第三章塑料包装材料-包装材料学

第三章塑料包装材料常见的塑料包装有塑料周变箱、钙塑瓦楞箱、塑料桶、塑料瓶、塑料软管、盘、盒、塑料薄膜袋、复合塑料薄膜袋、塑料编织袋以及泡沫塑料缝冲包装等，广泛适用于食品、医药品、纺织品、五金交电产品、各种器材、服装、日杂用品等包装。第一节塑料的基本组成及性能特点第二节热塑性塑料和热固性塑料第三节包装常用塑料及其性能第一节塑料的基本组成及性能特点塑料是以合成的或天然的高分子化合物如合成树脂、天然树脂等为主要成分，并配以一定的助剂如填料、增塑剂、稳定剂、着色剂等经加工可塑成型，并在常温下保持其形状不变的材料。（一）高聚物由人工合成的高分子化合物称为合成树脂，又称高聚物或聚合物。合成树脂是塑料的主要成分，它在塑料中起胶结作用，塑料的性质主要取决于所采用的合成树脂。（二）增塑剂为改进塑料成型加工时的流动性和增进制品柔顺性而加入的一类物质叫增塑剂，它可以通过降低聚合物分子间的作用力来达到上述目的。增塑性大多是低挥发性的液体有机物，少数为熔点较低的固体。常用的增塑剂有邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁脂等。增塑剂的用量一般不超过40％。（三）稳定剂凡能阻缓材料老化变质的物质即称为稳定剂，又叫防老化剂。稳定剂能阻止或抑制聚和物在成型加工或使用中因受热、光、氧、微生物等因素的影响所引起的破坏作用，它分为热稳定剂、光稳定剂（紫外线吸收剂、光屏蔽剂等）及抗氧剂等。稳定剂的用量一般低于2％，但有时可达5％以上。（四）填充剂能改善塑料的某些性能的惰性特质称为填充剂，又称填料。填充剂一般都是粉末状的物质，如碳酸钙、硅酸盐、粘土、滑石粉、木粉、金属粉。加入填充的目的是为了改善塑料的成型加工性能，改进和赋予塑料某些物理性能和降低成本。填充剂的用量一般在40％以下。（五）增强剂为了提高塑料制品的机械强度而加入的纤维类材料称为增强剂。增强剂实际上也是一种填充剂。最常用的增强剂有玻璃纤维、石棉纤维、合成纤维和麻纤维等。（六）着色剂能使塑料具有色彩或特殊光学性能的物质称为着色剂。着色剂不仅能使制品鲜艳、美观，有时也能改善塑料的耐候性。常用的着色剂是无机颜料、有机颜料和染料。（七）润滑剂为改进塑料熔体的流动性及制品表面的光洁度而加入的物质叫润滑剂。常用的润滑剂有脂肪酸皂类、脂肪酯类、脂肪醇类、石蜡、低分子量聚乙烯等。润滑剂的用量一般低于1％。常用的助剂还有抗静电剂、阻烯剂、驱避剂、发泡剂等。塑料的性能是由合成树脂和所用助剂的性能所决定的。根据实际使用要求，不同的塑料可选用不同的助剂，而同一种树脂，加入不同的助剂，可制成性能上相差很大的塑料制品。二、塑料包装材料的性能特点[优点]物理机械性能好阻隔性好优良的抗化学药品性良好的加工适应性[缺点]强度不如钢铁耐热度不及金属和玻璃部分塑料含有毒助中单体易带静电废弃物的处理困难［物理机械性能好］塑料的机械性能，如抗拉、抗压、抗冲击、抗弯曲强度等，主要取决于高聚物的聚合度、结晶度和内聚力等。聚合度与结晶度越大，高聚物的机械强度越大，内聚力越大，机械强度也越大。当晶体的晶格与应力方向完全平行时，这种取向结构的高聚物具有更好的机械强度。塑料在成型后要经过拉伸处理，就是为了使它具有一定程度的取向结晶结构。［阻隔性好］塑料的阻隔性包括气体阻隔性、水蒸气阻隔性和保香性等，根据不同物品的要求选用不同程度的阻隔性包装。［优良的抗化学药品性］一般塑料对酸、碱等普通化学药品，均有较好的耐腐蚀能力，如用石棉作填料制成的石棉酚醛塑料，可盛浓盐酸和磷酸，甚至能盛160℃的氢氟酸，大大超过玻璃容器的耐酸性；用硬质聚氯乙烯塑料容器，可耐90％的浓硫酸、各种浓度的盐酸和60℃～80℃的碱溶液。［有良好的加工适应性］各种塑料，特别是热塑性塑料，有良好的加工适应性。如许多塑料挺力和滑性较好，具有热成型适应性、机械加工适应性和热封适应性等优良。此外，大多数塑料还具有优良的电绝缘性。第二节热塑性塑料和热固性塑料热塑性塑料——加热时可以塑制成型，冷却后固化保持其形状。这种过程能反复进行，即可反复塑制。热固性塑料——加热时可塑制成一定形状，一旦定型后即成为最终产品，再次加热时也不会软化，温度升高则会引起它的分解破坏，即不能反复塑制。热塑性塑料主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯聚酰胺、聚酯等。热固性塑料的主要有酚醛塑料、脲醛塑料、密胺塑料等。塑料包装使用的原料以热塑性高聚物为主，少量使用热固性树脂第三节包装常用塑料及其性能聚乙烯(PE、LDPE、HDPE、LLDPE、EPE）聚丙烯（PP）聚苯乙烯（PS）聚氯乙烯（PVC）聚对苯二甲酸乙二醇（PET）聚偏二氯乙烯（PVDC）聚酰胺（PA）聚乙烯醇（PVA）乙烯－醋酸乙烯共聚（EVA）聚碳酸酯（PC）聚氨基甲酸酯（PVP）酚醛塑料（PE）脲醛塑料（UF）蜜胺塑料（ME）聚乙烯(PE)polyethylene聚乙聚是乙烯的高分子聚合物的总称，其结构方CH2CH2n目前，聚乙烯是产量最大的塑料品种，也是用量最大的塑料包装材料，约占羔包装材料消耗量的30％。聚乙烯的一般性质聚乙烯为白色蜡状固体，呈半透明，几乎是无味无毒。聚乙烯大分子链的柔顺性好，很容易结晶，常温下聚乙烯由部分结晶和部分处于高弹态的无定形体构成。聚乙烯因制造方法不同，最终产品的密度也有一定的差异，所以聚乙烯的品种很多，分别介绍如下：低密度聚乙烯(LDPE)lowdensitypolyethylene[性能特点]低密度聚乙烯的加工性能好，有较好的透明性，但气密性差，抗张强度较代，且耐热温度不高，耐化学药品性、耐溶剂性也不及高密度聚乙烯，且容易吸收油脂溶胀，使制品发粘。[适用性]吹塑瓶、挤压软管用于调味品、药品等包装瓶盖、瓶塞等容器附件各种包装薄膜、容器和泡沫塑料缓冲材料。高密度聚乙烯(HDPE)highdensitypolyethylene[性能特点]强度、耐热性好，最高温度可达120℃透明性、弹性和加工性能较差，阻气性差，光泽度低，印刷前需表面处理[适用性]集装箱、托盘，大型桶用于鲜奶、化工产品等周转包装，瓶用酸奶、洗涤液漂白剂包装，瓶盖、瓶塞等容器附件．线型低密度聚乙烯（LLDPE）lineallowdensitypolyethylene[性能特点]抗冲击强度、耐应力开裂性与高密度聚乙烯相近，而透明度、硬度和加工性能则在高密度和低密度聚乙烯之间。伸长率和耐穿刺性是各种聚乙烯中最好的[适用性]特别适宜作包装薄膜，其厚度可比低密度聚乙烯减薄20％，是一种很有发展前途的塑料包装材料。聚乙烯—EPE（俗称珍珠棉）分为片材、板材、管材、棒材及其分割切片造型等；广泛适用包装任何形状货品，例如：电子、塑胶制品、玩具、五金、手袋、鞋材、家俱、电镀产品、钟表产品、灯饰、玻璃制品、陶瓷器皿、工艺美术品、漆器制品等产品包装。特别是电子产品如：电脑、电视、音响、音箱等各类电器的抗静电缓冲包装。珍珠棉属于环保型，特点是弹性好、韧性强。也可造救生衣、浮板、旅行袋，帽等。聚丙烯（PP）polypropylene聚丙烯是丙烯的高分子聚合物，结构式为CH2CHCH3n[性能特点]聚丙烯是通用塑料中最轻的一种，其耐热性是通用塑料中最高的，可在100℃～120℃长期使用。结晶度高，抗张强度和硬度均优于聚乙烯，防潮性、抗水性和防止异味透过性较好，可以热封合。极好的耐弯曲疲劳强度，能耐80℃以下酸、碱、盐液及大多数有机溶剂如聚丙烯包装盒就利用了这一特性。耐寒性、耐老化性差，气密性不良，不适宜在低温下使用，且容易受光、氧的影响。粘接或印刷前必须经过表面处理。[适用性]广泛用于制作食品、化工产品、化妆品、食品饮料、啤酒等周转箱，吹塑瓶用于洗发液、化妆品等包装，螺纹瓶盖或带铰链包装、编织袋以及包装用薄膜、打包带和泡沫塑料缓冲材料等。聚苯乙烯（PS）[性能特点]无色透明，无味无毒，着色和印刷性好，吸水率低，尺寸稳定性较好，刚挺而无延展性。耐有机酸、碱、盐、低级醇及其水溶液,耐冲击强度低，表面硬度小，易划痕磨毛；防潮性、耐热较差，易受许多烃类、酮类、高级脂肪酸等的分割而软化[适用性]广泛用于制作食品、医药品以及日用品等小型包装容器，如盒、杯、等和食器包装用薄膜。此外，还大量用于制作泡沫塑料缓冲材料等，用于仪器、仪表、电器产品等的缓冲防震包装等。聚氯乙烯（PVC）[性能特点]刚性和硬度较好，耐热性差，透明度可达76％～82％。机械强度、耐磨、耐压性能优良，防潮性、抗水性和气密性良好，可热封合。优良印刷性能和难燃性。耐强酸、强碱和非极性溶剂易受极性有机溶剂的侵蚀，含有有毒的氯乙烯单体，且所用的增塑剂、稳定剂等大都是有毒物质，所以用于食品和医药品包装的聚氯乙烯应采用无毒助剂，并规定氯乙烯单体的含量不超过1ppm[适用性]制作硬质包装容器、透明片材和软质包装薄膜。聚氯乙烯透明片经热成型制成各种包装容器，大量用于食品和医药品的包装。此外，聚乙烯还可制成泡沫塑料缓冲材料PVC印刷膜聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）[性能特点]机械强度非常好，有较好的硬度、耐磨性和耐折性，耐热、耐寒性好具有较好的防潮性、气密性和优良的防止异味透过性，能耐弱酸、弱碱和大多数溶剂，耐油性好，适于印刷不耐强碱、强酸，氯代烃等对其也有侵蚀作用；易带静电，且尚无适当的防止带静电的方法，热封合性能差；价格贵。[适用性]主要用于制作包装容器和薄膜，因具有良好的气密性、耐热性和耐寒性，所以聚酯薄膜适用于冷冻食品和蒸煮食品的包装。聚酯瓶则大量用于饮料的包装BOPS、HIPS、PVC、PET-S、PET-G吸塑泡壳聚偏二氯乙烯（PVDC）[性能特点]略带有浅棕色的强韧材料，结晶性强对水蒸气、气体的透过率具有非常好的气密性和防潮性。聚偏二氯乙烯的机械强度较好，能耐强酸、强碱和有机溶剂，耐油性优良，有自粘性，难以燃烧并具有自燃性耐老化性差，容易受紫外线的影响，易分解出氢，其单体也有毒性。所以用于食品包装应严格控制质量标准。聚酰胺（PA）[性能特点]坚韧、不甚透明的角质材料，无味无毒，燃烧时有羊毛烧焦气味。结晶性强，熔点高，耐油、耐一般溶剂，机械性能优异。扩张强度和抗冲击强度明显地优于一般塑料耐磨性好，有自润滑性，并具有较高的耐弯曲疲劳强度耐低温性良好，但高温稳定性差。气密性较聚乙烯、聚丙烯好，耐碱和稀酸，无静电，印刷性能良好。吸水性强，透湿率大，在高温度情况下尺寸稳定性差，吸水后使气密性急剧下降，尼龙不耐甲酸、苯酚和醇类，浓碱对其也有侵蚀作用。[适用性]主要用于食品的软包装，特别适用于油腻性食品的包装。尼龙容器也常用于化学试剂等包装。聚乙烯醇（PVA）[性能特点]一般不具有耐水性，但经热处理、醛处理或采用适当的有机物使分子链间交联等方法，可使其具有耐水性具有良好的透明性和韧性，无味无毒具有优良的气密性和保香性具有较好的机械强度，优良的耐应力开裂性、耐化学药品性和耐油性，不带静电，印刷性能好，并具有热合性。吸水性大，透湿率大，易受醇类、酯类等溶剂的侵蚀[适用性]用于食品包装水性聚乙烯醇可用于化学药品等的计量包装乙烯－醋酸乙烯共聚物（EVA）[性能特点]耐应力开裂性、耐寒性、耐老化性和低温热合性均优于聚乙烯，能耐强碱、弱酸的侵蚀薄膜的滑爽性差，易粘连；防潮性较低密度聚乙烯差，且气密性不良；耐热性差；易受强酸等有机溶剂的侵蚀，能溶于芳烃或代烃中；耐油性不良[适用性]用于制作包装薄膜，因其弹性好，故适用于托盘的缠绕裹包。因具有优良的低温热封合性，它常用作复合薄膜的密封层，也用于制作药品和食品的包装容器。聚碳酸酯（PC）[性能特点]无色，透明度高达80％～90％，折光率约为1．59，适于作光学材料具有较好的防潮性和气密性，优良的保香性和耐热、耐寒性具有突出的冲击韧性，无缺口冲击强度在热塑性塑料中最高成型收缩率小，吸水率低，具有较好的尺寸稳定性，不带静电，绝缘性能优良，能耐稀酸、氧化剂、还原剂、盐、脂肪烃等，耐油性良好。易产生应力开裂现象