食品包装袋的化学组成、使用方法和降解途径

食品包装袋的化学组成、使用方法和降解途径马胜龙（西北师范大学化学化工学院兰州730070）摘要随着食品工业的快速发展，食品包装袋的作用显得越来越重要。本文综述了塑料食品包装袋的化学组成—树脂与塑料助剂，使用方法和可降解塑料的分类及降解机理。关键词食品包装袋塑料薄膜树脂塑料助剂降解TheChemicalComposition,UseandDegradationPathwaysofFoodPackagingBagsShenglongMa(CollegeofChemistryandChemicalEngineering,NorthwestNormalUniversityLanZhou730070)Abstract:Withtherapiddevelopmentofthefoodindustry,foodpackagingbagsisplayinganincreasinglyimportantrole.Inthispaper,wereviewedchemicalcomposition-resinsandplasticadditives,useofplasticfoodpackagingbags.Classificationandthedegradationmechanismofdegradableplastic.Keywords:FoodpackagingbagsPlasticfilmsResinsPlasticadditivesdegradation1引言随着人类社会的进步，人民生活水平的提高，食品消费量与日俱增。消费者对食品的要求除营养、味美、卫生、方便以外，食品的包装越来越引起人们的重视。人们对食品包装袋提出了更高的要求，不仅要求它们具有耐热性和高阻隔性，而且要求它们具有良好的透明度和优良的抗污染性。食品包装袋对于食品包装的重要性已不容忽视，对于食品包装袋的化学组成的研究也引起了人们的重视。食品包装袋的安全问题更是值得关注。塑料包装材料作为食品包装的主体，由于塑料包装材料的广泛应用，使用后的废弃物迅速增长，从而影响了环境，并给生态带来了危害，这就是人们常说的“白色污染”。但是,我们不能因噎废食，而拒绝塑料。所以，人们对塑料食品包装材料的回收利用和可降解越来越重视。本文主要介绍了塑料食品包装袋的化学组成，使用以及塑料的回收利用和降解方法。2塑料食品包装袋及其化学组成食品包装袋主要包括软塑料食品包装袋和纸包装袋两种。塑料包装袋作为包装材料的主体，在食品包装领域起着越来越重要的作用。塑料是以合成树脂的单体为原料，加入适量的稳定剂、增塑剂、抗氧化剂、着色剂和防腐剂等助剂制成的一种高分子材料。在众多的食品包装材料中，塑料具有牢固、轻便、美观、经济等优点，尤其是可塑性强，能适应各种容器对造型的要求。形态有硬有软，透明或不透明，并可配制出各种彩色和质感。所以塑料在包装材料中占有显著的地位，随着塑料工业的发展，塑料包装正在广泛代替金属、玻璃和纸包装。2.1软塑料食品包装袋软塑料包装材料指的是塑料的挠性（弯曲性）包装材料，其主体是塑料薄膜。因此，从完整的意义上讲，它即是指单种塑料薄膜、塑料与塑料的复合薄膜，或是以塑料为主体，包含纸或铝箔等其它挠性材料的复合材料薄膜。塑料薄膜指的是厚度很小的可挠性材料，其厚度一般小于0.03mm。塑料薄膜的品种很多，当前用作食品包装的塑料按照组成塑料薄膜的树脂不同有聚乙烯(PE)薄膜、聚丙烯(PP)薄膜、聚氯乙烯(PVC)薄膜、聚酯（PET）薄膜等。2.1.1聚乙烯（PE）薄膜聚乙烯（PE）薄膜根据不同的硬度和加工条件可形成低密度聚乙烯薄膜（LDPE）、高密度聚乙烯薄膜（HDPE）和线形低密度聚乙烯（LLDPE）几种薄膜。2.1.1.1低密度聚乙烯薄膜（LDPE）低密度聚乙烯薄膜，通常使用高温高压下的自由基聚合生成，由于在反应过程中的链转移反应，在分子链上生出许多支链。这些支链妨碍了分子链的整齐排布，因此密度较低。可热封、稳定、无味,受热会收缩。阻湿性能好，但透气性大。对油敏感，对不良气味易渗透过。较大多数薄膜价格低廉，因此得到广泛应用。2.1.1.2高密度聚乙烯薄膜（HDPE）高密度聚乙烯薄膜，较低密度聚乙烯薄膜强度更牢、更厚、更易碎，柔韧性差，对气体和水分的渗透性差。高密度聚乙烯薄膜具有较高的软化温度，可以直接加热灭菌。由0.03～0.15mm高密度聚乙烯薄膜做成的袋子具有高撕裂强度，耐针刺性好，热封性好。2.1.1.3线形低密度聚乙烯（LLDPE）线形低密度聚乙烯薄膜，是乙烯与少量高级α-烯烃(如丁烯-1、己烯-1、辛烯-1、四甲基戊烯-1等)在催化剂作用下，经高压或低压聚合而成的一种共聚物，密度处于0.915～0.940克/立方厘米之间。具有更高的抗拉强度、抗穿透性、抗撕裂性和伸长率增加是LLDPE的特性。被认为“第三代聚乙烯”的新品种。线形低密度聚乙烯与普通低密度聚乙烯相比，耗能少，产量高.特别是其物理化学性能比普通低密度聚乙烯要好得多[1]。2.1.2聚丙烯（PP）薄膜聚丙烯薄膜是一种高强度、耐磨的白色光滑薄膜。对水分、气体与气味具有中等渗透性，但并不受外界湿度变化影响。具有延伸性，但不及聚乙烯延伸性能强。它的阻隔性优于HDPE膜，特别是阻湿、防水性极好，而异味和气体(如氧气)透过率仍然较大，且透紫外线，复合或涂布时可改善。它的抗拉强度和刚性优于其它价格相近的薄膜(如PE、PS等)。[2][3]2.1.3聚氯乙烯(PVC)薄膜聚氯乙烯（PVC）薄膜根据增塑剂量的不同存在软质、半硬质和硬质PVC膜之分。聚氯乙烯存在一定的毒性迁移间题，原则上不直接应用于食品包装。软质PVC膜的一种用途是加入大量的增塑剂而使薄膜又薄又有弹性，且具有自粘性。因而与PE等同样用于弹性拉伸包装，如肉、水果、鱼、蔬菜等的包装。[2]2.1.4聚酯（PET）薄膜聚酯（PET）薄膜在包装上具有很高的应用价值，它是最强韧的一种薄膜，具有极好的综合性能，但它唯一的不足就是价格贵，且熔点高而使热封合困难。聚酯（PET）薄膜在包装上一般很少单独使用，而常用于复合材料基材，特别是经拉伸或双向拉伸的薄膜，是一种理想的高性能薄膜[2]。2.1.5迭层薄膜与复合膜迭层薄膜与复合膜是两层及更多层的不同聚合体同时挤出的薄膜，具有多层薄膜的外观、阻隔特性或机械性能都有所提高。应用迭层膜和复合膜的事例如表1和表2所示[3]。表1跌层膜食品包装袋应用领域跌层膜类型典型应用食品涂聚丙烯、聚偏二氯乙烯膜（两层）薯条、点心、糖果、冰淇淋、饼干、巧克力纤维素-聚乙烯膜馅饼、硬皮面包、咖啡、奶酪涂聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氯乙烯膜焙烤食品、奶酪、糖果、干果、速冻蔬菜醋酸纤维素纸箔-聚乙烯膜汤粉镀金属聚酯-聚乙烯膜咖啡、奶粉聚乙烯-铝-纸膜干菜、汤粉、巧克力表2复合膜食品包装袋应用复合膜类型典型食品应用耐冲击性聚苯乙烯-聚对苯二甲酸乙二醇脂膜人造奶油、黄油盆聚苯乙烯-聚苯乙烯-聚偏二氯乙烯-聚苯乙烯果汁、牛奶瓶聚苯乙烯-聚苯乙烯-聚偏二氯乙烯-聚乙烯黄油、咖啡、蛋黄酱2.1.6塑料薄膜中的塑料助剂各种塑料薄膜除了含有主要成分——树脂外，常常为了改善其性能而需要加入一些添加剂，常用的添加剂有增塑剂、稳定剂、抗氧剂等。2.1.6.1增塑剂增塑剂是一种提高树脂可塑性和柔软性的添加剂。邻苯二甲酸酯类是目前最广泛使用的增塑剂，品种多、产量高，并具有色泽浅、毒性低、电性能好、挥发性小、气味少、耐低温性一般等特点。目前，邻苯二酸酯类的消耗量约占增塑剂总消耗量的80－85%，而其中最常用的是邻苯二甲酸二辛酯（DOP）和邻苯二甲酸二异辛酯(DIOP)两种[4]。2.1.6.2抗氧剂抗氧剂是阻止树脂材料的氧化变质的添加剂。自动氧化反应是造成树脂老化降解的基本因素，抑制和延缓聚合物的自动氧化过程是提高制品稳定性能的根本措施。抗氧剂正是为此而设计的稳定剂类型。其中酚类抗氧剂因起安全无毒，不易污染而被广泛大量应用。BHT是应用最广的酚类抗氧剂[5]。2.1.6.3稳定剂热稳定剂可防止塑料在加工和使用过程中因受热而引起的降解，是塑料等高分子加工过程中不可缺少的一类助剂。目前应用最多的是聚氯乙烯的热稳定剂。聚氯乙烯热稳定性差，在加热条件下会发生自动催化的脱氯化氢反应，在加工过程中必须添加热稳定剂，以防止变色、降解。由于全球对环境保护的要求日益严格，传统的重金属稳定剂逐渐被淘汰。金属皂热稳定剂热稳定性不如铅盐，但具有润滑性，无硫化污染，广泛应用于无毒、透明的PVC制品中。有机锡类稳定剂具有高效的热稳定性和良好的耐候性，透明性优良，无毒环保，具有优异的综合性能。但是，这类稳定剂成本很高，比一般铅盐稳定剂贵约4倍。考虑我国国情，有机锡热稳定剂无法替代传统的重金属类稳定剂。稀土类热稳定剂主要包括资源丰富的轻稀土La、Ce、Nd的有机弱酸盐和无机盐，具有良好的耐受性，不受硫的污染，储存稳定。稀土热稳定剂还具有无毒环保的优点。有机锑稳定剂一般指三价硫醇锑和五价硫醇锑，具有优良的初期着色性、透明性好、无毒、加入量少、价格低等优点，缺点是耐光性差，使用时应配伍光稳定剂。辅助稳定剂主要有亚磷酸酯、环氧化合物、受阻酚、β-二酮、多元醇、β-氨基羧酸酯、α-苯基吲哚和脲类衍生物等[6]。3塑料食品包装袋的使用长期以来人们普遍以为，食品质量安全问题主要在于食品本身，而往往忽略了食品包装袋的安全性，实际上与食品直接接触的各类包装材料的质量有时恰恰是食品质量事件的罪魁祸首。劣质的食品包装材料虽然不像感染病毒、细菌那样对消费者的身体造成立竿见影的危害，但这些产品在长期反复使用的情况下，有毒有害物质会迁移到食物中，通过食用积累导致慢性中毒，对儿童和青少年的成长发育尤其不利。在众多的食品包装材料中，塑料制品及复合包装材料占有举足轻重的地位，这种包装材料具有重量轻，运输销售方便，化学稳定性好，易于加工，装饰效果好等优点，也有良好的食品保护作用。但是，塑料食品包装材料也是安全问题最多的一种包装材料，目前塑料类食品包装材料存在各种安全问题。因此，在使用食品包装袋的时候我们一定要注意其中的有害物质对我们身体的危害。3.1塑料食品包装袋存在的安全问题3.1.1塑料制品中未聚合的游离单体、降解产物和添加剂向食品迁移的问题塑料是一种高分子聚合物，聚合过程中未发生反应的游离单体及可能发生的降解反应所产生的降解产物有可能在用作食品包装材料后向食品中迁移，对人体健康造成危害，如聚苯乙烯(PS)中的残留物质苯乙烯、乙苯、异丙苯、甲苯等挥发物质都有一定毒性，单体苯乙烯可抑制大鼠生育，使肝、肾质量减轻。单体氯乙烯有麻醉作用，可引起人体四肢血管收缩而产生疼痛感，同时还具有致癌、致畸作用。另外,为了改良塑料食品包装材料，人们在制作包装材料中常常会采用大量的添加剂，诸如增塑剂、稳定剂、抗静电剂和着色剂等。在所有改善塑料食品包装材料性能的添加剂中，增塑剂的安全性备受关注。丁基硬脂酸酯、乙酰基三丁基柠檬酸酯、烷基癸二酸酯和己二酸酯等几种常用增塑剂的毒性较低，而邻苯二甲酸酯则被限制使用，这是因为毒理实验表明它具有潜在的致癌作用。近来还有报道称邻苯二甲酸酯还可能减弱人的生育能力。3.1.2印染后有机溶剂向食品的迁移问题塑料是一种聚合材料，聚合物本身不能与染料结合。当油墨快速印制在复合膜、塑料袋上时，需要在油墨中添加甲苯、丁酮、醋酸乙酯、异丙醇等混合溶剂，这样有利于稀释和促进干燥。这样的工艺对于印刷业来说，是比较正常的事。但现在一些包装生产企业贪图自身利益，大量使用比较便宜的甲苯，并缺乏严格的生产操作工艺，使包装袋中残留大量的苯类物质。苯类溶剂的毒性较大。3.1.3塑料材料阻隔性差导致的食品污染问题阻隔性能是包装材料性能的一个重要指标之一。包装材料具有很好的阻隔性能，可以阻止气体的侵入，以免商品受潮霉变，而有些材料又需要具有较好的透气性和透湿性。以利于包装内外的气体交换。例如有研究人员发现，在含有大量萘的环境中，放置在低密度聚乙烯(LDPE)瓶中的牛奶萘浓度与储存时间成正比，随后他们进一步研究了空气中萘蒸气对牛奶的污染程度，采用庚烷萃取牛奶和LDPE包装材料中的萘