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中国塑协BOPET专委会主办
塑料包装应用现状及热点方向
发布日期:2015-03-11 阅读次数:525随着人们生活水平不断提高,未来的被包装物尤其是多种多样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。与此同时,大量一次性塑料包装材料使用后被废弃,容易造成白色污染,处理不当还会造成对空气、水等环境的破坏,因此对塑料包装材料的开发应用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。科学技术的发展致使塑料包装材料正向高性能、多功能、绿色环保等方向发展。
高性能、多功能性塑料包装材料
高性能、多功能性塑料包装材料正成为热点开发的包装材料,并有许多品种投入了工业化生产,包括高阻隔性、选择透过性、耐热性以及能再封、易开封性等塑料包装材料,其中以高阻隔性、选择透过性和耐热包装材料发展更为迅速。
高阻隔性塑料包装材料
高阻隔性塑料包装材料是随着食品工业发展起来的,它对食品起到了保质、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,虽要求其具备多种性能,但重要的一点是都须具备良好的阻隔性。典型的高阻隔性塑料材料及其加工方法有如下六种:
1. 聚偏氯乙烯类材料(PVDC)
PVDC常作为复合材料或单体薄膜材料及共挤薄膜片,是目前大量使用的高阻隔性包装材料。其中PVDC涂覆包装容器的使用值得推介。
PVDC涂覆薄膜或容器是使用聚丙烯(OPP)、聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)等作为基材的,它克服了单纯PVDC材料加工不便、废弃物的含氯量高,燃烧处理污染环境的缺点,而其制品阻隔性与PVDC接近。
2. 尼龙类包装材料
尼龙类包装材料通常使用的是尼龙-6,但是气密性不理想。有一种从间二甲基胺和已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,主要被用于阻隔性要求很高的食品软包装,材料的卫生性也得到FDA的许可。它作为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尼龙的使用量很大。
3.乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)
EVOH最突出的特性就是能提供对O2、CO2或N2等气体的高阻隔性,使其在包装中能充分提高保香和保质作用。由于EVOH分子中存在较多的羟基,因而材料亲水和吸湿。当相对湿度大于80%时,其气体透过性会大大增加,这时可将EVOH薄膜与高阻湿性树脂(如聚烯烃材料)复合,则能使EVOH仍保持最高的阻隔性。
EVOH具有非常好的耐油性和耐有机溶剂能力,将EVOH在20℃下浸泡于一般溶剂中一年,增重为零;在乙醇中增重2.3%;在沙拉油中增重为0.1%。EVOH还有非常好的保香性能。它的这些性质使它被优先选做油性食品、食用油等要求高阻隔性能的食品包装材料。EVOH树脂与聚烯烃、尼龙等其它树脂共挤制得的薄膜以及瓶类容器还用于畜产品、医药品、农药等产品的包装。
4. 无机氧化物镀覆薄膜
作为高阻隔性的包装材料被广泛应用的PVDC,由于其废弃物在燃烧处理时会产生HC1而导致环境污染问题,现有被其它包装材料替代的趋势。如用类似真空镀铝的方法,在塑料薄膜表面蒸镀Si0x,被镀薄膜基本也为PET、BOPP、PA等。Si0x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。
5. 塑料包装容器涂无定形碳
这种方法主要用于提高塑料包装瓶的阻隔性。用等离子处理的方法对PET瓶进行处理,可在瓶内涂上厚度为0.1μm高度氢化的无定型碳,从而使瓶体对O2的阻隔性提高30倍,对CO2气体的阻隔性提高7倍。用处理后的PET涂层瓶盛装啤酒,经过6个月CO2气体损失率仅为6%,啤酒口感与玻璃瓶包装的口味无差别。
6. 化学处理改性
表面化学处理是指在塑料制品表面进行化学反应,改变其表面化学性质,通过提高其表面极性等而达到提高阻隔性的目的。表面化学处理的化学反应主要包括磺化、氯磺化、氟化、等离子体处理及渗氮等。如以稀薄的氟气作为吹塑气体进行吹塑,或在产品上用含氟物质进行处理,都可在制品内表面形成一层氟碳层(氟化烃),从而改变了聚烯烃容器的表面极性和表面张力,降低了小分子气体的扩散作用,从而提高其阻隔性。
新型保鲜薄膜
保鲜薄膜技术就是通过微孔或改进薄膜配方结构、改良包装袋内的气调环境(氛围)以及使用除氧剂与选择性透过薄膜组合的方法,来包装瓜果蔬菜,能缓慢地吸收从果蔬表面发出的水分、二氧化碳、乙烯等气体,从而使果蔬的呼吸作用减慢,达到较长时间保鲜目的。作为这一类果蔬包装材料要求其具有选择透过性的功能,即根据包装内容物的要求,仅仅允许需要的(或不需要的)气体分子通过,建立一个适宜的气调环境。这类选择透过性包装材料已进入实用化阶段,主要有添加溶解气体物质的薄膜,添加多孔沸石或氧化硅等粉末的薄膜、用γ射线照射使薄膜性质发生变化以及利用扩散系数对含水率的依存性、引入含有羟基基团和酰胺基基团的薄膜等。此外还可以在薄膜中加入一些抗菌剂和防腐剂,来抑制细菌和霉菌的生长繁殖。
硅窗气调保鲜容器是在塑料薄膜袋或箱盒上挖孔,装上合适面积的硅橡胶薄膜。硅橡胶薄膜对氧气、二氧化碳和氮气有选择性的渗透,这种硅窗气调保鲜容器在水果贮藏上取得了良好的效果。应用它在一定的贮藏条件下,确定好适宜的硅窗面积,封闭一定时间后,即可将包装内的氧气和二氧化碳的浓度自动调节在自动需要的水平。一般贮藏1000千克苹果的大帐,设硅窗面积0.6m2,可使氧气和二氧化碳维持在适宜水平,呼吸作用产生的过多二氧化碳可通过硅窗排出,袋帐内氧气不足时,可由硅窗透入。硅窗气调技术的关键是选用硅窗膜,确定硅窗面积和适合的贮藏量及贮藏的温度。
无菌和抗菌塑料包装材料
无菌包装可以在无菌条件下,不用添加防腐剂、在常温下就能最大限度地保留食品原有的营养成分和风味,可延长货架寿命,方便运输和贮存,主要应用于食品、调味品、医药及化妆品等领域。所使用的包装材料为纸、塑、铝多层复合纸板、铝塑复合膜,含高阻隔性塑料的多层共挤无菌包装片材等。
抗菌性包装材料则是对塑料包装材料赋予一定的抗菌性能,现在已开发了以含银离子为无机抗菌剂的全新型母料,银离子具有显著的抗菌作用,其特点为抗菌效果持续时间长,不会因挥发和迁移而对被包装物产生影响,加工稳定性高,不会污染环境。用添加的含银离子的母料(含量1∼3%)制得的薄膜或表面复合一层这种薄膜的容器,经试用表明,在无营养源的情况下,含1%银离子母料的薄膜能在1∼2天内完全杀死会引起食品中毒的菌类,可广泛用于熟食肉类、水产品和液体食品包装。另外还有人正在开发从某些植物中的提取物作为抗菌剂的薄膜,这类抗菌膜主要用于新摘蔬菜及水果等包装。
高耐热性塑料包装材料
耐热性塑料包装材料以前多为耐蒸煮杀菌用,满足耐蒸煮杀菌的包装要求在120℃、10∼20分钟蒸煮杀菌或加热的情况下,外观形状、品质均无明显的变化,包装食品在贮存过程中不产生容器破损、内容物泄漏、微生物二次污染以及因光和热使内容物变质等情况。基本是以具有遮光性的铝箔为中间层、高阻隔性塑料PA、PET为外层,具有热封性的PE、PP为内层的多层复合蒸煮膜制成的蒸煮袋使用的最多。一些新型的含高阻隔性材料的EVOH、PVDC、MXD6、硅氧化物蒸镀膜等的多层复合材料也日见使用。
当前,市场对适用于电磁炉、微波炉使用的包装容器的需求也越来越大。电磁灶、微波炉对包装材料的要求是在高温下使用不显著变形、破损、内容物(添加剂)不挥发,尤其是微波炉的加热特性,不允许包装材料中含有金属材料,这样就限制了以铝箔为中间层的蒸煮袋的使用。所以,现在多使用以PP、无机物填充PP的多层复合材料及结晶聚酯(CPET)片材制得的包装容器。耐更高温度的新型耐热包装材料如聚砜薄膜、聚醚酰亚胺、聚4-甲基戊烯(TPX)/纸板等材料也得到的开发,它们都能够耐180℃以上的温度,能够满足电磁灶、微波炉对包装材料的要求。
选择透过性及其它特殊功能性包装材料
其它具有特殊功能性包装材料包括有吸湿、脱臭、除味、抗静电、防锈、阻隔紫外线,释放或吸附挥发性气体、以及方便性(易开封、易再封)及可食性等材料。如在PE、PP中加入铁、抗坏血酸等化合物或活性炭、沸石等制得的塑料包装容器,具有可除氨气、硫醇、硫化氢、二甲胺等恶臭的效果,适用于包装具特殊气味的农副产品、水产品、生鲜食品等,不会串味,也适用于垃圾袋等。
纳米复合包装材料
纳米技术是近年来兴起的一门新的科学技术,研究最多的纳米复合包装材料是聚合物基纳米复合材料(PNMC)。常用的聚合物有PA、PP、PVC、PET等,纳米复合塑料包装材料的可塑性、耐磨性、硬度、强度都有明显的提高和增强。
绿色环保塑料包装材料
绿色包装,一般指的是在设计、生产、使用、流通及废弃物回收与处理的全过程中,能够保障人身健康与安全,合理利用资源与能源,不危害生态环境的包装。中国绿色包装产品的发展还存在一定的误区,绿色包装常常被理解为包装产品的绿色化,并将可降解材料制成的包装产品视为绿色包装产品,而忽视生产过程中产生的环境污染和资源浪费,忽视包装产品对人体健康产生的影响及包装材料的再利用。事实上,一种包装材料是否“绿色”,要从产品的整个生命周期看其对环境所产生的影响。目前,即使在严格推行绿色包装的发达国家,塑料也是增长最迅速的包装材料,减轻塑料对环境影响的主要措施是加强回收利用,而非全面禁止。
基于上述原则,在选材上,不用或少用含有对人体或废弃焚烧后产生对环境有害的聚合物,如含氯树脂;提倡选用单一品种的聚合物或可分离可共存的材料制造包装容器,以方便其回收树脂再利用;在满足包装功能的前提下,选材应尽量减少垃圾的产生量,以薄膜为例其趋势是包装薄膜的轻量化,其关键技术是采用具有超韧性、能加工较薄且较易加工的新型原料如双峰HDPE树脂、茂金属催化剂的聚烯烃以及其它优秀的阻隔性包材等;可食性包装膜是以天然可食性物质(如多糖、蛋白质等)为原料,通过不同分子间相互作用而形成的具有多孔网络结构的薄膜。如壳聚糖可食性包装膜、玉米蛋白质包装膜、改性纤维素可食性包装膜及复合型可食包装膜等,可食性薄膜可应用于各种即食性食品的内包装,在食品行业应具有巨大的市场;使用可降解包装薄膜,如光降解、光氧生物降解、高淀粉含量型生物降解、高碳酸钙填充型光氧降解、全生物降解以及水溶性塑料包装薄膜等,以解决废弃、不易降解的包装材料回收难度大,埋入地下会破坏土壤结构,焚烧处理又会产生有毒气体造成空气污染的矛盾。
此外,政府在产品包装设计、包装废弃物回收处理的政策法规方面调控力度不够。根据国外发达国家的成功经验,只要我们坚持5R1D的原则,即在保证包装功能的前提下,尽量减少包装材料的使用总用量(reduce)、尽可能进行包装物的重复使用(reuse)、对使用过的包装进行统一回收(recycle)、对包装废弃物尽可能再生循环或者再生为有用材料(recover)、拒绝使用无环保观念产品(refuse)、发展应用可降解塑料(degradable),真正做好宣传工作,健全相关法规,加强执法力度,通过建立、完善废弃包装物回收利用网络,落实发展、利用可降解塑料等综合措施,一定能够把废弃塑料包装材料对环境的危害减至最小。
总之,目前国内外新开发的塑料包装容器都朝着高性能、无毒无害、绿色环保、物美价廉、方便使用的方向发展。