纸板涂层的复兴：应用与挑战

尽管纸板涂层的使用已有多年历史，但由于额外的涂层需求及所需对应的创新方案，该行业正经历一场大复兴。新的要求促使人们对可持续涂层需求增加，有望通过加入更多可回收或生物衍生材料，研发可回收、可再浆化、可堆肥和/或可生物降解的涂层，以及生产不含可转移到食品或环境中有害化学物质的涂层等途径所实现。本文将深入探讨可用于食品包装的不同涂层和技术，展望纸板涂层的光明未来。

涂层材料选择

所有用于食品饮料包装的纸板都需要涂层处理，以实现印刷、粘合、密封，并提供保护食品所需的阻隔性能。无论涂层是来源于化石燃料还是生物材料，其应用过程都非常复杂，又涉及多种材料。

尽管一些生物衍生的聚合物富有潜力，但这些材料通常会表现出不稳定的阻隔性能、涉及较高的成本，并面临规模化生产和采购的挑战。

纸板涂层技术是一门复杂的应用科学，涉及到粘合剂、颜料和分散剂的组合，不同的比例也会影响最终涂层的性能。

涂层材料的挑战

“单一材料”和“不含塑料”这两个词常用于描述并非真正单一材料或无塑料的涂层纸板，但它们却定义了纸板在可回收性方面的涂层要求。在欧盟，纸板必须被指定为单一材料，且非纤维素含量低于5%才可被认为是可回收的。在美国，非纤维素含量低于2%的纸板被认为是可再浆化或可回收的。

不同的检测方法会得出不同的非纤维素材料百分比，而美国和欧盟的可回收性测试方法也有所不同。通过专门的预处理，含有非水溶性涂层（如PE和PET）的纸板也可以回收。而美国和欧盟正在制定新的标准来定义回收纸板的要求。

关于“不含塑料”的标识，由于大多数涂层具有可模塑性和聚合物性质，这种语言表述也存在问题。为了确保这些“不含塑料”标识的准确性，相应测试则是必不可少的。

涂层性能及应用

评估涂层的特性需要考虑机械性能、热封性、水蒸气和氧气阻隔性能等。测试方法包括经过改良的Cobb测试、湿刚度测试和接缝完整性测试，测试需要根据纸板的具体应用进行调整，如用于盛装热巧克力的纸板会使用热巧克力进行测试。

涂层纸板的应用主要采用挤出层压和分散涂布两种方法。挤出层压法能在纸板上形成明显的涂层，提供优异的热封性和阻隔性能，适用于冷冻食品和农产品的包装。然而，厚度为16到20点的纸板在涂层后，其复合结构中的非纤维素层可能超过5%，在大多数回收操作中并不可行。相比之下，分散涂布法能形成更薄的涂层，并确保非纤维素含量低于5%，更适合回收。

水性分散涂层可以形成较薄的涂层，许多纸板供应商和转换商会使用这种方法来确保非纤维素化合物含量低于5%。这些涂层由水包油乳液组成，包含高岭土、黏土、碳酸钙及其他粘合剂和颜料。尽管水性分散涂层的热封强度较低，但由于其玻璃化转变温度（Tg）较低，因此可以在较低温度下进行热封。分散涂层的磨损抗性较低，但通常不容易分层。

分散液也可以在食品接触前进行涂布，使涂层更薄，更便于回收，同时满足无塑料要求。这种方法有效地将纸板供应链中的涂层需求与食品保护的需求分离开来。涂层纸板在实际使用过程中可能会因折痕、切割或高温等因素出现针孔或裂缝，因此在装填食品前进行涂层处理有助于消除这些问题。

Reference:

https://www.ift.org/news-and-publications/food-technology-magazine/issues/2024/august/columns/packaging-the-paperboard-coating-renaissance

作者简介：

Seattle，美国食品工程硕士，Certified Food Scientist, 海外食品行业从业6年，曾供职于美国知名婴幼儿食品企业，现今从事食品包装研发工作。