近50年來,合成材料的迅速發(fā)展,取代了大量的天然材料。由于合成材料有著卓越的性能,因而在包裝領域被大量應用,各種塑料薄膜、塑料容器及復合材料更在飲料包裝中大顯身手。塑料包裝材料的卓越性能塑料是以合成樹脂為主要原料,添加穩(wěn)定劑、著色劑、潤滑劑以及增塑劑等組分而得到的合成材料。塑料包裝材料最大的特點,是可以通過人工的方法很方便地調節(jié)材料性能,以滿足各種不同的需要,即防潮、隔氧、蔽光、保香等功效;還可以制成復合薄膜及多層塑料瓶,質輕、不易破損,又有利于運輸及攜帶。塑料包裝材料透明、光潔及平滑,易于印刷和造型裝潢,可美化商品外觀,提高商品陳列性能。用于飲料包裝的塑料種類及特點除有毒性雜質的塑料外,幾乎所有塑料都可用于飲料食品包裝,但用量最大的是價格低廉的聚烯烴。常用的塑料種類有:聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯、聚偏二氯乙烯及聚碳酸酯。聚乙烯(PE)PE是世界上產(chǎn)量最大的合成樹脂,也是消耗量最大的塑料包裝材料,約占塑料包裝材料的30%?! ?933年美國ICI公司采用高壓法研制出聚乙烯。20世紀40年代及50年代,美國和意大利相繼發(fā)明了中壓法及低壓法生產(chǎn)聚乙烯的方法。到70年代已有數(shù)十種技術生產(chǎn)聚乙烯。聚乙烯產(chǎn)品大致可分為低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)。密度是衡量結晶度的尺度,如果密度高,結晶度高,聚乙烯的水蒸氣滲透率和油脂滲透率隨之降低。但LDPE透明度較好,柔軟、伸長率大,抗沖擊性與耐低溫性較HDPE為優(yōu),在各類包裝中用量仍較大,但作為食品包裝材料其缺點較明顯。高密度聚乙烯(HDPE)的分子結構主要為線型,支鏈很少,所以又叫線型聚乙烯,它具有較高的結晶度,允許較高的使用溫度,其硬度、氣密性、機械程度、耐化學藥品性能都較好。所以大量采用吹塑成型制成瓶子等中空容器。由于它具有較高的耐油脂性能,廣泛用于盛裝牛奶、牛奶制品,包裝天然果汁和果醬之類的食品。不過HDPE的保香性差,所裝食品飲料不宜久藏?! 榱烁纳凭垡蚁┑谋O阈阅?,利用它具有熱封性能好的特點,可將其作為復合薄膜的內層材料。二層復合材料如PC/PE、AL(鋁箔)/PE;三層復合材料如PET/OPP/PE、PET/PVDC/PE、PET/AL/PE等,已大量應用于飲料粉包裝,美國采用玻璃紙/黏合劑/PE的復合瓶專盛檸檬汁。歐洲利用HDPE和Lamipct(一種以95%皂化的聚醋酸乙烯酯為基礎的材料)進行三層復合。后一種材料位于層壓物中間。HDPE提供了堅硬性和耐沖擊性,而Lamipct層具有對氧的隔絕性和防止香精的逸散性。由此復合物制成的瓶稱為Lamicon瓶,是典型的果汁瓶?! 【勐纫蚁≒VC)聚氯乙烯由無色液態(tài)氯乙烯單體(簡寫成VCN)在壓力容器中聚合,所得樹脂為白色的流動自如的粉末。氯乙烯中含氯量約占56%,這些氯來自食鹽,因此聚氯乙烯樹脂不受石油和天然氣價格飛漲的影響。聚氯乙烯樹脂可以通過配制,獲得各種性能和滿足不同特殊需要的材料。 PVC塑料大致可分為硬制品、軟制品和糊狀制品三類。硬制品增塑劑一般少于5%,軟制品中增塑劑多達20%以上。PVC在包裝工業(yè)中被稱為多用途聚合物,它具有良好的空氣、濕氣阻隔性和透明性。著色功能強,適應所有塑料成型加工。硬質PVC因不含或很少含有增塑劑,其成品無增塑劑的異味,而且機械強度優(yōu)良,質輕,化學性質穩(wěn)定,所以制成的PVC容器廣泛用于飲料包裝。據(jù)資料介紹:用注拉吹法生產(chǎn)的PVC瓶無縫線,瓶壁厚薄均勻,可用于盛裝含CO2的飲料如可口可樂及汽水等。目前我國采用擠出吹塑法生產(chǎn)的PVC瓶只適用于盛裝果汁和礦泉水?! VC材料的安全性一直是人們關注的問題。PVC瓶曾因氯乙烯致癌問題出現(xiàn)過產(chǎn)量一度下降的情況。但近年來經(jīng)人們不懈努力,PVC中的氯乙烯含量已下降到衛(wèi)生學上的允許水平。用于包裝的PVC樹脂中的氯乙烯含量不能高于1×10-6,即1kgPVC樹脂只允許含1mg氯乙烯單體,用這種PVC樹脂生產(chǎn)的瓶子包裝飲料后,在食品中測不出氯乙烯單體。聚丙烯(PP)聚丙烯是由丙烯聚合而成。丙烯主要來源于石油裂解產(chǎn)物。聚丙烯的相對密度較小,為聚氯乙烯的60%左右。所有聚丙烯薄膜是高結晶的結構,滲透性為聚乙烯的1/4~1/2,透明度高,光潔,加工性高。PP廣泛用于制備纖維、成型制品,但主要是塑料薄膜。薄膜分雙向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)和未拉伸聚丙烯薄膜,前者是向縱橫方向拉伸,使分子定向。所以機械強度、耐寒性、光澤性都有提高,可與玻璃紙相媲美。目前,具有氣密性、易熱合性的聚丙烯的涂布薄膜及與其他薄膜、玻璃紙、紙、鋁箔等復合的復合材料已大量生產(chǎn),用PP復合材料制作的容器可用于飲料包裝?! 「黝怭P都有一個帶靜電的共同特點,為解決這個問題,一般在薄膜上涂布防靜電劑或者將防靜電劑混煉于薄膜中。在薄膜上涂布氣密性好的聚偏二氯乙烯類樹脂可提高PP的抗氧化性。聚酯(PET或PETP)聚酯通常是聚對苯二甲酸乙二醇酯的簡稱,實際上聚酯還是一大類主鏈含酯基的聚合物總稱。最早的產(chǎn)品是苯二甲酸酐、甘油、干性油或其脂肪酸制成的醇酸樹脂,它至今仍是涂料的主要品種。這種需要不飽和單體交聯(lián)的聚酯常被稱為不飽和聚酯。在塑料工業(yè)中常稱為聚酯?! ET是一種結晶性好,無色透明,極為堅韌的材料。有玻璃的外觀,無臭、無味、無毒,相對密度為1.34(非晶態(tài)),易燃,燃燒時有藍色邊緣的黃色火焰,氣密性良好?! ET的膨脹系數(shù)小,成型收縮率低,僅0.2%,是聚烯烴的十分之一,較PVC和尼龍小,故制品的尺寸穩(wěn)定。機械強度堪稱最佳,其擴張程度與鋁相似,薄膜強度為聚乙烯的9倍、聚碳酸酯和尼龍的3倍,沖擊強度是一般薄膜的3~5倍。而其薄膜又有防潮和保香性能。 由于聚酯具有上述優(yōu)點,在以前已成為主要包裝材料,但是聚酯薄膜價格較貴,熱封困難,易帶靜電,所以單獨使用極少,大多是用PVDC等熱封性較好的樹脂涂布或共同制成復合薄膜?! 【埘秃媳∧て贩N很多,主要是PET/PE復合材料,用于液體食品、藥品和咖啡等軟包裝。此外還有PET/紙/PE、PET/AL/PO(聚烯烴)、PET/ETA(乙烯乙酸乙烯酯)、PET/紙/AL/PO等。 采用二軸延伸吹塑法的PET瓶,能充分發(fā)揮PET的特性,即具有良好的透明度,表面光澤較高,呈玻璃狀外觀,是代替玻璃瓶最合適的塑料瓶。近年來PET瓶生產(chǎn)發(fā)展迅速,耐熱PET瓶廣泛應用于茶飲料、果汁飲料等需要熱罐裝的飲料?! 【燮纫蚁≒VDC)1939年美國DOW化學公司發(fā)現(xiàn)了偏二氯乙烯與氯乙烯共聚物良好的性能,次年投產(chǎn),商品名叫“Saran”,常譯作“莎綸”。日本于1945年開始生產(chǎn),并以“庫拉綸”的商標投入市場,用于包裝日本特有的魚肉香腸。氯乙烯一偏二氯乙烯薄膜中含氯乙烯較少,約10%~20%,所以常簡稱聚偏二氯乙烯薄膜?! VDC的特點是柔軟而具有極低的透氣、透水性能,可防止異味透過,保鮮、保香性能良好,適于長期保存食品,耐酸、堿、化學藥品及耐油脂性能優(yōu)良,具有良好的熱收縮性,適合做密封包裝,是較好的熱收縮包裝材料。這種薄膜在50℃以上收縮,在100℃有20%~60%的收縮率,只要在熱水中浸泡5秒即可收緊包好。PVDC的缺點是太柔軟,操作性能不良;結晶性強,易開裂穿孔,耐老化性差;其單體也有毒性。因此,用作食品包裝要嚴格檢查質量,目前由于價格較高,應用不廣,主要用作涂布材料或制造復合材料?! VDC常與紙、鋁箔及其他塑料薄膜制成復合材料或PVDC涂布材料。采用溶劑粘合法可得到良好的結合。這些復合材料具有優(yōu)良的防潮、隔氧、密封性能,也易于熱封,適宜于包裝含水食品?! 〔AЪ埻恳訮VDC后,在日本稱為K型玻璃(KT),再與PE復合的薄膜,稱“FOP”,常用于包裝橘汁。此外涂布在尼龍上與PE復合,涂布在聚酯上與KPE復合都是用于包裝飲料的材料。美國MilprintInC生產(chǎn)的涂PVDC玻璃紙/聚乙烯擠出復合層/聚乙烯薄膜的復合材料。用于包裝冰凍含汽飲料?! 【厶妓狨ィ≒C)聚碳酸酯是擁有碳酸酯結構的樹脂的總稱。PC是無色透明,光潔美觀的塑料,外觀很像有機玻璃,3.2mm厚的片材透光率可達89%,折射率1.5869。由于PC無毒、無異味,阻止紫外線透過性能及防潮保香性能好,透氣透濕率低,耐溫范圍廣,在-180℃下不脆裂,在130℃環(huán)境下可長期使用,所以是一種理想的食品包裝材料。 利用PC耐沖擊、容易成型的特點,制造成瓶、罐及各種形態(tài)的容器,用于包裝飲料、酒類、牛奶等流體物質。PC最大缺點是產(chǎn)生應力開裂。生產(chǎn)中除了選用高純度原料,嚴格控制各種加工條件外,采用內應力小的樹脂改性,如少量的聚烯烴、尼龍、聚酯等熔融共混,可顯著改進抗應力開裂性、抗水性。
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