第六章食品包装用塑料材料及包装容器2.ppt
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1、第六章 食品包装用塑料材料及包装容器,组 长:周 颖 070940413 周 颖 070940414 施协双 070940426 袁玉蛟 070940427 马 骏 070940428 蒋明波,第一节 塑料的概况,第二节 主要塑料包装材料,第三节 软塑料包装材料,第五节 食品用塑料包装材料的选用,主要内容:,第四节 塑料包装容器及制品,本章学习目标,1.掌握塑料基本概念、组成及主要性能指标。 2.掌握食品包装常用的塑料树脂及主要包装性能。 3.掌握食品包装塑料薄膜和复合软包装材料的包装性能及适用场合。 4.熟悉常用塑料包装容器的种类及其选用方法。,第一节 塑料的概况,塑料用于食品包装的特点 塑
2、料的组成 塑料的分类 塑料材料的主要包装性能指标,一、塑料用于食品包装的特点,1.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; 5.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。,优点:,缺点:,1.易带静电,因此已造成包装表面的污染和某些操作上的困难; 2.某些塑料存在有毒物质的污染; 3.包装废弃物的回收和处理目前还存在着较大的
3、问题。,塑料(plastics)的定义:以高分子聚合物合成树脂和天然树脂为基本原料,再加入(或不加入)各种添加剂,在一定温度和压力下,加工塑制成型和交联固化型,得到的固体高分子材料。,塑料,树脂,添加剂,:增塑剂、稳定剂、填充剂、着色剂等。,二、塑料的组成,我们通常所用的塑料并不是一种纯物质,它是由许多材料配制而成的。其中高分子聚合物是塑料的主要成分,此外,为了改进塑料的性能,还要在聚合物中添加各种辅助材料,如填料、增塑剂、润滑剂、稳定剂、着色剂等,才能成为性能良好的塑料。,高分子聚合物:是一类分子量在104-106以上由C、H、O、N等构成的物质,一种或几种简单的低分子化合物(单体)以某种形
4、式重复连接而成聚合体。,链节(重复单元):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。是化学组成和结构可重复的最小单位。 聚合度:大分子重复链节的数目。 如:聚乙烯由若干乙烯组成。,1.树脂 树脂是塑料的最主要成分,其在塑料中的含量一般在40%100%。树脂的种类、性能及在塑料中所占的比例常常决定了塑料的性质并起着决定性作用。,加聚树脂(加成聚合反应) :聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯构成食品包装用树脂的主体。 缩聚树脂(缩聚聚合反应) :酚、醛、氨基等,在食品包装中较少应用。,加成聚合反应单体进行连续、多步的加成反应,形成高聚物。,按合成方法可分为:,(1)增塑剂
5、通常是有机低分子物质;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。提高树脂可塑性和柔韧性。,2.塑料中常用各种添加剂,(2)填充剂 弥补树脂某些性能的不足,以改善塑料的使用性能。如提高制品的稳定性、坚固性、耐热性等,同时可降低塑料成本。 常用的材料有碳酸钙、陶土、滑石粉、石棉、硫酸钙等,一般用量20-50%。,(3)稳定剂 主要功用是防止和延缓树脂老化,主要针对引起塑料老化的氧、光、和热等因素。分为三类: 抗氧剂:阻止高分子材料的氧化变质。有酚类和胺类两种,其中酚类抗氧剂因其毒性低、不易污染的特点而被大量应用于食品包装用塑料。 光
6、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,效果显著且用量极少。 热稳定剂:防止塑料在加工和使用过程中因受热而引起的降解,应用最多的是PVC的热稳定剂。,(4)着色剂 用于改变塑料等合成材料固有的颜色,使产品更美观,并起到屏蔽紫外线和保护内容物等作用,使其具有更高的商品价值。常用的有无机颜料、有机颜料和其他染料。,(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。主要用途是使作为食品包装用的塑料更符合其功能特点。,食品包装的塑料添加剂特别要求 (1)各种添加剂应
7、具有与树脂很好的相容性、稳定性、不互相影响其作用; (2)无味、无臭、无毒、不溶出。,三、塑料分类,1.按理化特特性分类 通常按塑料在加热冷却时表现性质不同分:,(1)热固性塑料(thermosetting plastic),主要以缩聚树脂为基料,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:刚硬、耐热、不溶; 缺点:较脆,不能反复塑化成型,不常用于食品。 常用:酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料等。,(2)热塑性塑料(thermoplastic),以加聚树脂为基础,加入适量添加剂制成。在特定的温度范围能反复受热软化流动
8、和冷却硬化成型,其树脂化学组成及基本性能不发生变化。 优点:成型加工简单,包装性能好,可收回再成型; 缺点:刚硬性低、耐热性差。 常用:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚酰胺、聚四氯乙烯等。,2. 按加工方法分类,根据塑料的不同的成型方法,可以分为膜压、层压、注射、挤出、吹塑、浇铸塑料和反应注射塑料等多种类型。,3.按塑料组成成分分类,根据塑料本身的组成成分不同,可分为:,(1)单一组分塑料,此种塑料基本上由合成树脂组成,有的仅含有少量辅助材料(如润滑剂、染料)。如聚乙烯、聚苯乙烯和有机玻璃等。,(2)多组分塑料,此种塑料除了树脂外还含有较多的辅助材料,如填充剂、增塑剂、稳定剂和固化剂等。
9、如聚氯乙烯、酚醛塑料、不饱和聚酯等。,4.按使用特性分类 根据各种塑料不同的使用特性,通常将塑料分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。,一般是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料。通用塑料有五大品种,即聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)及丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚合物(ABS)。这五大类塑料占据了塑料原料使用的绝大多数,其余的基本可以归入特殊塑料品种 。,(1)通用塑料,通用工程塑料包括:聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、热塑性聚酯、超高分子量聚乙烯、甲基戊烯聚合物、乙烯醇共聚物等。 特种工程塑料又有交联型的非交联型之分。交联型的有:聚氨基双马来酰胺、聚三嗪
10、、交联聚酰亚胺、耐热环氧树指等。非交联型的有:聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)等,(2)工程塑料,一般指能承受一定外力作用,具有良好的机械性能和耐高、低温性能,尺寸稳定性较好,可以用作工程结构的塑料,如聚酰胺、聚砜等。 在工程塑料中又将其分为通用工程塑料和特种工程塑料两大类。,(3)特种塑料,一般是指具有特种功能,可用于航空、航天等特殊应用领域的塑料。如氟塑料和有机硅具有突出的耐高温、自润滑等特殊功用,增强塑料和泡沫塑料具有高强度、高缓冲性等特殊性能,这些塑料都属于特种塑料的范畴。,四、塑料材料的主要包装性能指标,(一)主要保护性能及其指标,包装材料对商品的保护性能是最为
11、重要、最基本的功能,保护性能指标指的是能保护内容物,防止其质变、被破坏,保证其内容物的性能。,1.阻透性:,主要包括对水分、水蒸气、气体、光线等的阻隔性能和保香功能。 (1)透气度(Qg)与透气系数(Pg) (2)透湿度(Qv)与透湿系数(Pv) (3)透水度(Qw)与透水系数(Pw) (4)透光度(T),2.机械性能:,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。 (1)硬度:材料表面具有抵抗外力作用而不发生永久变形的性能。 (2)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。 (3)爆破强度:
12、使塑料薄膜袋破裂所施加的最小内压应力。 (4)撕裂强度:材料沿缺口连续撕裂破坏的性能。 (5)戳刺强度:材料被尖锐物刺破所需的无原则的最小力。,3.稳定性,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: (1)耐高低温性 温度升高,塑料材料的强度刚性明显降低,其阻隔性能也会下降(耐高温性能用热分解温度来表示)。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)。,(2)耐化学 指塑料在化学介质中的耐受程度。 (3)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。,(二)卫生
13、安全性,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 塑料包装在无缺口和孔隙缺陷时可抵抗微生物的侵入渗透。但却不能完全抵抗昆虫、老鼠等生物的入侵。 3.防有害物质渗入 塑料包装应耐酸、耐碱、耐化学药剂,对油脂也有一定的耐抗性。从而保证食品的安全性。,(三)加工工艺性及主要性能指标,1.包装制品成型加工性 表示其成型性好坏的主要指标: (1)熔融系数(MI) (2)成型温度及温度范围 (3)成型压力(MPa) (4)塑料热成型时的流动性 (5)成型收缩力,2.包装操作工艺性 (1)机械性能 包
14、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。,一、聚乙烯(PE) 二、聚丙烯(PP) 三、聚苯乙烯(PS) 四、聚氯乙烯(PVC) 五、聚酰胺(PA) 六、聚酯(PET) 七、聚乙烯醇(PVA) 八、聚偏二氯乙烯(PVDC) 九、乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA) 十、乙烯乙烯醇共聚物(EVAL) 十一、离子键聚合物 十二、环境可降解塑料 十三、其他塑料树脂,主要材料,第二节 主要塑料包装材料,聚乙烯树脂由乙烯单体聚合而成的高分子化合物,加入少量润滑剂、抗老化剂等添加剂。是无臭、无毒、外观呈乳白色的
15、蜡状固体。 其分子结构式:,一 、聚乙烯 PE,1.主要包装特性 (1)阻透性:阻水、阻湿性能好防潮干燥食品,但阻气和阻有机蒸汽性能差,耐油性差生鲜果蔬,不接触油性食品; (2)印刷性:印刷性能差,非极性物质,需改善其印刷性。 (3)耐高低温性: 耐低温性很好适于冷冻处理,耐高温性差不能用于高温杀菌;,(4)具有良好的化学稳定性:常温下与一般酸、碱不起作用; (5)机械性能:有一定的抗拉强度和撕裂强度,柔韧性好; (6)成型加工性:成型方便; (7)热封性:热封性能好复合材料的热封层; (8)光学性能:光泽度、透明度不高; (9)卫生安全性:安全无毒,可直接接触食品。,2.聚乙烯的主要品种品种
16、,a.高压低密度聚乙烯LDPE b.低压高密度聚乙烯 HDPE c.线性低密度聚乙烯LLDPE,因聚合方法和密度不同,可以分为:,在高压和较高温度条件下聚合的聚乙烯,分支较多的线型大分子结构,结晶度较低,密度低,为0.910.94g/cm。 抗撕裂性、延伸性、耐冲击性好、透明度高、热封性好,卫生安全。 1)阻气性差,耐油差-生鲜果蔬,不接触油性食品; 2)阻水阻湿性好-防潮干燥食品; 3)耐低温性好-冷冻食品;,a.高压低密度聚乙烯(LDPE),应用:主要制作薄膜。生鲜果蔬,热封层,热收缩。,大分子呈直链线性结构,分子结合紧密,结晶度高达85-95%,密度为0.940.96g/cm ,比LDP
17、E密度稍高; 1)阻隔性、强度、耐热性比LDPE高,长期使用温度可为100; 2)透明性、柔韧性、成型加工型比LDPE低。,b.低压高密度聚乙烯 (HDPE),应用:主要制作薄膜,用于高温杀菌复合材料热封层(110)和防潮涂层,也可制成瓶、罐等容器。,大分子支链长度和数量介于LDPE和之间。 1)有较高的抗张强度、刚性、和耐冲击性,化学稳定性能、稳定加工性能也较好; 2)柔韧性比HDPE好,不加增塑剂可热吹成型。,c.线性低密度聚乙烯 (LLDPE),应用:主要制作薄膜。肉类、冷冻食品及奶制品,阻气性差,不能长时间保质(改性:与丁基橡胶共混提高阻隔性)。,线性结构,密度0.90-0.91g/c
18、m3 ,是目前最轻的包装用塑料材料。 主要制成薄膜材料包装食品,可制成热收缩膜进行热收缩包装。,二、聚丙烯 PP,由丙烯单体(CH2=CHCH3)聚合而成,其分子结构式:,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; (4)耐高温优良,可在100120度长期使用。耐低温性比PE差,-17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。,聚丙烯主要制成
19、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%。 聚丙烯薄膜经定向拉伸处理(OPP)后的各种性能包括强度、透明光泽效果、阻隔性比普通薄膜(CPP)都要好,尤其是双向拉伸薄膜(BOPP)。,2.主要用途,应用 1)主要做薄膜材料; 2)热收缩膜,用于食品热收缩包装; 3)瓶罐透明容器、捆扎绳、带等。 包装含油产品,糖果点心; 可替代玻璃纸,糖果点心扭结包装;,三、聚苯乙烯 PS,聚苯乙烯由苯乙烯单体加聚合成的。大分子主链上带有苯环侧基,结构不规整,不易结晶,柔顺性低,为线性、无定型、弱极性高分子化合物。,1)耐低温
20、性好,但耐热性差,连续使用温度60-80 ; 2)化学稳定性好如一般酸、碱、盐、有机酸、低级醇; 3)光学性能优良透明度好,光泽性好; 4)成型加工性好(最大特点);易着色和表面印刷; 5)无毒、无味、无臭,不易长霉,卫生安全性高 。但残留单体苯乙烯有低毒,单体残留量限制在1%以下; 6)机械性能好,具有较高刚硬性能,但脆性大; 7)阻湿、阻气性能差,阻湿性低于PE。,1.包装性能特点:,应用 1)主要用于制成透明食品盒,小餐具、水果盘等。 2)PS片经拉伸处理后,可制得热收缩薄膜和半刚性容器; 3)PS制成的发泡材料用作缓冲材料,还有保温、可热成型为一次快餐盒,废弃物难处理; 4)改性品种:
21、(脆)ABS。食品工程上制作管材、容器。,聚苯乙烯类树脂,丁二烯和苯乙烯聚合。 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。 1)高透明性和耐冲击性,制造各种包装容器,如盒、杯、罐等。 2)无毒卫生,与食品直接接触; 3)辐照后性能不受影响,辐照食品包装前景好;,K-树脂,以PVC树脂为主体,加入增塑剂、稳定剂共混制成,柔顺性差,不易结晶,具有较强性极性的高分子化合物。,四、聚氯乙烯 PVC,PVC 扭结膜包装,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; 2.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
22、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(-1555);,5.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和致畸致癌的作用。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;,应用 1)软质 PVC(增塑剂达30-40%)不能接触食品,可作为弹性拉伸膜,热收缩膜,透气性好,可包装生鲜果蔬; 2)硬质 PVC(增塑剂低于5%)可直接接触食品,安全性好,可用于矿泉水瓶、饮料瓶,及冰淇淋、果冻等的
23、包装; 3)改性品种:加入无毒小分子共混。,一般有三种方法,即“一看、二摸、三火烧”。 一“看”:看产品包装上说明是否为PE保鲜膜。 二“摸”: PE保鲜膜:一般黏性和透明度较差,用手揉搓以后容易打开, PVC保鲜膜:透明度和黏性较好,用手揉搓以后不好展开,容易粘在手上。,PVC 保鲜膜问题,?,三“火烧”: PE保鲜膜:火焰呈黄色,离开火源也不会熄灭,有滴油现象,且没有刺鼻的异味; PVC保鲜膜:含有氯元素,火焰呈黄绿色,烟雾比较大,没有滴油现象,离开火源后会熄灭,且有强烈刺鼻的异味。,聚酰胺:P通常称为尼龙,是分子主链上含大量酰胺基团的线型结晶型高聚物,按链节结构中C的原子数量分为Ny6,
24、Ny12等。主要为薄膜。,五、聚酰胺 PA,包装特性 1)阻气性良好; 2)化学稳定性良好,耐酸、碱和盐;耐油性优良; 3)与其它塑料相比,具有很好的抗拉强度; 4)耐高、低温性优良,使用温度在-60130,最高可达200; 5)加工成型性较好,热封性不良(180190); 6)不易受生物的侵害,卫生安全性较好; 7)吸水性强是其重要缺点,吸水而影响阻透强度。,应用 食品包装上主要使用PA薄膜制品,大量用于食品包装,如鱼、肉类等。 复合材料:与PE、PVDC(聚偏二氯乙烯)或CPP(普通薄膜)等复合,提高其防湿、热封性能。可用于畜肉类制品的高温蒸煮包装和深度冷冻包装。也可用于果汁、奶等食品的无
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