第三章(2)塑料包装材料及包装制品

1第二节塑料包装材料及包装制品本节主要内容2一、塑料的组成、分类和主要包装性能指标三、软塑包装材料四、塑料包装容器及制品二、食品包装常用的塑料树脂五、塑料包装材料的选用31、重量轻，方便运输、销售；2、化学稳定性好，耐一定的酸、碱、盐及油脂；3、包装制品的成型加工性好，可加工成薄膜、片材、丝、带、编织物及各种容器；4、透明，易着色、印刷，且装饰效果好；塑料材料用于食品包装的优点：45、有一定的阻透性和一定的强度，有良好的封合性；6、良好的复合性，构成性能更好的复合材料7、大多数塑料材料可达到食品对包装的卫生安全性的要求；8、能适应各种包装操作。塑料材料用于食品包装的优点：51、耐热性较差：多数塑料难以承受150℃以上的高温。2、卫生问题：主要来自于原料和添加剂，如PVC等；3、多数塑料易带静电，易造成表面污染和操作困难；4、环境保护问题：包装废弃物的回收和处理塑料用于食品包装存在的缺点：67一、塑料的组成、分类和主要包装性能指标塑料是以高分子聚合物---树脂为基本成分，在加入一些改善其性能的各种添加剂制成的高分子材料。塑料=树脂+添加剂其中树脂是最主要的组分，也是决定塑料类型、性能和用途的根本因素。8（一）高分子聚合物塑料的基本知识1、高分子聚合物的基本概念分子质量大、分子所含原子数多、分子长度长。高分子聚合物具有一系列低分子化合物所不具有的特殊性能，如化学惰性、难溶、强韧性好等。92、高分子聚合物大分子的结构及构象（1）大分子之间的作用力主价力：原子之间共价键的作用次价力：分子之间的作用力，如氢键力、范德华力10（2）大分子形状线型大分子：线型结构，其高聚物具有较好的弹性和塑性，在某些溶剂中溶胀或熔解，升温时易于流动，如热塑性塑料：PE、PP体型大分子：网状结构，其高聚物硬而脆、不溶不熔，如一些热固性塑料11高分子聚合物大分子链中的C-C单键可以绕着它邻近的键按一定键角绕轴旋转，这称为内旋转。（3）高聚物构象123、高分子聚合物大分子间的结合及聚集态高分子聚合物的大分子聚集态:无定型聚合物(非晶态结构)结晶型聚合物结晶度对塑料特性的影响：结晶度越大，分子间作用力越大，则聚合物的熔点、密度、强度、刚性、硬度越高，耐热性、化学稳定性越好，弹性、伸长率、耐冲击性越差。134、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为玻璃态、高弹态、黏流态（1）线型无定型高分子聚合物使用温度：Tg以下；加工温度：Tm-Td14（2）线型结晶型高分子聚合物只有结晶态和粘流态。加工温度：Tm以上；使用温度：Tm以下。（3）体型高分子聚合物没有高弹态和粘流态，受热后仍保持坚硬，当加热达到一定高温时聚合物分解。15树脂在塑料中约占40—100%。目前塑料中所用树脂基本上是人工合成的高分子聚合物。1、聚合物树脂按合成方法可分为:（1）加聚树脂：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯树脂等;（2）缩聚树脂：酚醛、环氧、氨基树脂等。（二）塑料的组成16填充剂增塑剂稳定剂着色剂润滑剂发泡剂抗静电剂2、塑料中常用的添加剂17（1）填充剂常用填充剂：木粉、滑石粉、陶土等。作用：为改善塑料制品的耐热性、硬度、耐化学性、降低成本。2、塑料中常用的添加剂18（2）增塑剂常用增塑剂：邻苯二甲酸二丁酯（DBP），邻苯二甲酸二辛酯（DOP），环氧大豆油，磷酸三甲苯酯,癸二酸二辛酯，氯化石蜡等。作用：增加塑料的可塑性，改善在成型加工时树脂的流动性，并使制品具有柔韧性。主要用于PVC中。危害：国外在上世纪九十年代中期就开始对DOP等邻苯二甲酸酯类在医用材料、食品包装等方面进行限制，其主要原因是其对人体有危害，比如有致癌性、容易造成内分泌紊乱、对生殖毒性较大等。19（3）稳定剂稳定剂是能够抑制光，热，氧，中金属离子等因素对塑料制品产生老化，而增加其稳定性，延长其使用寿命的物质。主要用于聚氯乙烯、氯乙烯类共聚物。危害：有机锡稳定剂与PVC分子中的不稳定原子形成配位体，而且在配位体中有机锡的羧酸酯基与不稳定的氯原子置换，使PVC保持稳定，同时产生有机锡氯化物。该化合物的毒性远远高于有机锡稳定剂本身。这些有机锡氯化物在高温下也会挥发出来，给现场操作人员带来危害。20（4）着色剂分类：无机着色剂和有机着色剂常用着色剂：钛白粉、锌钡白、镉黄、氧化铬绿、联苯胺黄等作用：改变塑料等合成材料固有的颜色，使制品美观，提高产品价值，屏蔽紫外线。危害：含有一些重金属21（5）润滑剂：塑料制品成型加工时易脱模，同时使制品表面光亮美观。（6）固化剂：用于热固性塑料，使其耐热、坚硬。（7）其他添加剂：发泡剂、抗静电剂、阻燃剂等。22热塑性塑料主要是加聚树脂为基料，加入少量添加剂而构成。优点：受热易软化，冷却即变硬，加热冷却可重复多次，其基本性能不变。成型加工简单，包装性能良好，废料可回收再成型；缺点：刚硬性低，耐热性不高。（三）塑料的分类1、热塑性塑料（thermoplastic)23热固性塑料主要以缩降树脂为基料，在加入填料、固化剂及其他添加剂而构成。在一定温度下经一定时间固化，再次受热，只能分解，不能软化，因此不能反复塑制成型。优点：耐热性好、刚硬、不熔等缺点：较脆且不能反复成型。2、热固性塑料(thermosettingplastic)24（四）塑料材料主要包装性能指标1、主要保护性能及其指标阻透性机械力学性能稳定性25（1）阻透性：主要包括对水分、水蒸气、气体、光线的阻隔性能。透气度(Qg)与透气系数(Pg)透湿度(Qv)与透湿系数(Pv)透水度(Qw)与透水系数(Pw)透光度(T)26在外力作用下的材料表现出抵抗外力而不发生变形和破坏的性能。刚性：材料具有抵抗外力作用而不发生弹性变形的性能称为刚性。抗张强度、抗压强度、抗弯强度：材料在拉、压、弯力缓慢作用下不破坏时，单位受力截面所能承受的最大力分别为材料的抗张、抗压、抗弯强度。（2）机械性能：27爆破强度：使塑料薄膜袋破裂所施加的最小内压应力。撕裂强度：材料沿缺口连续撕裂破坏的性能。戳刺强度：材料被尖锐物刺破所需的最小力。28材料抵抗环境因素（温度、介质、光等）的影响而保持其原有性能的能力。主要包括:耐高低温性:温度升高，塑料材料的强度刚性明显降低，（耐高温性能用温度为指标来表示）。温度降低，会使塑料的塑性和韧性下降而变脆（耐低温性用脆化温度表示）。（3）稳定性29耐化学性指塑料在化学介质中的耐受程度，主要是塑料在介质中经一定时间后的质量、体积、强度、色泽等的变化情况。抗老化性指塑料在加工、贮存、使用过程中受到光、热、氧、水、生物等外界因素作用下，保持其化学结构和原有性能而不破坏的能力。30（1）无毒性塑料由于其成分组成、材料制造、成型加工以及与之相接触的食品之间的相互关系等原因，存在着有毒物的溶出和对食品的污染问题。（2）抗生物侵入性虫害侵害率虫害入侵率2、卫生安全性31（1）包装制品成型加工性表示其成型性好坏的主要指标：熔融系数（MI）成型温度及温度范围成型压力（MPa）塑料热成型时的流动性成型收缩力3、加工工艺性及主要性能指标32（2）包装操作工艺性（1）机械性能包装强度、刚性等；（2）热封性能包括热封温度、封合压力、热封强度等。（3）印刷适应性印刷油墨与塑料的相容性，印刷精度、清晰度，印刷层耐磨性等。33二、食品包装常用的塑料树脂34主要组成成分是聚乙烯树脂，加少量的润滑剂、抗老化剂等添加剂。聚乙烯是无臭、无毒、外观呈乳白色的蜡状固体。比重0.91—0.97。其分子结构式：-[CH2-CH2]-n（一）聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）1、聚乙烯（PE）351）阻透性：阻水、阻湿性能好，但阻气和阻有机蒸汽性能差；2）具有良好的化学稳定性：常温下与与一般酸、碱不起作用，但耐油性差。3）机械性能：有一定的抗拉强度和撕裂强度，柔韧性好。4）耐高低温性：耐低温性很好，能适应食品冷藏冷冻需要；耐高温性能差，不能随食品蒸煮。（1）主要包装特性365）光学性能：光泽度、透明度不高；6）成型加工性：成型方便；7）热封性：热封性能好8）印刷性：印刷性能差，非极性物质，需改善其印刷性。9）卫生安全性：无毒，可直接接触食品。主要包装特性37381）高压低密度聚乙烯（LDPE）在高压和较高温度条件下聚合的聚乙烯，密度较低，为0.91～0.94g/cm²。阻气阻油性差，机械强度也低，但延伸性、抗撕裂性、耐冲击性好，透明性高，热封性好。主要是制成薄膜，用于包装要求较低的食品。透气性好，用于生鲜果蔬的保鲜包装。（2）聚乙烯的主要品种392）低压高密度聚乙烯（HDPE）密度0.94～0.96g/cm²。由于密度高，其阻隔性和强度较高。但柔韧性、透明性、热成型加工性有所降低。可制成瓶罐容器和重包装薄膜袋。3）线性低密度聚乙烯（LLDPE）其伸长率和耐穿刺性是各种聚乙烯中最好的，主要制成薄膜材料用于包装肉类、冷冻食品和奶制品。402、聚丙烯（PP）主要成分是聚丙烯树脂，密度为0.90～0.91g/cm²，是目前最轻的食品包装用塑料（1）主要包装特性：1）阻隔性能优于PE，但因分子无极性，阻气性较差；2）化学稳定性良好，对酸碱盐及许多溶剂具稳定性；3）机械性能较好，强度、硬度、刚性高于PE；414）耐高温优良，可在100～120度长期使用。耐低温性比PE差，-17度性能变脆。5）光泽度高，透明度高；6）热封性比PE差，但比其它塑料要好；7）印刷性差，印刷前须经处理；8）成型加工性能良好；9）卫生安全性高于PE。42聚丙烯主要制成薄膜材料包装食品，可替代玻璃纸（PT），耐水、阻湿比PT好，透明度，光泽性、耐撕裂性不低于PT，但印刷性比其差，但成本可低40%。且可用作糖果、点心的扭结包装。聚丙烯薄膜经定向拉伸处理（OPP）后比普通薄膜（CPP）各种性能都有明显提高，尤其是双向拉伸薄膜（BOPP）。PP可制成热收缩薄膜，用于食品热收缩包装；也可制成瓶罐容器及捆扎绳、带等。（2）主要用途43（二）聚苯乙烯（PS）和K-树脂聚苯乙烯由苯乙烯单体加聚合成的。（1）性能特点：1）阻湿、阻气性能差，阻湿性低于PE；2）耐一般酸、碱、盐、有机酸、低级醇；3）机械性能好，具有较高刚硬性能，但脆性大；1、聚苯乙烯（PS）444）光学性能优良，透明度高，光泽性好；5）耐热性能不高（60-80℃），耐低温性能好；6）粘流化温度低，易成型加工；7）无味、无毒、无臭、不易长霉、卫生安全性好。（2）主要用途主要制成食品盒、水果盘、小餐具、冷饮杯；聚苯乙烯得发泡制品可用作保温及缓冲包装材料。452、K-树脂K—树脂是一种具有良好抗冲击性能的聚苯乙烯类透明树脂，由丁二烯和苯乙烯共聚而成。具有高透明和冲击性，用于制造各种包装容器，如盒、杯、罐等。K—树脂无毒卫生，可直接与食品接触，尤其是辐照食品包装应用前景看好。46（三）聚氯乙烯（PVC）和聚偏二氯乙烯（PVDC）聚氯乙烯塑料由聚氯乙烯树脂为主在加入增塑剂、稳定剂等添加剂组成。（1）包装特性：1）阻气、阻油性优于PE。阻湿性不如PE。硬质PVC阻透性优于软质PVC；1、聚氯乙烯塑料（PVC）472）化学稳定性优良；3）机械性能好，硬质PVC有很好的拉伸性和刚硬性，软质PVC抗拉强度相对低，但柔韧性和撕裂强度相对PE较高；4）耐高、低温性不佳，一般使用温度（-15～55℃）；485）着色性、印刷性和热封性较好；6）透光性、光泽度比PE更好；7）卫生安全性：聚氯乙烯树脂本身是一种无毒聚合物，但单体氯乙烯有麻醉作用。应严格控制材料中氯乙烯单体残留量，要求成型制品在1ppm以下。PVC塑料中的稳定剂、增塑剂是另外的不安全因素；49软质PVC增塑剂含量大，卫生安全性差，一般不用于直接接触食品的包装。可制成弹性拉伸薄膜和热收缩薄膜，用于包装新鲜水果和蔬菜。硬质PVC安全性好，可用于矿泉水瓶、饮料瓶，及冰淇淋、果冻等的包装。（2）主要用途502、聚偏二氯乙烯塑料（PVDC）聚偏二氯乙烯塑料由聚偏二氯乙烯和少量增塑剂、稳定剂等添加剂组成，商品名为赛纶。（1）PVDC塑料