流延聚丙烯薄膜（CPP）在冷冻食品包装的应用

济南兰光机电技术有限公司

      冷冻食品是指质量合格的食品原料经过适当的加工处理，在零下30℃急冻，包装后在零下18℃或更低温度下储藏和流通的食品。由于全程采用低温冷链保藏，此类食品具有货架期长、不易腐败、食用便利的特点，但由此也对包装材料提出了更大的挑战和更高的要求。目前低温冻藏食品包装大都选用聚乙烯（PE）膜，但其透明度较差，无法满足食品演示的需求，因此很多厂商把目光转到流延聚丙烯薄膜（CPP）上。

    流延聚丙烯薄膜（cast polypropylene），简称CPP薄膜，是指通过流延挤塑工艺生产的聚丙烯薄膜(PP)。其生产工艺如下：物料熔融后挤出经T型模头流延，被气刀喷出的压缩空气均匀的吹贴到冷却辊冷却固化为平整的薄膜，再经过测厚、电晕、裁边、卷取、分切后，检验入库。由于工艺性质所致，CPP薄膜具有优异的透明度、光洁度，耐热、阻湿性良好，除单层使用外，另可作为复合材料基膜或进行金属化处理，使之逐渐呈现功能性膜材料的发展趋势。在冷冻食品包装领域，CPP薄膜的应用尚处起步阶段，主要在于冷藏环境的特殊性对包装薄膜带来一系列的影响和要求。

1、干耗、冻结烧现象

     冻藏，会极大限制微生物的生长繁殖，降低食品腐败变质的速率，但对于某些进程，如干耗、氧化则会随着冷冻时间的推进而愈发严重。在冷冻室内，温度和水蒸气分压变化如下：

　　温度、水蒸气分压：食品表面＞周围空气＞冷却器

　　一方面食品表面的热量向周围空气传递，自身进一步冷却，另一方面食品表面与周围空气存在的水蒸气分压差促使食品表面的水分、冰晶蒸发和升华为水蒸气融入空气中。至此，含有水蒸气较多的空气因吸收了热量，密度减小，向冷冻室上空运动。当流经冷却器时，由于冷却器温度极低，该温度下的饱和水分压也很小，空气被冷却的同时，水蒸气接触到冷却器表面并凝结成霜附着在上面。降湿后的空气密度变大下沉，再与食品接触，重复上述过程。如此循环往复，食品表面的水分不断损失，重量减轻，即为“干耗”。在干耗持续进行中，食品表面逐渐变为多孔状组织，增加了与氧气的接触面积，使食品脂肪、色素加速氧化，表层褐变、蛋白质变性，这一现象为“冻结烧”。由于水蒸气的转移以及空气中氧气的氧化反应是导致上述现象发生根本原因，因此包装用CPP薄膜应具有良好的阻隔水蒸气和氧气渗透的作用。

2、冻藏环境对CPP薄膜力学强度的影响

　　实践中发现，CPP薄膜长时间处于低温环境将会变脆，易破裂，物理性能急剧下降，这反映了其耐寒性较差的弱点。通常，塑料的耐寒性采用脆化温度表示，随着温度降低，塑料因其聚合物分子链活动性降低的缘故而变得性脆易折，当在规定的冲击强度下，50%的塑料发生脆性破坏，此时的温度即为脆化温度——塑料材料正常使用的温度下限。若CPP薄膜的耐寒性较差，在后期运输装卸过程中，冰冻食品尖锐的突起将会刺破包装，造成泄漏、加快食品的腐败。

　　根据上述分析，若要提高CPP薄膜的阻隔性能和力学性能，使之在冷冻食品包装领域发挥最大功用，需要从以下三方面进行改进：

1、添加增韧剂

　　增韧剂是具有降低材料脆性和提高材料抗冲击性能的一类助剂，常用于CPP薄膜增韧的有聚烯烃弹性体POE、聚烯烃塑性体POP、线形超低密度聚乙烯PE-ULLD、茂金属线形低密度聚乙烯PE-MLLD等。其作用原理可简单概括为弹性体以分散相形式分散于基体树脂中，分散相弹性体粒子间存在一定的临界厚度。受外力作用时，在拉伸、压缩或冲击下发生变形，若两相界面黏结性良好，则会起到增韧作用。这一增韧效果取决于两方面因素，一是增韧剂与基体的相容性。若二者相容性较差，分散相难以分散，两相界面黏结性差，进而影响增韧效果，故要求二者相容性适中，增韧最佳。二是增韧剂用量。通常随着增韧剂用量的增加，弹性体粒子密度加大，使薄膜的落镖冲击质量、拉伸强度、断裂伸长率较低温原始状态有了显著提高，但当增韧剂用量增加到一定程度时，薄膜的性能将保持稳定。

　　据相关实验资料，-10℃时CPP薄膜的落镖冲击质量、纵/横拉伸强度、纵/横断裂伸长率分别为47g、30/21MPa、151/190%。当添加5份POE的时候，三项指标增幅显著，当POE添加到10份时，三项指标达到186g、52/40 MPa、763/977%，落镖冲击质量与纵/横断裂伸长率已超过常温下不添加增韧剂状态的17.72%和40.52%/75.84%，但纵/横拉伸强度仍略低于常温不添加增韧剂的状态，但仍可满足薄膜使用要求。当增韧剂添加超过10份后，三项指标趋于稳定。因此若选择POE为增韧剂，10份量为佳。

2、改进生产工艺

　　温度是影响CPP薄膜力学性能的重要因素。熔体温度主要是指原料的熔融温度，其高低决定了聚合物的塑化程度及冷却定型速率，随着温度升高，塑化及冷却速率加快，雾度降低，透明度和力学性能提高。但若熔融温度超出一定的区间后，薄膜的横向拉伸强度和落镖冲击质量反而下降。因此，必须控制熔体温度在一个合理的范围内，通常240~260℃为宜。

　　由于PP是半结晶聚合物，其力学性能、透明度、雾度均与结晶度密切相关。原料熔融后，适当的增加冷却辊与熔体温度的温差可以迅速使PP分子链段丧失运动能力，生成非晶态或晶核尺寸很小的聚合物，极大提高了薄膜的力学性能和透明度。通常冷却辊温度设定在24℃左右为宜。

3、加强薄膜检测力度

　　随着国家相继制定了GBT 24617-2009 《冷冻食品物流包装、标志、运输和储存》、SNT 0715-1997《出口冷冻食品类商品运输包装检验规程》等相关标准、规程，冷冻食品包装检测的必要性正逐渐凸显。在CPP薄膜生产中，传统在线检测项目较少，无法满足日益严格的包装要求，因此，建立完善的薄膜抽样检测实验室，配置多样化的检测仪器，如三腔一体集成块结构的氧气/水蒸气透过率测试仪、智能电子拉力试验机、落镖冲击试验仪等，实现信息化检测将是未来薄膜质量控制的主要趋势。

总结

　　冷冻食品储藏条件特殊，流延聚丙烯薄膜（CPP）需要从生产工艺出发对力学性能和阻隔性能进行改进才能克服低温带来种种影响，另外进一步完善薄膜质量检测手段，建立历史数据库，将会对未来生产和科研提供诸多帮助。