第三章-第一节-塑料材料及制品=

第一节塑料材料及制品塑料的定义及特点塑料的主要包装性能指标食品包装常用塑料树脂塑料包装材料与制品塑料的定义塑料是以合成或天然的高分子聚合物（或高分子树脂，分子量在104~106以上的物质）为主要原料，加上各种助剂后（增塑剂、稳定剂、抗氧化剂、填充剂、着色剂等），在一定的温度和压力下具有延展性，冷却后可以固定其形状的一类材料。高分子聚合物的种类是决定塑料性能的根本因素。塑料特点塑料是近三十年来世界上发展最快的包装材料。主要特点：有一定的阻隔性和强度；良好的封合性；化学稳定性好，耐酸碱；重量轻。易带静电，从而造成表面污染和某些操作上的困难；某些塑料存在有毒物质的污染；包装废弃物的回收处理较困难。高分子聚合物的物态1.玻璃态（Tb~Tg）高聚物作为塑料时的使用状态。2.高弹态（Tg~Tf）此状态下高聚物具有极高的弹性。热成型、拉伸、热定型。3.粘流态（Tf~Td）此状态下高聚物呈可流动的粘稠液体。熔融成型Tb脆化温度Tg玻璃化温度Tf熔融温度Td分解温度塑料的包装性能指标主要包括:保护性能、卫生安全性能、加工工艺性能主要保护性能指标1.阻隔性能（阻透性能）①透气度（Qg）指一定厚度的材料在一个大气压差条件下，1m2面积中，24h内所透过的气体量，单位cm3/（m2·24h）。透气系数（Pg）单位时间内，单位压差下，透过单位面积和厚度材料的气体量，单位cm3·cm/(cm2·s·1333Pa)。②透湿度（QV）指一定厚度的材料在一个大气压差条件下，1m2面积中，24h内所透过的水蒸气质量，单位g/（m2·24h）。透湿系数（PV）单位时间内，单位压差下，透过单位面积和厚度材料的水蒸气质量，单位g·cm/(cm2·s·1333Pa)。③其他透水度（QW）透水系数（PW）透光度(T)2.机械力学性能①拉伸强度（抗张强度，抗拉强度）指试样在拉力缓慢作用下，受到破坏时能承受的最大拉伸应力与试样截面积之比（MPa）。②断裂伸长率③冲击强度(落镖冲击强度)试样50%破坏时需要的冲击功（Ncm）。④撕裂强度3.热封性能热封强度（封口强度）4.稳定性耐寒、耐热性、耐油性冲击强度撕裂强度卫生安全性食品包装用塑料的安全卫生性主要涉及：一是树脂本身的毒性(PVC，它的单体氯乙烯有致畸突变作用)；二是塑料加工过程中使用的各种助剂的毒性。我国对食品包装材料用加工助剂的管理实行许可制度，GB9685-2003中规定了食品包装容器、包装材料用助剂的品种（20大类，共65种）、使用范围和最大使用量。要添加新的助剂，必须进行重新审批，否则为违规行为。采用模拟溶媒溶出试验来测定塑料包装材料中的有毒物质溶出量，并进行毒性实验，以获得材料无毒性的评价。种类名称使用范围最大使用量（%）备注增塑料剂磷酸二苯异酯(DPOP)食品包装材料40不得长期接触油脂的制品环氧大豆油食品包装材料正常生产需要还可做稳定剂稳定剂硬脂酸钙塑料5.0加工工艺性包装制品成型加工工艺性能（成型的温度范围、收缩率）、包装操作工艺性能（如强度、热封性能）、印刷适应性。食品包装常用塑料树脂特性一、聚乙烯（PE）大分子为线型，简单规整，无极性，柔韧，易结晶。聚乙烯塑料是由PE树脂加少量润滑剂和抗氧化剂构成。1、主要包装特性阻水阻湿性好，但阻气性能差；具有良好的化学稳定性，但耐油性较差；有一定的抗拉强度和撕裂强度,柔韧性好；耐低温性很好，能适应食品的冷冻处理；耐高温性差，一般不能用于高温杀菌食品；光泽度透明度不高；印刷性能差；加工成型方便，热封性能极好；PE树脂无毒，添加剂用量极少，卫生、安全性好。2、聚乙烯的主要品种、性能特点（1）低密度聚乙烯（LDPE）结晶度较低，密度较低，因此阻气、阻油性差；机械强度低，但延伸性、抗撕裂性和耐冲击性好；透明度较高；热封性和加工性好。价格便宜，主要制成薄膜，用于包装要求较低的食品（仅防潮），生鲜果蔬（透气）、冷冻食品包装，常用于复合薄膜的热封层。（2）高密度聚乙烯（HDPE）大分子呈直链线型结构，分子结合紧密，结晶度高，故阻隔性和机械强度均比LDPE高；耐热性也较高；但柔韧性、透明度、热成型等加工性能有所下降。大量用于制造薄膜、瓶罐。（3）线型低密度聚乙烯（LLDPE）大分子的支链长度和数量界于LDPE和HDPE之间，抗拉强度高于LDPE，柔韧性比HDPE好。主要制成薄膜，大量用于肉类、冷冻食品的拉伸包装。二、聚丙烯（PP）分子结构为线型，侧基—CH3无极性，但在主链上有规则或无规则的分布会影响分子的结晶性，常用的为等规PP，结构规则，具有高度结晶性。密度为0.91g/cm3，是目前最轻的食品包装材料。主要包装特性：对水蒸气和气体的阻隔性与HDPE相似，高于LDPE和LLDPE；机械力学性能较好，强度、硬度都高于PE，挺刮，刚性大；化学稳定性良好；耐高温性优良，可在100~120℃内长期使用，耐低温性比PE差，-17℃变脆；光泽度高，透明性好；印刷性差；热封性比PE差，但强于比其他塑料；卫生安全性极好。主要制成薄膜材料包装食品，尤其是经定向拉伸后BOPP强度（PE的8倍）、光泽度、透明度大幅度增加，吸油率下降（为PE的1/5），在食品包装上主要是代替玻璃纸包装点心、面包、糖果等。三、聚氯乙烯（PVC）大分子中C—Cl键有较强极性，大分子间结合力强，制品的机械力学性能、刚性高，柔韧性差，但PVC分子链的氯、氢原子空间排列基本无序，制品结晶度低。PVC的热稳定性差，易降解出HCl，须加稳定剂；粘流化温度很接近分解温度，流动性差，须添加大量增塑剂（增塑剂小于5%为硬质PVC，大于35%左右为软质PVC）。主要包装特性：PVC的阻气阻油性优于PE塑料，硬质PVC阻气性优于软质PVC，阻湿性比PE差；化学稳定性优良；透明度、光泽度优于PE；机械力学性能好，硬质PVC有很好的抗拉强度和硬度，软质PVC相对较差，但柔韧性和撕裂强度高于PE；耐高低温性差，尤其是热稳定性很差，使用温度范围-15~55℃；印刷、着色、热封性好；卫生安全性（尤其软质PVC）较差，VC残留量（＜1mg/kg），稳定剂(不允许加铅、镉、钡盐)、增塑剂的使用是影响安全性的重要因素。软质PVC一般不宜直接接触直接食用的食品，通常制作弹性拉伸薄膜和热收缩薄膜包装生鲜果蔬。硬质PVC安全性相对较好，常用于制作瓶罐。四、聚偏二氯乙烯（PVDC）因PVDC的加工成型困难，通常采用与PVC单体共聚的办法来改善PVDC的使用性能。分子有极性，分子间结合力强，且大分子结构对称、规整，结晶性高。主要包装特性：对气体及水蒸汽的阻隔性极高，耐高低温性能好，适宜高温灭菌和低温冷藏；化学稳定性好；透明、光泽度好；热封性稍差。除制造热收缩薄膜用于灌肠包装外，大量用于制造高阻隔性的复合薄膜。五、聚酰胺（尼龙，PA，Ny）分子主链上含大量酰胺基团结构的线型结晶型高聚物，常用的是Ny6，酰胺基团是极性基团，与羧基之间形成很强的氢键。赋予Ny高熔点和高机械力学性能。同时大分子为强极性分子，吸水率增大。主要的包装性能：阻气性强，但因分子极性很强，是一种典型的亲水性聚合物，阻湿性差，吸水性强，保香性能差。化学稳定性强，有优良的耐油性，但水和醇会使Ny溶涨；抗拉强度、戳刺强度大；耐高低温性优良，-60~130℃；成型加工性较好，热封性稍差；卫生安全性好。大量用于高温蒸煮包装用的复合薄膜，与PE、PVDC、CPP等复合提高阻湿、热封性能。六、聚酯（涤纶，PET）PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）分子为高度对称芳环的线性聚合物，主链因含苯环而具有高强度，又因有醚键（—O—）而仍有较好的柔顺性；大分子具有强极性，苯环的存在使大分子可能结晶也可能无定型。主要的包装特性：具有优良的阻气、阻湿、阻油性等高阻隔性；具有其他塑料所不及的高强韧性；化学稳定性优良；具有优良的耐高低温性能，-70~120℃；光亮透明，并可阻挡紫外线；印刷性能好；卫生安全；热封性差，成型加工困难。用于畜肉等含油高的食品包装，或与其他材料复合，用于保质期较长的高温蒸煮食品包装，保香性能好，主要用于制造清凉饮料的包装，及复合薄膜。七、乙烯和乙烯醇共聚物（EVAL或EVOH）EVAL具高度结晶性。通过共聚，乙烯醇提高了乙烯的阻气性能，而乙烯改善了乙烯醇的阻湿性和加工工艺性能。主要的包装特性：最突出的优点是对气体有高阻隔性能，并具有优异的保香阻异味性能。耐油性良好，具有高光泽度和透明度，并有低雾度。由于主链上具有羟基，存在亲水性，常采用共挤方法把EVAL夹在聚烯烃等防潮材料的中间。八、聚苯乙烯（PS）大分子主链上带有苯环侧基，大分子结构不规整，不容易结晶，柔顺性很低。属于线型、无定型、弱极性高分子。主要包装性能：阻气、阻湿性能差；机械力学性能好，具有较高的刚性，但脆性大，耐冲击性能很差。透明度、光泽度好；耐热性差，连续使用温度为60~80℃；成型加工性好，易着色和表面印刷。主要制成透明的糖果盒、水果盘、小餐具等；发泡聚苯乙烯EPS可用作保温及缓冲包装材料。塑料包装材料与制品塑料薄膜的成型加工方法常用食品包装塑料薄膜的种类及特性常用塑料包装容器与制品塑料薄膜的成型加工方法塑料材料根据其厚度分为薄膜和片材，小于0.25mm的称薄膜，大于0.25mm称片材或板材。1T型模法成型——平膜因挤出模口与挤出流道连接成T字形而得名，比挤出吹塑成型法的薄膜透明度、光泽度、强度高。2挤出吹塑成型——筒膜塑料颗粒在挤出机中加热塑化成粘流体后从摸头挤出成管状坯，并被夹持牵引拉伸；压缩空气从芯棒中空孔道吹入，使管状坯吹胀成筒状薄膜。冷却速度较慢而影响透明度，薄膜厚度偏差较大。3平挤拉伸成型4压延法成型5溶液流涎法成型常用食品包装塑料薄膜的种类及特性1普通塑料薄膜用T型模法、挤出吹塑、压延法、溶液流涎法成型等未经拉伸处理的一类薄膜，包装性能主要取决于高聚物（树脂）品种。2定向拉伸薄膜将普通塑料薄膜在某一温度条件下(高弹态)拉伸到原长度的几倍，于紧张状态下，在高于拉伸温度而低于熔融温度的适宜温度下保持几秒钟进行热处理定型，最后急速冷却至室温，制成定向拉伸薄膜。经过定向拉伸处理的薄膜，其大分子在应力方向上整齐排布，缩小了分子间的间距，分子相互结合更紧密，吸引力加大。经定向拉伸的薄膜在拉伸方向上的机械强度、阻隔性、透明度有极大提高，但热封性变差、延伸率降低。而未拉伸方向强度较低、易撕裂。在一个方向进行拉伸的称单向拉伸薄膜，在纵横两个方向拉伸的称双向拉伸薄膜。常用的单向拉伸膜有OPP、OPS、OPET、OPVDC，双向拉伸膜有BOPP、BOPE、BOPS、BOPA等。3热收缩薄膜未经热处理定型的定向拉伸薄膜称热收缩薄膜。拉伸薄膜聚合物大分子定向分布状态是不稳定的，在高于拉伸温度和低于熔点温度的条件下，分子热运动使大分子从定向分布状态又恢复到无规线团状态，使拉伸薄膜沿拉伸方向收缩还原。使用较多的热收缩膜有PVC、PE、PP以及PVDC。4弹性（拉伸）薄膜是一种具有特殊性能的薄膜，具有较大的延伸率、足够的强度、良好的拉伸弹性和弹性张力，还具有自粘性。常用的有LLDPE、LDPE、PVC、EVA。5高阻隔性薄膜①高阻隔性单膜PVDCPETEVAL等②涂硅膜：在PET、OPP、BOPA等基材料上，蒸镀SiO2或SiO形成的透明、超高阻隔性薄膜。③K涂膜：采用双向拉伸薄膜为基材，涂布PVDC。香烟包装采用KOPP。④镀铝膜：在基材上涂布Al，形成高阻隔性及遮光性薄膜。6复合软包装材料为了改善包装材料的综合性能，将两种或两种以上不同性质的挠性材料，通过一定技术组合而成的“结构化”多层材料。1）结构要求：内层：无毒、无味、耐油、耐化学性能好，具有热封性或粘合性。常用PE、CPP外层：光学性能好，印刷性好，耐磨耐热，具有较高的强度，常用的有NY、BOPP、PET。中间层：高阻隔性，常用的有PVDC、铝箔2）复合软包装材料的表示方法：从左至右依次为外层、中间层和内层材如：PET/PVDC/PE3)蒸煮袋用复合膜的结构及要求：要求：耐高温蒸煮；阻隔性高；热封性好，封口强度高；卫生安全。结构：外层常用PET、PA（Ny）；中间层