份、分子量较大、表面张力合适的镀铝膜专用胶粘剂[9-10],并调节好干式复合过程中溶剂挥发等环节的温度。

BOPP/VMCPP复合膜的复合强度主要由剥离强度体现,由剥离强度结果可以看出1号样品的复合强度低于2号、3号样品。
而且在剥离试验过程中,发现部分面积的镀铝层不仅无法将油墨层撕落,反而是印刷墨层将镀铝层撕落,即发生了镀铝迁移现象,这将影响剥离强度实验结果,也从侧面反映了复合过程中残留溶剂的渗透问题。
所以在镀铝膜生产过程中需控制蒸镀铝膜时连结料的均匀性;选择分子量稍大的优质镀铝膜专用胶黏剂,且涂抹均匀,以防胶液渗透到镀铝层并进一步破坏作用,导致迁移现象;配制胶液时适当降低固化剂的使用量,保持胶膜良好的柔韧性及伸展性,将有利于控制镀铝层的迁移。

镀铝复合膜的溶剂残留量的比较

从表3的溶剂残留实验数据可以看出,1号与2号样品苯类物质含量大于或等于检出限0.01mg/m2,即表示检测出苯类物质,而苯类物质是国家规定不允许在食品包装袋中检出。
可以推测出该复合膜在油墨层印刷过程中溶剂含有的甲苯、二甲苯等物质未挥发完全,特别是在油墨快速印制过程中,为了使油墨快速稀释及干燥,甲苯、丁酮、乙酸乙酯、异丙醇等基本原料作为混合溶剂成分,尤其把甲苯作为调配混合溶剂的主要原料[11]。
从而在挥发处理溶剂过程中不严格控制,即导致高温状态下挥发出类似于油漆的甲苯味道,苯类物质在高温或高湿环境下可能迁移至面饼中,引发食品迁移带来的食品安全,进一步影响消费者健康。
解决此类问题主要取决于在油墨印刷过程中调整醇类、甲苯等溶剂比例,在后期溶剂挥发处理工艺中调整好温度、时间等工艺使醇类、苯类等溶剂挥发充分。

另外,现阶段国内食品行业绝大部分采用干式溶剂型复合工艺生产的复合膜、袋,所以溶剂残留不可避免,但是可以控制在安全含量范围内。
另外,国内已有无苯无酮凹版油墨印刷后用无溶剂复合机生产BOPP/VMCPP、BOPP/PE、BOPP/VMPET/PE等复合膜,避免了在层压时出现的溶剂残留,可考虑采用此类工艺生产镀铝复合膜。

从上述分析可以看出国内不同品牌的方便面产品使用的镀铝复合膜的质量不均,主要集中在VMCPP的光泽度,复合膜的阻隔性、复合强度以及溶剂残留等性能。
方便面生产企业在生产过程中未及时调整合适的热封参数,并且作为热封层的VMCPP膜的质量对热封温度控制至关重要,因此选材应优先考虑低温热封性材料。
对于镀铝复合膜生产企业,为节省原料成本,生产出的镀铝复合膜较薄,影响了包装的阻隔性。
其次,未选用合适镀铝复合膜的优质胶粘剂且涂抹不均匀,造成复合强度变差,发生镀铝迁移现象,从而影响油炸型面饼与镀铝复合膜的相容性。
另外,生产过程中缩短溶剂的挥发时间或降低挥发温度,导致有害溶剂残留。

因此,食品企业应在保证其与内容物的良好相容性前提下,选择性价比合适的包材。
特别在现阶段国家对食品企业的包装原料未实行强检的情况下,食品企业更应时刻注重包装材料的质量管控,避免应包材知识的匮乏导致选材上引起的食品质量安全问题,减少包材原料带来的经济以及品牌信誉损失。

江苏申凯包装高新技术股份有限公司成立于2002年,公司注册资本8000万RMB,天交所上市企业,,股权代码000057,高新技术企业,公司总投资超过2.1亿RMB,拥有20000余平方米普包厂区;拥有13000平方米的药包厂区,11000平方米的办公面积。
公司拥有二位行业顶尖研发博士,每年新增超过100多个专利,专业生产食品包装膜、化工包装膜、电子监管码防伪包装等各类彩印复合包装膜。
现位于无锡新区硕放中通路99号,毗邻上海车程2小时内。