食品塑料包装材料的选用.ppt

提纲 1塑料的基本概念 组成及主要包装性能高分子聚合物的组成 单个大分子的结构 多个大分子的结合和聚集态 物态及相应的性能塑料的组成 树脂和添加剂 2食品包装常用的塑料树脂常用的塑料树脂的性能 使用 重点是环境可降解塑料 3软塑料包装材料常用的食品包装用塑料薄膜 复合包装材料 材料要求和复合工艺 4塑料包装容器及制品 常用制品 5食品用塑料包装材料的选用卫生安全性 阻透性 异臭成分 1塑料的基本概念 组成及主要包装性能塑料是一种高分子聚合物 树脂为基本成分 再加入一些改善其性能的各种添加剂制成的高分子材料 一 高分子聚合物塑料的基本知识 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以上的大分子物质 所含的原子数可以高达几百万个 虽然它分子量很大 但它的化学组成却必不复杂 它往往是由一种或几种简单的化合物 单体 以某种形式重复而形成聚合体 链节 高分子聚合物大分子是由一些基本的单元结构重复连接而成的 该单元结构称为链节 聚合度 大分子重复链节的数目 如果已知链节的分子量和聚合度 可知大分子的分子量 M mnM大分子的分子量m链节的分子量n大分子的聚合度 注 同一种高分子聚合物中 各分子所含链节的数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 二 结构和构象 单个大分子 1原子间作用力 组成高分子聚合物的大分子是原子在共价键的作用下连接而成的 这种共价键所形成的结合力较强 称为主价力 2分类 高分子聚合物长链分子可以按几何形状分为两种 线型大分子 由许多链节形成一个长链 长链上可以有支链 长链之间靠物理吸引 相互结合 体型大分子 大分子链之间以强的化学键相互交联 形成立体的网状结构 Page50表3 1 高分子聚合物与低分子化合物之间还有一个重要的区别 高分子聚合物有特殊的构象 同分异构体 高分子聚合物大分子链中的单键可以绕着它邻近的键按一定的键角作旋转运动 它是一种热运动 运动速度很高 细长的大分子时而收缩 时而舒张 这种大分子构象的瞬息变化使大分子具有很好的柔顺性在宏观方面表面出很好的柔韧性和弹性 三 高分子聚合物大分子间的结合及聚集态 1大分子间作用力 是靠范德华力和氢键结合而构成物体这两种结合力在这里称为次级键 注 单个的次级键力与其主键力相比很小 只相当于它1 10 但链很长 次级键的总和力要远远超过主价键力 对于一个化合物来讲 聚合度越大 分子的结合力越大 相互结合的越紧密 高分子聚合物比低分子的有高得多的强度和化学稳定性 2大分子聚集结构对高分子聚合物的性能的影响 分类 依照大分子的聚集态的分子排列是否有序而分为二类 无定型聚合物 大分子在空间以杂乱无序的形式聚集而构成聚合物 结晶型聚合物 大分子有规则地排列而构成聚合物 注 结晶型聚合物内的大分子并非全都规则地排列 只有部分区域规则地排列 该区域则为晶区 聚合物的结晶度 晶区的重量与聚合物的总体重量百分比 结晶度高 聚合物的强度 硬度 熔点 化学稳定性阻透性升高 聚合物的弹性 塑性 冲击强度降低 在工厂中 可以通过外力拉伸使高分子聚合物沿着拉伸方向定向排列而提高聚合物的结晶度 从而提高聚合物的性质 四 高分子聚合物的物态及其相应性能高分子聚合物在不同温度下分别呈现出玻璃态 高弹态 黏流态 各种物态分别具有一定的特性 高分子聚合物的结构不同其物态也不同 其关系用温度 形变曲线来表示 1线型无定型高分子聚合物形变曲线如page51图3 6所示在恒定的应力下 随着温度升高 它出现三种物态 1玻璃态温度低于玻璃化温度Tg 它是聚合物作为塑料时的使用状态 这时聚合物的形变小 而且随外力的消失而消失 呈现刚硬的固体状态 2高弹态温度介于Tg和黏流温度Tm之间 大分子的热运动加剧 聚合物变成有极高弹性的物体 弹性变形可达原长的5 10倍 3黏流态温度介于Tm和分解温度Td之间 分子动能增加到大分子之间可以相互滑动的状态而使高分子聚合物变成可流动的黏稠液体 是聚合物成型加工的物态 温度超过分解温度Td时 大分子共价键破坏而导致高分子聚合物的分解 2 线型结晶高分子聚合物它只有结晶态和黏流态 因为大分子热运动的加剧 不足以克服结晶区原子之间的结合力 不能成为具有极高弹性的物体 当大分子不能保持有序排列的结构时 晶区消失而呈现了黏流态 3 体型高分子聚合物因为大分子的关联 使大分子束缚而不能产生相对滑动 因此没有高弹态和黏流态 二 塑料的组成和分类 一 塑料的组成塑料是一种高分子聚合物 树脂为基本成分 再加入一些改善其性能的各种添加剂制成的高分子材料 1 聚合物的主干 树脂树脂的种类 性质 及在塑料中所占的比例 起主要的决定作用 常用树脂分为两类一类 加聚树脂如聚乙烯 聚丙烯 聚氯烯 聚乙烯醇 聚苯乙烯等 它们构成食品包装用树脂的主体 二类 缩聚树脂 在食品包装中较少应用 2 聚合物中的添加剂1增塑剂定义 提高树脂可塑性和柔软性的添加剂 原理 增塑剂为一些低分子的物质 当聚合物分子间夹有低分子物质后 加大了分子间距 降低其分子作用力 从而增强了大分子柔软性和相对滑移流动能力 2稳定剂它的功能是防止或延缓高分子材料的老化变质 A抗氧剂阻止高分子材料的氧化变质 其中酚类抗氧剂因其安全无毒 不易污染而被大量应用 B光稳定剂用于反射或吸收紫外光物质 防止塑料树脂老化延长其使用寿命 C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 是塑料等高分子材料加工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 3填充剂功用 弥补树脂的某些不足性能 改善塑料的使用性能如 提高尺寸稳定性和硬度 同时可降低塑料成本 添加剂的具体要求 它与树脂有很好的相溶性 稳定性 不相互影响的特性对于食品包装的塑料袋 应具有无味 无毒 无臭 不溶出的特征 二 塑料的分类通常按塑料须加热 冷却呈现的性质的不同 分为热塑性塑料和热固性塑料 1热塑性塑料以聚合树脂为基料 加入适量的添加剂而制成 在特定的温度范围能反复受热软化流动和冷却硬化成型 其树脂化学组成及基本性能不发生变化 2热固性塑料不常用于食品 不作介绍 三 塑料材料的主要包装性能指标 page53 2食品包装常用的塑料树脂K 树脂聚氯乙烯 PVC page58聚偏二氯乙烯 PVDC page59聚酰胺 PA 通称尼龙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 环境可降解塑料 美国材料试验协会的定义 在特定的环境条件下 其化学结构发生了明显的变化 并用标准的测试方法能测定其物质性能变化的塑料 化学上 分子水平 其废弃物的化学结构发生了明显的变化 最终完全降解成二氧化碳和水特性上 材料水平 其废弃物在较短时间内 机械力学性能下降 应用功能大部分或完全丧失 形态上 其废弃物在较短时间内破裂 崩碎 粉化成为对环境无害或易被环境消化 被降解的原因 高分子材料降解的敏感性取决于自身的结构如 含C N C O等杂键比含单纯C C的敏感 带支链的比直链的敏感PE的分子量低于500时 可被微生物所降解在热塑性塑料中 能被微生物降解只有脂肪族聚酯及其衍生物 环境可降解塑料分类 1生物可降解塑料a生物合成聚酯塑料它是一种特定的塑料 用特定的细菌经过发酵制成 它的特点是此聚酯塑料是由生物合成的 亦能为微生物所分解 b天然高分子材料是指淀粉 纤维素 蛋白质 多糖等能被微生物所降解的物质 经适当的改性后 制成的包装材料 研究的重点是以淀粉为主要原料 如研究的用大豆淀粉制取包装包装材料 它最大的特点就是有很好的降解性 光降解塑料指光照作用下能降解的塑料 应用 农用薄膜和饮料包装袋上 缺点 如何确定使用的安全期及所分解的物质能否对环境造成危害 如 塑料在见光30个小时后 就分解 在实际中肯定不适合商品的流通 3软塑料包装材料 定义 软塑料包装材料指的是塑料的挠性 弯曲性 包装材料 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他可挠性材料的复合材料 一 常用食品包装用塑料薄膜 1 普通塑料薄膜是指用普通方法成型而未经拉伸处理一类薄膜 包装性能主要取决于树脂的品种 对于单一薄膜阻湿性能好 PVDC 拉伸PP PE气体阻隔性优良 PVA PA PE PVDC EVAC耐高温性能好 CPP PA PET PVDC 2 定向拉伸塑料薄膜定义 将普通塑料薄膜在其玻璃化至熔点的某一温度条件下拉伸到原长度的几倍 然后在张紧状态下 在高于其拉伸温度而低于熔点的温度区间内某温度保持几秒进行热处理定型 最后急速冷却至室温 可制得定向拉伸薄膜 性能的影响因素 塑料的品种 分子量大小 结晶度 热处理的时间 温度拉伸方向 拉伸程度 2拉伸程度可以影响机械力学性能 阻透性能 和耐热耐寒性能 注 1单向拉伸的薄膜拉伸方向上强度增加 而未经拉伸方向强度降低 易破裂 3 高阻隔性薄膜是指厚度在25 4 m以下的薄膜在22 8 条件下的透气度为10mL 645cm2 24h 0 1MPa 以下 目前只有EVOH PVDC和聚丙烯腈 不严格的讲PA和PET也可算作 例 EVOH 乙烯 乙烯醇共聚物膜 优点 极好的阻气性 可大大提高食品的保香性和延长保质期 它是高阻性材料中热稳定性最好的一种 由于EVOH分子结构中有亲水基团 易吸附水分而影响其高阻气性 故EVAL一般用复合膜的中间 三 复合软包装材料定义 是指两层或两层以上不同品种可挠性材料 通过一定技术组合而成的 结构化 多层材料 所用的复合材料有塑料薄膜 铝箔和纸等 单一材料有一定的优异的性能 但不可避免的存在一定的缺点 而不能满足食品包装的要求 将不同的包装材料复合 使其拥有多种综合包装性能 现在是食品包装材料的最主要的品种和国际性发展方向 一 复合软包装材料的物质性和基本要求复合软包装材料虽然种类众多 但它性能主要取决于基材的数量和性能 1 复合软包装材料的特性要求 1综合包装性能要好结合所有基材的优点 而克服了它们的缺点2卫生安全性好一般将印刷装饰层处于中间 2 食品包装材料的结构要求1内层要求 直接和食品接触的层面 无毒 无味 耐油 耐化学性能好 具有热封性和黏合性如 PE CPP EVA 2外层要求 在外面的层面 光学性能好 看起来比较美观 印刷性好 耐磨耐热 具有强度和刚性如 PA PET BOPP PC 铝箔及纸3中间层要求具有高阻隔性 阻气 阻香 防潮和遮光 如 铝箔和PVDC 复合包装材料的表示方法 例 纸 PE Al PE 从左至右依次为外层 中间层 和内层材料外层纸提供印刷性能中间PE层起黏结作用中间Al提供阻隔性和刚度内层PE提供热封性能 二 复合的工艺方法 1 涂布法在一种基材表面涂上涂布剂并经干燥或冷却后形成复合材料的加工方法 如 涂布PVDC主要用于提高薄膜阻隔性涂布PE是要提供良好的热封层 2 共挤法用两台或两台以上的挤出机 分别将加热熔融的异色或异种塑料从一个模孔中挤出成膜的工艺方法 主要用于材料相近或相同的多层组合共挤 3 层合法定义 用黏合剂把两层或两层以上的基材黏合在一起而形成复合材料的一种工艺方法 适用 某些无法用于挤出复合工艺加工的复合材料 关键 选择合适的黏合材料和黏结剂 例 高温蒸煮袋用复合膜分类 按所能达到的温度 高温 121 30min 和超高温 135 30min 按结构 分透明袋和不透明袋 复合膜的一般结构 外层一般用PET或PA 内层用CPP 若用PE 仅能承受110 以下的高温 中间层如果是透明的 用PVDC或PVA 特点是传热较慢 适合内容物300g以下的小型蒸煮袋 中间层如果是不透明的 用铝箔 特点是快 内容物可超过500g 4塑料包装容器及制品 塑料通过各种加工手段 可制成具有各种性能和开头的包装容器及制品 其中塑料瓶已成为最主要的液体食品包装容器 大有取代普通玻璃瓶的趋势 发展方向 提高瓶子的阻隔性 采用更高阻隔性树脂和共挤复合 瓶体的轻量化和高速化生产 如 通过提高拉伸倍率 在提高强体强度和气密性的同时 降低了瓶体的重量 节省原材料和成本 Page78表3 15 5食品塑料包装材料的选用选用塑料包装材料时应注意的问题 一 卫生安全性树脂本身的毒性所使用的添加剂有毒或超过规定量 一 塑料树脂的卫生安全性大多数树脂是无毒的 但它们的单体分子却大多有毒性 如 PVC和PVDC的单体有明显的致突变性聚苯乙烯树脂中苯乙烯单体对肝细胞有破坏作用丙烯腈单体是强致癌物质 二 塑料包装材料的阻透性阻透性是食品包装材料最主要的特性 因为包装材料对内容物的保护性主要取决于对空气 氧 水蒸气的阻透性 影响透过性的因素 内部 塑料本身的成分 大分子的结构和分子聚集的状态 受温湿度的影响外部 能透过物质分子的大小和性质 及二者的亲和性 一 阻气性和聚合分子结构的关系聚合物树脂分子的极性大 结晶度高 分子定向的排列的程度大 可使分子紧密结合 而提高其阻气性 而常用的拉伸处理 可使结晶度和分子的定向排列程度增大 常用塑料树脂的阻气性能 原则 分子极性越大 阻气性越大排序 PET PVA PA PAC PS PE PP 二 水蒸气的透过性和树脂分子的结构关系这主要取决于水蒸气与树脂分子的亲和性 亲水性树脂 如PVA和PA可以吸收水分吸收水分既可以对聚合物起增塑作用 又使水蒸气在材料中容易扩散 使薄膜发生溶胀现象 而且随着湿度的改变 阻透性还会发生变化 非亲水性树脂 透湿性不受环境湿度的影响 结论