浅谈弹性体材料在包装上的应用

樊泽鹏 王克俭

（北京化工大学机电工程学院成型制造研究中心）

1. 引言

通俗来讲，弹性体材料就是一种处于室温下受到外力作用时，在外形和尺寸两方面都会产生较大变化，然而当外力去除后，能基本恢复原状的高分子材料。弹性体材料优越性能有[1]：

1）弹性体材料均属于高分子材料；

2）当材料受到外力的作用时会立即发生变形，且具有较大的变形量；

3）一旦当外力去除的时候，材料绝大部分的形变也会随之消失，仅有超出了弹性范围的形变不能恢复，从而出现永久变形。

将弹性体材料是否可以进行塑化来分类，可将其分为热固性弹性体、热塑性弹性体两类。其中，热固性弹性体就是橡胶（Rubber）；热塑性弹性体（Thermoplastic Elastomer）在常温下具有橡胶的弹性，在高温下还能够塑化成型，所以被称为“第三代合成橡胶”，简称TPE。

弹性体材料在包装行业得到了十分广泛的应用，我们在日常生活中经常用到的医疗、食品包装很多都是由弹性体材料制成。随着人们对包装要求的不断提高，弹性体材料在包装行业有着十分广阔的发展前景。

2. 弹性体材料在医疗包装上应用

2.1 热固性弹性体在医疗包装上的应用

热固性弹性体通常指橡胶材料。橡胶材料中丁基橡胶、卤化丁基橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶等均可应用于医疗包装上。橡胶的材料特性均符合医疗包装材料的严格要求，比如：具有高弹性、良好的密封性能、较低的透气和透水性、优良的物理和化学性能、耐灭菌以及良好的药品相溶性，故橡胶材料在医疗包装上得到广泛的应用。

橡胶材料在医疗包装上最广泛的应用就是医药产品包装的密封件。橡胶制品的密封件可以防止药品在储存、运输和使用过程中受到污染和渗漏，从而达到很好的密封效果。比如：输液瓶塞、粉针制剂瓶塞、冻干剂瓶塞、血液试管胶塞、输液泵胶塞、齿科麻醉针筒活塞、预装注射针筒活塞（如下图1 所示）、胰岛素注射器活塞和各种气雾瓶（吸气器）所使用的密封件等[2]。

图1 预装注射针筒活塞

2.2 热塑性弹性体在医疗包装上的应用

材料领域的飞速发展为各行各业开辟了新的发展道路，也为医药包装行业提供了新的发展机会。跟热固性弹性体相比，新的热塑性弹性体（TPE）则具有更为卓越的性能，非常适合用作医药包装材料。

TPE 有较高的拉伸强度和撕裂强度、优异的耐磨性、优异的耐燃料和耐油脂性能、较高的弹性、良好的耐水解性和抗微生物性能[3]。从下表1 中可以看出，TPE 胶塞有着比橡胶胶塞更优良的性能[4]。如今TPE 已经成功应用于医用包装的生产中，比如：医疗导管、药剂密封塞等领域。

HYBRAR 弹性体具有室温下可以减震的效果，氢化的HYBRAR 与PP 还具有很好的相容性，可以用来生产透明性好、柔软和力学性能优异的共混物，在医用和食品薄膜及医药透明包装中应用，包括医用瓶/管/袋等领域。

AES 公司推出的通过动态硫化制得的名为Tresfsin（IIR/PP）的共混型TPE，该材料具有极好的耐气密性，十分适合用于制作药品瓶、药塞、针筒塞等[5]。

表1 制造胶塞材料性质比较

GLS 公司[6]推出的新型TPE 材料具有比传统TPE 材料阻隔氧气的能力高10 倍以上的独特性能，主要应用于小药瓶塞子、真空包装袋及血液收藏管等包装领域。由于它不含有卤素和重金属，该材料有着良好的惰性，可以制备一种DNA 储存瓶，储存DNA。

3. 弹性体材料在食品包装上应用

3.1 热固性弹性体在食品包装上的应用

橡胶属于一种主要成份为异戊二烯的天然长链高分子化合物，本身不会分解，也不会被人体吸收，根据这个特点可将其应用于食品包装上[7]。

Elastoguard 是研发出的新一代抗菌热硫化橡胶材料[8]，它采用银钠-锆-磷酸盐离子交换-树脂输送体系，可以有效控制与橡胶接触的细菌、真菌以及酵母菌，大大降低了用于食品包装的橡胶安全问题。

3.2 热塑性弹性体在食品包装上应用

TPE 材料用于食品包装行业，不仅具有密封性好、低萃取等特点，还有以下优点[9]：

1）能够与不同的高分子材料混合在一起，产品具有良好的外观和手感；

2）具有良好的耐化学性和稳定性，例如耐紫外线，在长时间光照下也不容易变色；

3）基本没有味道和气味；

4）材料回收方便，绿色环保，无公害。

SABIC 的C8 茂金属聚乙烯、聚烯烃塑性体POP 和聚烯烃弹性体POE 通过NexleneTM 技术-溶液法工艺和独有的茂金属催化剂相结合进行生产。茂金属线型低密度聚乙烯生产的食品软包装力学强度高、热封性和感官性良好，并且易于加工，可广泛应用于食品包装上[10]。

山东道恩北化弹性体材料公司开发的挤出发泡级TPE 具有发泡均匀、细密、泡体强度高等特点，且成本较低，易于加工。该种材料采用绿色环保的配方体系，安全可靠，可广泛应用于食品包装上，如葡萄酒瓶塞等领域[11]。

Polymax Thermoplastic Elastomers 公司推出优质的食品和饮料包装用热塑性弹性体（TPE）。这种TPE 材料气味小、沁取物少、凝胶含量少，并且具有摩擦因数、透明度和热封性能可控的优点。采用特定的配方可以提高材料的密封性能，使其能够应用在螺丝帽衬和酒塞中。该材料还可用于乳制品配送用管材、食品包装袋等领域[12]。

埃克森美孚化工研发的威达美TM 丙烯基弹性体[13]主要用于食品的软、硬包装上。该材料具有独特的高弹性、柔软性、韧性、曲挠性及透明度，且与聚烯烃具有良好的相容性，可广泛应用于食品包装上。

威达美TM 丙烯基弹性体还可用于RCP 食品保鲜盒的改性[14]，通过简单的直接混方式添加于RCP 中。这种方法在提高保鲜盒的低温抗冲击性的同时，也最大限度的保持了RCP 的透明度，而且对于铰链的应力发白现象也有改善。威达美丙烯基弹性体改进了食品保鲜盒的性能，给予其充分的安全保障，也提升了产品品质。

4. 弹性体材料在热熔胶上应用

弹性体材料还应用在包装用热熔胶领域。热熔胶型胶粘剂是最适合当下包装业对无害、高效、无环境污染的要求的粘结剂。包装用热熔胶属于纯固体，基本不含有水、溶剂或其他较易挥发物质，所以很少出现环境污染、气体污染和残留溶剂毒性的问题，特别适合用在接触食品、饮品和药品的场合。目前的包装用热熔胶已经广泛替代其他包装封合技术，技术成熟，具有十分广阔的市场前景。

现在市面上已经出现了以POE 为基体树脂的包装用热熔胶材料，已经用其成功制备出了具有粘度适中、固化时间短、耐高低温、粘接强度高、粘接面广泛等优点的聚烯烃热熔胶。这种包装胶的成本低廉，生产方便，使用损耗小，已得到广泛应用[15]。茂金属催化聚烯烃热熔胶弥补了市场上EVA 热熔胶的种种缺陷，优良性能为包装用热熔胶带来了新的发展。

陶氏的 AFFINITYTMGA、ENGAGETM、VERSIFYTM 和INFUSETM 聚烯烃弹性体也不断参与到包装胶的应用领域中。其中，陶氏为低温施胶而开发的新一代AFFINITYTMGA 弹性体，满足现在市面上降低能耗、提高施胶安全性和可持续发展等诸多需求[16]，从而在市场竞争中脱颖而出，发展前景十分广阔。

5. 弹性体材料在热收缩膜上应用

弹性体除了在上述几个行业中有着一定的应用，还在热收缩包装膜上发挥着作用。最初人们主要用橡胶薄膜来收缩包装易腐败的食品。如今，热收缩包装膜技术已经发展到几乎可以包装任何产品，并能获得更好的包装效果。

朱建等人[17]研发的POF 环保热收缩膜是双向拉伸多层共挤聚烯烃收缩膜，符合目前国际上最先进的环保塑料包装材料要求。该热收缩膜具有透明度好、柔韧性好、热封性好、适用范围广泛等优点，且绿色环保无公害、经济性良好，广泛应用在工艺品、五金、通讯器材、电器等产品的包装上。

6. 弹性体材料在缓冲包装上应用

缓冲包装材料是指商品在流通过程为了减轻受到冲击和震动，防止产品受损坏吸收外力产生的能量确保其外形和功能完好而使用的保护材料。弹性体材料的优良性能恰好可以应用在缓冲包装中。

6.1 发泡材料PU

PU（发泡聚氨基甲酸酯），简称聚氨酯，俗称人造海绵。它具有极好的缓冲性能，耐冲击，振动阻尼性能好；成型简单，可制成复杂形状；耐水、耐油、耐聚氨基甲酸酯腐蚀；回收容易等优点。PU 材料能够进行现场发泡，十分适合用于机械部件、仪器仪表、陶瓷器皿、玻璃制品等产品的缓冲包装。

6.2 气垫缓冲材料

气垫缓冲材料是指用气垫塑料薄膜的一种特殊工艺在两层塑料薄膜之间封入空气，在一面形成一个个突出的均匀连续的气泡，包裹产品，进而实现包装缓冲的效果。气泡主要有圆筒形、半圆形和钟罩形[18]。

新型的气垫缓冲材料将聚氨酯材料与普通气垫缓冲材料组合使用，它利用聚氨酯材料的柔性和弹性改善了普通气垫薄膜的部分缺点。随着国内电子商务的普及，新型气垫缓冲材料凭借用量小（轻质化）、成本低、良好的防震性、温湿度稳定性和使用灵活性等优点得到了广泛使用[19]。气垫薄膜还可以做成各种形状大小的袋、套、垫、筒等容器，广泛应用在药品、工艺品、仪器、仪表等物品的缓冲包装上。

图2 圆筒形气垫缓冲材料

7. 总结

伴随材料领域的发展，弹性体材料开始逐渐应用在各行各业中。由于弹性体材料所具有的卓越性能，它正在逐步取代一些落后的工艺和技术，向着成本更为低廉、生产更为方便、产品效果更好、环境污染更小的方向发展。

总而言之，弹性体材料的性能十分优越，应用越来越广泛，它有着其他任何材料都无法比拟的广阔发展前景。