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当功能性塑料包装材料分析及应用上

发布时间:2021-09-09 23:15:43 阅读: 来源:阻燃剂厂家

功能性塑料包装材料分析及应用(上)

在包装行业中,塑料包装材料以其轻便、美观、对内容物保护性能好、易于加工等优点获得了迅速发展,但随着工业技术的发展和消费者需求的提高,未来的不同商品尤其是不同类型的食品对塑料包装材料提出了越来越高的要求,如要求高阻隔、防腐抗菌、保鲜、耐热;还进一步要求其必须以节省资源、节约能源、用后易回收利用或易被环境降解为技术开发的出发点,为此现在的塑料包装材料正向高性能、多功能、环保及拓宽应用领域等方向发展。

目前,高性能、多功能性塑料包装正成为热点开发的包装材料,并已有部分产品投入了工业化生产。这类材料主要是高阻隔性、选择透过性、耐热性以及抗菌保鲜及纳米包装材料,2、导柱下面将分别加以介绍。

高阻隔性塑料包装材料

众所周知,食品包装内的氧气、二氧化碳等气体的含量对保存期间的食品的质量有很大影响。因此,许多阻挡气体进入薄膜袋内部的阻隔型薄膜材料被开发出来。高阻隔性塑料包装材料就是随着食品工业的迅速发展而发展起来的,它对被包装的食品起到了保质、保鲜、保风味以及延长货架寿命的作用。保存食品的技术多种多样,像真空包装、气体置换包装、封入脱氧剂包装、食品干燥包装、无菌充填包装、蒸煮包装、液体热充填包装等。在这些包装技术中,许多都要使用塑料包装材料,虽要求其具备多种不同的性能,但重要的一点是都必须具备良好的阻隔性。

比较常见的高阻隔性薄膜材料有如下几种。

1.聚偏氯乙烯类材料(PVDC)

现在应用的聚偏氯乙烯多为偏氯乙烯与氯乙烯的共聚物(VC/VDC),为简便起见也写作PVDC,也有与其他树脂的共聚物。与聚氯乙烯树脂相比,聚偏氯乙烯树脂的软化点较低,热稳定性较差,但制品的透明性、印刷适性、耐化学性更好,相对密度大,突出的特点是具备极高的化学阻隔性能和极低的透水和透氧性能。

聚偏氯乙烯树脂有如下品种:F树脂(与丙烯腈的共聚物)、聚偏氯乙烯乳液和挤出级树脂。挤出级的树脂在熔融下易加工,可以用于多层共挤容器、挤出薄膜和片材等,还可以用来涂布塑料薄膜(如聚酯等),以及用于软包装的单层和多层(挤出和流延)结构中,阻隔性较F树脂和聚偏氯乙烯乳液要差。聚偏氯乙烯HB薄膜(与丙烯酸的共聚物)较F树脂的阻隔性要好。聚偏氯乙烯乳液可用于聚丙烯和聚乙烯塑料薄膜的涂布,还可用于PET、PVC、PS和PE刚性容器的涂布,阻隔性与F树脂有些相似。

聚偏氯乙烯树脂的阻隔性能主要体现在阻气、阻氧和阻水性上,主要用于制造薄膜和热收缩薄膜,包装食品如肉类或药品等。单层薄膜广泛用于日常用品包装,与聚烯烃通过共挤制成的多层薄膜常用于包装肉类、奶酪和其他对水汽较敏感的食品包装,延长食品的保存期。

2.尼龙类包装材料

尼龙类包装材料通常使用的是尼龙6。但是尼龙6的气密性不理想。有一种用间二甲基胺和己二酸缩聚而成的尼龙MXD6的气密性比尼龙6高10倍之多,同时还有良好的透明性和耐穿刺性。主要作为高阻隔性包装薄膜用于阻隔性要求很高的食品软包装,其食品卫生性也得到FDA的许可。这种薄膜的最大特点是阻隔性不随湿度的上升而下降。在欧洲,由于环境保护问题突出,作为PVDC类薄膜的替代产品,MXD6尼龙的使用量是很大的。

另外,MXD6尼龙还可与EVOH(乙烯-乙烯醇共聚物)复合而成新型薄膜,作为—种高阻隔性的尼龙类薄膜。复合的方法有多层化复合,也有的将MXD6尼龙和EVOH共混拉伸。

3.乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)

乙烯-乙烯醇共聚物—直是应用最多的高阻隔性材料。这种材料是乙烯和乙烯醇的水解共聚产物。聚乙烯醇具有特别高的气体阻隔性能,但它吸湿性大,有的品种还溶于水并难以加工。通过乙烯醇和乙烯的共聚合,高的气体阻隔性能被保留了下来,而耐湿性和可加工性也得到了改进。

乙烯-乙烯醇共聚物树脂最突出的特性就是能提供对O2、CO2或N2等气体的高阻隔性能,使其在包装中能充分提高保香和保质作用。由于乙烯-乙烯醇共聚物分子中存在较多的羟基,因而材料是亲水和吸湿的。当相对湿度大于80%时,其气体透过性会大大增加,而这时将乙烯-乙烯醇共聚物薄膜与高阻湿性薄膜(如聚烯烃薄膜)复合,则能使乙烯-乙烯醇共聚物薄膜在潮湿的环境中仍保持最高的阻隔性。

乙烯-乙烯醇共聚物还有非常好的耐油性和耐有机溶剂性。将乙烯-乙烯醇共聚物在20℃下浸泡于一般溶剂中1年,其增重为零;在乙醇中增重2.3%;在沙拉油中增重0.1%。乙烯-乙烯醇共聚物有非常好的保香性能。这些性质使得它被优先选做油性食品、食用油等食品的包装材料。

4.镀铝或镀无机氧化物薄膜

除了上述所列包装薄膜以外,还有一类镀铝薄膜和镀无机氧化物薄膜,即在聚烯烃和聚酯(PET)等薄膜上真空镀上一层0.05μm厚的铝或无机氧化物(SiO,SiO2)。特别是镀无机氧化物薄膜,它不仅具有高阻隔性,而且能用微波炉直接加热用这种材料型腔和型芯尺寸等包装的食品。

真空镀铝常采用高真空沉积方法,镀铝后对被镀材料的阻隔性提高很大,但其制品将失去透明性。真空镀铝的薄膜不但具有同基材相同的力学性能,同时也具有同铝箔一样的高阻隔性能。而且薄膜柔软度好,避免了塑料薄膜与铝箔复合后的挠曲龟裂的问题。实际上,当被弯曲的镀铝薄膜和一般复合薄膜相比,镀铝薄膜的阻隔性能远高于后者。从节约材料、节约能源角度看,以表面真空镀铝的薄膜代替铝箔制作高阻隔性的包装材料是今后高阻隔材料的发展趋势,具有特殊光泽的真空镀铝薄膜与较厚的含有铝箔和纸的复合材料相比,其成本明显降低。因此,在许多场合真空镀铝薄膜都代替了铝箔复合材料薄膜。

常用的镀铝薄膜基材有BOPA、PET和PP。真空镀铝薄膜除用于要求阻隔性能高的场合外,还以其华丽的外表作为装饰材料使用。

用类似真空镀铝的方法,还可以在塑料薄膜表面蒸镀SiOx,被镀薄膜基材基本也为PET、BOPP、PA等。SiOx镀膜材料的优点为涂层透明性高,且由于蒸镀材料对微波无反射作用,尤其适合于制作需要直接在微波炉中加热的微波食品的包装袋。

SiOx蒸发过程在概念上与真空镀铝非常类似。所镀SiOx的厚度通常为40~100nm,每个硅原子周围平均为l~2个氧原子。SiOx蒸镀在PET/PP复合薄膜的内层材料上,使薄膜对氧气和水蒸气的渗透作用显著减少,透氧率从112cm3/m2·d下降到0.47cm3/m2·d,对水蒸气透过率从这个级别的材料所具有的1定特性1.1g/m2·d下降到0.47g/m2·d。

在塑料薄膜上镀Al2O3、TiO2和MgO的混合物,同样可以生产出高阻隔性能的透明薄膜。将Al2O3蒸镀在树脂基材上,对氧气阻隔作用提高不大,但对水蒸气的隔离作用却是原塑料基材的3~10倍。

以聚酯作为基材,镀上一层SiO2但其显示力却不成疏忽后,薄膜仍然是透明的,作为透明包装材料,其用途十分广泛。但这类薄膜不能热成型,容易出现针孔,需要和其他塑料薄膜复合来予以弥补。

另外,液晶聚合物也有较好的阻挡氧气进入的功能,其性能比PVDC和EVOH毫不逊色,在降低生产成本和提高拉伸加工技术后,可望作为功能性薄膜进入包装市场。

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