食品塑料包装材料的选用

食品塑料包装材料的选用§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。第2页,共43页，2024年2月25日，星期天链节：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。

第3页,共43页，2024年2月25日，星期天（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第4页,共43页，2024年2月25日，星期天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。第5页,共43页，2024年2月25日，星期天(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第6页,共43页，2024年2月25日，星期天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第7页,共43页，2024年2月25日，星期天结晶度高: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。

第8页,共43页，2024年2月25日，星期天（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。第9页,共43页，2024年2月25日，星期天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。第10页,共43页，2024年2月25日，星期天

（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。第11页,共43页，2024年2月25日，星期天二、

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。

第12页,共43页，2024年2月25日，星期天(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。

第13页,共43页，2024年2月25日，星期天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。

第14页,共43页，2024年2月25日，星期天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。第15页,共43页，2024年2月25日，星期天添加剂的具体要求：

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

第16页,共43页，2024年2月25日，星期天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。

第17页,共43页，2024年2月25日，星期天三、塑料材料的主要包装性能指标

(page53)

第18页,共43页，2024年2月25日，星期天§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第19页,共43页，2024年2月25日，星期天名称

聚乙烯

高压低密度聚乙烯

低压高密度聚乙烯

线型低密度聚乙烯

聚丙烯（BOPP，OPP）

聚苯乙烯

简写

PE

LDPE

HDPE

LLDPE

PP

PS特征

最轻的食品包装用塑料

最主要缺点是脆性

阻水性

好

高于LDPE

水蒸气透过率与HDPE相似

差，低于PE

阻气性

差

差

高于LDPE

差

氧气透过率也相似

差

机械强度

低

高于LDPE

高于LDPE

好，高于PE较好的刚硬度、脆性大；耐冲击性能差

延伸性

好

好

耐低温性

很好

比PE差－17℃变脆

良好

耐高温性

差

优良

差，为60℃－80℃

透明度

不高

较高

低于LDPE

好

好，高达88%－92%

第20页,共43页，2024年2月25日，星期天名称

聚乙烯

高压低密度聚乙烯

低压高密度聚乙烯

线型低密度聚乙烯

聚丙烯（BOPP，OPP）

聚苯乙烯

印刷性能

差，须要处理

差，须要处理

热封性

很好

好低于LDPE

比PE差

柔顺性

好

低于LDPE

高于HDPE

加工性

好

低于LDPE较好

好

卫生、安全

好

高于PE

好，无毒、无味

适用范围

适应食品的冷冻处理

主要制成膜，用于包装要求较低的食品，防潮要求的干燥食品；生鲜果蔬的保鲜包装；冷冻食品的包装

与LDPE相比，相同强度下，可节省原材料，作为复合膜的热封层用于高温杀菌食品的包装

主要制成膜，用于包装肉类、冷冻食品、和奶制品，阻气性差，不能满足长时间的保持要求。

薄膜经定向拉伸处理比CPP好，包装含油食品，可代替玻璃纸包装点心、面包，可用作糖果、点心的扭结包装制成各种形式绳、带

制成透明的食品盒、水果盘，色泽艳丽发泡EPS可用作保温及缓冲包装材料，如：快餐盒

第21页,共43页，2024年2月25日，星期天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第22页,共43页，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。第23页,共43页，2024年2月25日，星期天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。

第24页,共43页，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。

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。第25页,共43页，2024年2月25日，星期天§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。第26页,共43页，2024年2月25日，星期天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。第27页,共43页，2024年2月25日，星期天性能的影响因素：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。第28页,共43页，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℃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。第29页,共43页，2024年2月25日，星期天三、

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。第30页,共43页，2024年2月25日，星期天（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第31页,共43页，2024年2月25日，星期天

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第32页,共43页，2024年2月25日，星期天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提供热封性能第33页,共43页，2024年2月25日，星期天（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。

第34页,共43页，2024年2月25日，星期天（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。

第35页,共43页，2024年2月25日，星期天例：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

第36页,共43页，2024年2月25日，星期天复合膜的一般结构: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.第37页,共43页，2024年2月25日，星期天§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第38页,共43页，2024年2月25日，星期天种类性能特点成型方法HDPE加工简单容易，成本低，耐化学腐蚀性好，低温抗冲击强度好，水蒸气的阻隔性好，气体透过率高，不适合高温充填和消毒，气体的阻隔性差。挤-吹法注-吹法LDPE具有挠性，耐冲击，水蒸气的阻隔性好，加工性好，价格低，但阻气性差，高温下会开裂。挤-吹法吹-吹法PVC耐冲击强度高，氧气的透过率低，水蒸气的透过率中等，透明度好，制品变形的温度低，不宜在高温条