食品塑料包裝材料的選用

食品塑料包裝材料的選用§1塑料的基本概念、組成及主要包裝性能

塑料是一種高分子聚合物－樹脂為基本成分，再加入一些改善其性能的各種添加劑制成的高分子材料。

一、

高分子聚合物塑料的基本知識

(一）高分子聚合物的基本概念

高分子是指它的分子量在104－106以上的大分子物質(zhì)，所含的原子數(shù)可以高達幾百萬個。雖然它分子量很大，但它的化學(xué)組成卻必不復(fù)雜，它往往是由一種或幾種簡單的化合物（單體）以某種形式重復(fù)而形成聚合體。第2頁,共43頁，2024年2月25日，星期天鏈節(jié)：高分子聚合物大分子是由一些基本的單元結(jié)構(gòu)重復(fù)連接而成的，該單元結(jié)構(gòu)稱為鏈節(jié)。聚合度：大分子重復(fù)鏈節(jié)的數(shù)目。如果已知鏈節(jié)的分子量和聚合度，可知大分子的分子量。

M=mnM大分子的分子量m鏈節(jié)的分子量n大分子的聚合度注：同一種高分子聚合物中，各分子所含鏈節(jié)的數(shù)目是不同的因此高分子聚合物的聚合度和分子量是指其平均聚合度和平均分子量。

第3頁,共43頁，2024年2月25日，星期天（二)結(jié)構(gòu)和構(gòu)象

(單個大分子)1原子間作用力：組成高分子聚合物的大分子是原子在共價鍵的作用下連接而成的。這種共價鍵所形成的結(jié)合力較強，稱為主價力。2分類

高分子聚合物長鏈分子可以按幾何形狀分為兩種。線型大分子：由許多鏈節(jié)形成一個長鏈，長鏈上可以有支鏈，長鏈之間靠物理吸引，相互結(jié)合。體型大分子：大分子鏈之間以強的化學(xué)鍵相互交聯(lián)，形成立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

Page50表3-1第4頁,共43頁，2024年2月25日，星期天高分子聚合物與低分子化合物之間還有一個重要的區(qū)別：

高分子聚合物有特殊的構(gòu)象:同分異構(gòu)體高分子聚合物大分子鏈中的單鍵可以繞著它鄰近的鍵按一定的鍵角作旋轉(zhuǎn)運動，它是一種熱運動，運動速度很高，細長的大分子時而收縮，時而舒張.這種大分子構(gòu)象的瞬息變化使大分子具有很好的柔順性在宏觀方面表面出很好的柔韌性和彈性。第5頁,共43頁，2024年2月25日，星期天(三)高分子聚合物大分子間的結(jié)合及聚集態(tài)

1大分子間作用力：是靠范德華力和氫鍵結(jié)合而構(gòu)成物體

這兩種結(jié)合力在這里稱為次級鍵。注：單個的次級鍵力與其主鍵力相比很小，只相當于它1%－10%，但鏈很長，次級鍵的總和力要遠遠超過主價鍵力。對于一個化合物來講，聚合度越大，分子的結(jié)合力越大，相互結(jié)合的越緊密。高分子聚合物比低分子的有高得多的強度和化學(xué)穩(wěn)定性第6頁,共43頁，2024年2月25日，星期天2大分子聚集結(jié)構(gòu)對高分子聚合物的性能的影響分類：依照大分子的聚集態(tài)的分子排列是否有序而分為二類無定型聚合物：大分子在空間以雜亂無序的形式聚集而構(gòu)成聚合物。結(jié)晶型聚合物：大分子有規(guī)則地排列而構(gòu)成聚合物。注：結(jié)晶型聚合物內(nèi)的大分子并非全都規(guī)則地排列，只有部分區(qū)域規(guī)則地排列，該區(qū)域則為晶區(qū)。

聚合物的結(jié)晶度:晶區(qū)的重量與聚合物的總體重量百分比第7頁,共43頁，2024年2月25日，星期天結(jié)晶度高:聚合物的強度、硬度、熔點、化學(xué)穩(wěn)定性阻透性升高。聚合物的彈性、塑性、沖擊強度降低。在工廠中，可以通過外力拉伸使高分子聚合物沿著拉伸方向定向排列而提高聚合物的結(jié)晶度，從而提高聚合物的性質(zhì)。

第8頁,共43頁，2024年2月25日，星期天（四）高分子聚合物的物態(tài)及其相應(yīng)性能

高分子聚合物在不同溫度下分別呈現(xiàn)出玻璃態(tài)、高彈態(tài)、黏流態(tài)，各種物態(tài)分別具有一定的特性。高分子聚合物的結(jié)構(gòu)不同其物態(tài)也不同。其關(guān)系用溫度－形變曲線來表示。1線型無定型高分子聚合物

形變曲線如page51圖3－6所示在恒定的應(yīng)力下，隨著溫度升高，它出現(xiàn)三種物態(tài)。第9頁,共43頁，2024年2月25日，星期天1

玻璃態(tài)溫度低于玻璃化溫度Tg,它是聚合物作為塑料時的使用狀態(tài)，這時聚合物的形變小，而且隨外力的消失而消失，呈現(xiàn)剛硬的固體狀態(tài)。2

高彈態(tài)溫度介于Tg和黏流溫度Tm之間，大分子的熱運動加劇，聚合物變成有極高彈性的物體，彈性變形可達原長的5－10倍。3

黏流態(tài)溫度介于Tm和分解溫度Td之間，分子動能增加到大分子之間可以相互滑動的狀態(tài)而使高分子聚合物變成可流動的黏稠液體。是聚合物成型加工的物態(tài)。溫度超過分解溫度Td時，大分子共價鍵破壞而導(dǎo)致高分子聚合物的分解。第10頁,共43頁，2024年2月25日，星期天

（2）線型結(jié)晶高分子聚合物它只有結(jié)晶態(tài)和黏流態(tài)，因為大分子熱運動的加劇，不足以克服結(jié)晶區(qū)原子之間的結(jié)合力，不能成為具有極高彈性的物體。當大分子不能保持有序排列的結(jié)構(gòu)時，晶區(qū)消失而呈現(xiàn)了黏流態(tài)。（3）體型高分子聚合物因為大分子的關(guān)聯(lián)，使大分子束縛而不能產(chǎn)生相對滑動，因此沒有高彈態(tài)和黏流態(tài)。第11頁,共43頁，2024年2月25日，星期天二、

塑料的組成和分類

（一）塑料的組成塑料是一種高分子聚合物－樹脂為基本成分，再加入一些改善其性能的各種添加劑制成的高分子材料（1）聚合物的主干－樹脂樹脂的種類、性質(zhì)、及在塑料中所占的比例，起主要的決定作用。常用樹脂分為兩類一類：加聚樹脂如聚乙烯、聚丙烯、聚氯烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯等，它們構(gòu)成食品包裝用樹脂的主體。二類：縮聚樹脂。在食品包裝中較少應(yīng)用。

第12頁,共43頁，2024年2月25日，星期天(2)聚合物中的添加劑1

增塑劑定義:提高樹脂可塑性和柔軟性的添加劑。

原理：增塑劑為一些低分子的物質(zhì)，當聚合物分子間夾有低分子物質(zhì)后，加大了分子間距，降低其分子作用力，從而增強了大分子柔軟性和相對滑移流動能力。

第13頁,共43頁，2024年2月25日，星期天2

穩(wěn)定劑它的功能是防止或延緩高分子材料的老化變質(zhì)。A抗氧劑阻止高分子材料的氧化變質(zhì)。其中酚類抗氧劑因其安全無毒，不易污染而被大量應(yīng)用。

B光穩(wěn)定劑用于反射或吸收紫外光物質(zhì)，防止塑料樹脂老化延長其使用壽命。

第14頁,共43頁，2024年2月25日，星期天C熱穩(wěn)定劑

可防止塑料在加工和使用過程中因受熱而引起的降解，是塑料等高分子材料加工中不可缺少的一類助劑。

目前應(yīng)用最多的是聚氯乙烯的熱穩(wěn)定劑。3填充劑功用:彌補樹脂的某些不足性能，改善塑料的使用性能

如:提高尺寸穩(wěn)定性和硬度，同時可降低塑料成本。第15頁,共43頁，2024年2月25日，星期天添加劑的具體要求：

它與樹脂有很好的相溶性、穩(wěn)定性、不相互影響的特性對于食品包裝的塑料袋，應(yīng)具有無味、無毒、無臭、不溶出的特征。

（二）塑料的分類

通常按塑料須加熱、冷卻呈現(xiàn)的性質(zhì)的不同，分為

熱塑性塑料和熱固性塑料

第16頁,共43頁，2024年2月25日，星期天1熱塑性塑料

以聚合樹脂為基料，加入適量的添加劑而制成。在特定的溫度范圍能反復(fù)受熱軟化流動和冷卻硬化成型，其樹脂化學(xué)組成及基本性能不發(fā)生變化。

2熱固性塑料

不常用于食品，不作介紹。

第17頁,共43頁，2024年2月25日，星期天三、塑料材料的主要包裝性能指標

(page53)

第18頁,共43頁，2024年2月25日，星期天§2食品包裝常用的塑料樹脂K－樹脂聚氯乙烯（PVC）page58聚偏二氯乙烯（PVDC）page59聚酰胺（PA）通稱尼龍Nypage60聚乙烯醇（PVA）page60聚酯（PET）page60聚碳酸酯（PC）page61乙烯－醋酸乙烯共聚物（EVA）page62乙烯－乙烯醇共聚物（EVAL）page62第19頁,共43頁，2024年2月25日，星期天名稱

聚乙烯

高壓低密度聚乙烯

低壓高密度聚乙烯

線型低密度聚乙烯

聚丙烯（BOPP，OPP）

聚苯乙烯

簡寫

PE

LDPE

HDPE

LLDPE

PP

PS特征

最輕的食品包裝用塑料

最主要缺點是脆性

阻水性

好

高于LDPE

水蒸氣透過率與HDPE相似

差，低于PE

阻氣性

差

差

高于LDPE

差

氧氣透過率也相似

差

機械強度

低

高于LDPE

高于LDPE

好，高于PE較好的剛硬度、脆性大；耐沖擊性能差

延伸性

好

好

耐低溫性

很好

比PE差－17℃變脆

良好

耐高溫性

差

優(yōu)良

差，為60℃－80℃

透明度

不高

較高

低于LDPE

好

好，高達88%－92%

第20頁,共43頁，2024年2月25日，星期天名稱

聚乙烯

高壓低密度聚乙烯

低壓高密度聚乙烯

線型低密度聚乙烯

聚丙烯（BOPP，OPP）

聚苯乙烯

印刷性能

差，須要處理

差，須要處理

熱封性

很好

好低于LDPE

比PE差

柔順性

好

低于LDPE

高于HDPE

加工性

好

低于LDPE較好

好

衛(wèi)生、安全

好

高于PE

好，無毒、無味

適用范圍

適應(yīng)食品的冷凍處理

主要制成膜，用于包裝要求較低的食品，防潮要求的干燥食品；生鮮果蔬的保鮮包裝；冷凍食品的包裝

與LDPE相比，相同強度下，可節(jié)省原材料，作為復(fù)合膜的熱封層用于高溫殺菌食品的包裝

主要制成膜，用于包裝肉類、冷凍食品、和奶制品，阻氣性差，不能滿足長時間的保持要求。

薄膜經(jīng)定向拉伸處理比CPP好，包裝含油食品，可代替玻璃紙包裝點心、面包，可用作糖果、點心的扭結(jié)包裝制成各種形式繩、帶

制成透明的食品盒、水果盤，色澤艷麗發(fā)泡EPS可用作保溫及緩沖包裝材料，如：快餐盒

第21頁,共43頁，2024年2月25日，星期天環(huán)境可降解塑料美國材料試驗協(xié)會的定義：在特定的環(huán)境條件下，其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，并用標準的測試方法能測定其物質(zhì)性能變化的塑料。化學(xué)上（分子水平）：其廢棄物的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，最終完全降解成二氧化碳和水特性上（材料水平）：其廢棄物在較短時間內(nèi)，機械力學(xué)性能下降，應(yīng)用功能大部分或完全喪失。形態(tài)上：其廢棄物在較短時間內(nèi)破裂、崩碎、粉化成為對環(huán)境無害或易被環(huán)境消化第22頁,共43頁，2024年2月25日，星期天被降解的原因高分子材料降解的敏感性取決于自身的結(jié)構(gòu)如：

含C－N、C－O等雜鍵比含單純C－C的敏感

帶支鏈的比直鏈的敏感PE的分子量低于500時，可被微生物所降解在熱塑性塑料中，能被微生物降解只有脂肪族聚酯及其衍生物。第23頁,共43頁，2024年2月25日，星期天環(huán)境可降解塑料分類:1生物可降解塑料

a生物合成聚酯塑料它是一種特定的塑料，用特定的細菌經(jīng)過發(fā)酵制成。它的特點是此聚酯塑料是由生物合成的，亦能為微生物所分解。b天然高分子材料是指淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、多糖等能被微生物所降解的物質(zhì)，經(jīng)適當?shù)母男院?，制成的包裝材料。研究的重點是以淀粉為主要原料。如研究的用大豆淀粉制取包裝包裝材料，它最大的特點就是有很好的降解性。

第24頁,共43頁，2024年2月25日，星期天光降解塑料指光照作用下能降解的塑料。

應(yīng)用：農(nóng)用薄膜和飲料包裝袋上缺點：如何確定使用的安全期及所分解的物質(zhì)能否對環(huán)境造成危害。如：塑料在見光30個小時后，就分解，在實際中肯定不適合商品的流通。第25頁,共43頁，2024年2月25日，星期天§3軟塑料包裝材料定義：軟塑料包裝材料指的是塑料的撓性（彎曲性）包裝材料。指單種塑料薄膜、塑料與塑料的復(fù)合薄膜或是以塑料為主體包含紙或鋁箔等其他可撓性材料的復(fù)合材料。一、

常用食品包裝用塑料薄膜（1）

普通塑料薄膜是指用普通方法成型而未經(jīng)拉伸處理一類薄膜。包裝性能主要取決于樹脂的品種。第26頁,共43頁，2024年2月25日，星期天對于單一薄膜阻濕性能好：PVDC、拉伸PP、PE氣體阻隔性優(yōu)良：PVA、PA、PE、PVDC、EVAC耐高溫性能好：CPP、PA、PET、PVDC（2）

定向拉伸塑料薄膜定義：將普通塑料薄膜在其玻璃化至熔點的某一溫度條件下拉伸到原長度的幾倍，然后在張緊狀態(tài)下，在高于其拉伸溫度而低于熔點的溫度區(qū)間內(nèi)某溫度保持幾秒進行熱處理定型，最后急速冷卻至室溫，可制得定向拉伸薄膜。第27頁,共43頁，2024年2月25日，星期天性能的影響因素：塑料的品種、分子量大小、結(jié)晶度、熱處理的時間、溫度拉伸方向、拉伸程度2拉伸程度可以影響機械力學(xué)性能、阻透性能、和耐熱耐寒性能。注：1單向拉伸的薄膜拉伸方向上強度增加，而未經(jīng)拉伸方向強度降低、易破裂。第28頁,共43頁，2024年2月25日，星期天（3）

高阻隔性薄膜是指厚度在25.4μm以下的薄膜在22.8℃條件下的透氣度為10mL/(645cm2.24h.0.1MPa)以下。目前只有EVOH、PVDC和聚丙烯腈(不嚴格的講PA和PET也可算作)。例：EVOH(乙烯－乙烯醇共聚物膜)優(yōu)點：極好的阻氣性，可大大提高食品的保香性和延長保質(zhì)期。它是高阻性材料中熱穩(wěn)定性最好的一種由于EVOH分子結(jié)構(gòu)中有親水基團，易吸附水分而影響其高阻氣性，故EVAL一般用復(fù)合膜的中間。第29頁,共43頁，2024年2月25日，星期天三、

復(fù)合軟包裝材料定義：是指兩層或兩層以上不同品種可撓性材料，通過一定技術(shù)組合而成的“結(jié)構(gòu)化”多層材料，所用的復(fù)合材料有塑料薄膜、鋁箔和紙等。單一材料有一定的優(yōu)異的性能，但不可避免的存在一定的缺點，而不能滿足食品包裝的要求。將不同的包裝材料復(fù)合，使其擁有多種綜合包裝性能，現(xiàn)在是食品包裝材料的最主要的品種和國際性發(fā)展方向。（一）復(fù)合軟包裝材料的物質(zhì)性和基本要求

復(fù)合軟包裝材料雖然種類眾多，但它性能主要取決于基材的數(shù)量和性能。第30頁,共43頁，2024年2月25日，星期天（1）復(fù)合軟包裝材料的特性要求1綜合包裝性能要好

結(jié)合所有基材的優(yōu)點，而克服了它們的缺點2衛(wèi)生安全性好

一般將印刷裝飾層處于中間(2)食品包裝材料的結(jié)構(gòu)要求

1內(nèi)層要求（直接和食品接觸的層面）

無毒、無味、耐油、耐化學(xué)性能好，具有熱封性和黏合性如：PE、CPP、EVA第31頁,共43頁，2024年2月25日，星期天

2

外層要求（在外面的層面）

光學(xué)性能好（看起來比較美觀），印刷性好，耐磨耐熱，具有強度和剛性如：PA、PET、BOPP、PC、鋁箔及紙3

中間層要求

具有高阻隔性（阻氣、阻香，防潮和遮光）

如：鋁箔和PVDC第32頁,共43頁，2024年2月25日，星期天復(fù)合包裝材料的表示方法：例：紙/PE/Al/PE

從左至右依次為外層、中間層、和內(nèi)層材料外層紙?zhí)峁┯∷⑿阅苤虚gPE層起黏結(jié)作用中間Al提供阻隔性和剛度內(nèi)層PE提供熱封性能第33頁,共43頁，2024年2月25日，星期天（二）復(fù)合的工藝方法（1）

涂布法

在一種基材表面涂上涂布劑并經(jīng)干燥或冷卻后形成復(fù)合材料的加工方法。如:涂布PVDC主要用于提高薄膜阻隔性涂布PE是要提供良好的熱封層（2）

共擠法

用兩臺或兩臺以上的擠出機，分別將加熱熔融的異色或異種塑料從一個?？字袛D出成膜的工藝方法。

主要用于材料相近或相同的多層組合共擠。

第34頁,共43頁，2024年2月25日，星期天（3）

層合法定義：用黏合劑把兩層或兩層以上的基材黏合在一起而形成復(fù)合材料的一種工藝方法。適用:某些無法用于擠出復(fù)合工藝加工的復(fù)合材料關(guān)鍵：選擇合適的黏合材料和黏結(jié)劑。

第35頁,共43頁，2024年2月25日，星期天例：高溫蒸煮袋用復(fù)合膜分類：按所能達到的溫度：高溫（121℃30min）和超高溫(135℃30min)

按結(jié)構(gòu)：分透明袋和不透明袋

第36頁,共43頁，2024年2月25日，星期天復(fù)合膜的一般結(jié)構(gòu):外層一般用PET或PA，內(nèi)層用CPP（若用PE，僅能承受110℃以下的高溫）中間層如果是透明的，用PVDC或PVA特點是傳熱較慢，適合內(nèi)容物300g以下的小型蒸煮袋中間層如果是不透明的，用鋁箔特點是快，內(nèi)容物可超過500g.第37頁,共43頁，2024年2月25日，星期天§4塑料包裝容器及制品

塑料通過各種加工手段，可制成具有各種性能和開頭的包裝容器及制品，，其中塑料瓶已成為最主要的液體食品包裝容器，大有取代普通玻璃瓶的趨勢。

發(fā)展方向：提高瓶子的阻隔性，采用更高阻隔性樹脂和

共擠復(fù)合、瓶體的輕量化和高速化生產(chǎn)

如：通過提高拉伸倍率，在提高強體強度和氣密性的同時，降低了瓶體的重量，節(jié)省原材料和成本。

Page78表3-15第38頁,共43頁，2024年2月25日，星期天種類性能特點成型方法HDPE加工簡單容易，成本低，耐化學(xué)腐蝕性好，低溫抗沖擊強度好，水蒸氣的阻隔性好，氣體透過率高，不適合高溫充填和消毒，氣體的阻隔性差。擠-吹法注-吹法LDPE具有撓性，耐沖擊，水蒸氣的阻隔性好，加工性好，價格低，但阻氣性差，高溫下會開裂。擠-吹法吹-吹法PVC耐沖擊強度高，氧氣的透過率低，水蒸氣的透過率中等，透明度好，制品變形的溫度低，不宜在高溫條