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食品包裝高分子材料技術(shù)進(jìn)步與升級(jí)

2021-04-20 02:18:58高達(dá)利張師軍
中國(guó)塑料 2021年3期
關(guān)鍵詞:阻隔性食品包裝包裝材料

徐 萌,高達(dá)利,張師軍*

(中國(guó)石油化工股份有限公司北京化工研究院,北京100013)

0 前言

隨著食品行業(yè)的發(fā)展和生活水平的提高,人們的消費(fèi)理念升級(jí)換代,對(duì)食品包裝材料不斷提出新的要求。材料的性能需要能同時(shí)滿足力學(xué)性能、熱封性能、阻隔性、防潮性、耐熱性、保香性、印刷性等多種要求[1],材料的功能也向無(wú)菌化、智能化、個(gè)性化等方向發(fā)展。傳統(tǒng)的食品包裝主要涉及聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚酯(PET)等高分子材料,有高阻隔要求的情況下還需要使用聚酰胺(PA)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)和聚偏氯乙烯(PVDC)等材料[2]。近年來(lái)還出現(xiàn)了聚乳酸(PLA)、聚乙烯醇(PVA)、淀粉基材料等可降解高分子材料包裝。本文從材料和加工方法的角度對(duì)不同食品包裝材料的性能和用途進(jìn)行了分析,并對(duì)食品包裝高分子材料技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

1 常用的包裝高分子材料性能及優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 PE薄膜

PE是目前生鮮包裝中用量最大的高分子材料,PE有很強(qiáng)的阻濕性能,有助于食品的水分保持。PE 薄膜的傳統(tǒng)加工方法一般有流延法、管膜法和單向拉伸法3種[3]。

近年來(lái),隨著加工技術(shù)和原料制備技術(shù)的進(jìn)步,出現(xiàn)了雙向拉伸聚乙烯(BOPE)薄膜。普通的PE原料無(wú)法適應(yīng)高速高倍率的雙向拉伸過(guò)程,會(huì)出現(xiàn)鑄片翹曲、破膜、魚(yú)皮紋等問(wèn)題[4],為了解決BOPE 原料和薄膜的制備問(wèn)題,日本三井公司[5]和美國(guó)DOW 公司[6]相繼開(kāi)發(fā)出了BOPE 專(zhuān)用樹(shù)脂。國(guó)內(nèi)由中石化北京化工研究院通過(guò)高分子凝聚態(tài)研究和分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),首次開(kāi)發(fā)出了非茂催化劑BOPE 樹(shù)脂[7-8],進(jìn)一步提高了BOPE原料的加工性能。經(jīng)過(guò)高倍率雙向拉伸后,BOPE 的分子鏈發(fā)生取向[9],薄膜的結(jié)晶度大大提高[10-11],從而賦予BOPE 薄膜優(yōu)秀的拉伸強(qiáng)度、光學(xué)性能、抗穿刺和耐低溫等性能。

相對(duì)于PE吹塑薄膜,BOPE薄膜的耐穿刺性能可提高2~5倍,拉伸強(qiáng)度可提高2~10倍,霧度降低30%~85%。不同方法制備的PE薄膜性能對(duì)比如表1,可以看到25 μm 厚的BOPE 薄膜性能可達(dá)到或超過(guò)105 μm 的吹塑PE 薄膜,在復(fù)合包裝袋中使用BOPE 薄膜可減重20%~50%,目前BOPE 薄膜已被應(yīng)用在大米真空包裝、速凍食品包裝和飲料透明軟包裝等領(lǐng)域。

在彩印復(fù)合包裝領(lǐng)域,由于對(duì)薄膜有了環(huán)保、高透高光澤等新的要求,流延聚乙烯(CPE)包裝薄膜開(kāi)始逐步取代PE 吹膜包裝[12]。流延法生產(chǎn)過(guò)程中,PE 熔體能夠得到快速冷卻,形成的球晶尺寸更小,且生產(chǎn)過(guò)程中拉伸程度較低。比起PE吹塑薄膜,CPE的厚度均勻性好,光學(xué)性能優(yōu),熱封強(qiáng)度、抗沖擊性能、耐沖擊性能都更為優(yōu)異。2017年中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化開(kāi)發(fā)出CPE包裝膜專(zhuān)用料,進(jìn)一步提高了CPE薄膜的性能,解決了CPE薄膜端面變色,外觀瑕疵等問(wèn)題[13]。

通過(guò)將BOPE 薄膜和CPE 薄膜復(fù)合使用,可以制備材質(zhì)一體化包裝材料,BOPE層可提供高拉伸強(qiáng)度和耐穿刺性能,CPE 層提供良好的熱封強(qiáng)度,并可降低成本。該包裝材料可完全被回收利用,二次制備薄膜或其他制品。目前陶氏、??松梨诤椭惺却笮推髽I(yè)都已推出此類(lèi)包裝產(chǎn)品,主要可用于食品軟包裝袋。

表1 不同PE薄膜的性能Tab.1 Properties of different PE films

1.2 PP薄膜

PP 也是比較早應(yīng)用在包裝領(lǐng)域的高分子材料之一,PP薄膜有著較好的阻濕性、透明度、光澤度、尺寸穩(wěn)定性、強(qiáng)度和良好的加工性能[14]。相對(duì)PE 材料來(lái)說(shuō),PP有著更高的熔點(diǎn),耐熱性更加優(yōu)秀,因此常常被用于蒸煮包裝和微波加熱包裝等領(lǐng)域。而且PP材料有著很好的形變回復(fù)能力和耐揉搓性能,作為包裝材料不易變形破損,揉搓后也依然能保持良好的阻隔性能。

與PE 薄膜類(lèi)似,制造方法和生產(chǎn)工藝同樣會(huì)對(duì)PP 薄膜的性能產(chǎn)生很大影響[15]。PP 薄膜主要采用流延或雙向拉伸的方法來(lái)制備,薄膜加工過(guò)程中,PP 分子鏈會(huì)發(fā)生流動(dòng)和拉伸取向,導(dǎo)致結(jié)晶性能和結(jié)晶形態(tài)發(fā)生變化,如流延聚丙烯(CPP)中會(huì)產(chǎn)生大量介晶形態(tài)[16-17],雙向拉伸聚丙烯(BOPP)中常常出現(xiàn)串晶和纖維晶等結(jié)構(gòu)[15],結(jié)晶形態(tài)的變化又極大地影響了PP薄膜的性能。

也可以通過(guò)添加助劑的方法來(lái)改變PP 薄膜的結(jié)構(gòu)和性能[18],如通過(guò)添加α型成核劑來(lái)提高薄膜的剛性和挺度[19-20],通過(guò)添加透明成核劑提高薄膜的光學(xué)性能[21],也可通過(guò)添加β 晶型成核劑來(lái)提高薄膜的韌性和耐熱性[22]。將CPP 薄膜應(yīng)用于糖果扭結(jié)包裝時(shí),PP材料良好的形變回復(fù)能力會(huì)導(dǎo)致包裝失效,因此通常需要加入扭結(jié)助劑來(lái)降低PP 的回彈性,配合扭結(jié)專(zhuān)用料使用來(lái)提高CPP 薄膜的扭結(jié)保持性,這種包裝形式兼具韌性和挺度,常用于高檔糖果、巧克力和零食等的包裝[23]。

表2 為CPP 和BOPP 薄膜的性能。可以看到,同樣用均聚PP 制備的樣品中,BOPP 的模量和拉伸強(qiáng)度均高于CPP 薄膜,但通過(guò)添加助劑也可以大幅提高CPP 薄膜的性能。BOPP 在拉伸過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)晶,結(jié)晶度高于CPP薄膜,因此通常具有較好的阻隔性能,因此也可將BOPP 和CPP 復(fù)合后做為食品包裝使用。研究表明[24],復(fù)合包裝具有較好的氧氣阻隔性和水蒸氣阻隔性,而且經(jīng)過(guò)揉搓后,阻隔性降低不超過(guò)3%[25],有利于延長(zhǎng)食品的貨架期。

表2 不同PP薄膜的性能[26]Tab.2 Properties of different PP films[26]

1.3 PA薄膜

雙向拉伸聚酰胺薄膜(BOPA)是綜合性能很好的包裝材料。比較BOPA、BOPET、BOPP和BOPE幾種薄膜,BOPA的阻隔性和耐穿刺性能均為最佳。BOPA還具有優(yōu)秀的耐熱和低溫性能,使用溫度可由-60~150 ℃。而且PA 分子鏈上存在酰胺基團(tuán),有利于進(jìn)行涂敷、金屬化和復(fù)合工藝。BOPA 薄膜主要用于冷凍、蒸煮和真空袋等食品包裝領(lǐng)域,主要也是依賴(lài)其良好的保鮮保香性能和低溫抗沖擊耐穿刺性能。BOPA 最大的問(wèn)題是易吸水導(dǎo)致穩(wěn)定性差,因此通常需與其他薄膜復(fù)合使用。

從BOPA 薄膜的生產(chǎn)技術(shù)來(lái)看,最新一代的BOPA 薄膜制備技術(shù)是磁懸浮線性電機(jī)同步拉伸技術(shù)(LISIM 技術(shù)),由德國(guó)布魯克納公司開(kāi)發(fā),進(jìn)一步提高了BOPA 薄膜的性能穩(wěn)定性和均衡性,目前國(guó)內(nèi)僅廈門(mén)長(zhǎng)塑實(shí)業(yè)集團(tuán)擁有LISIM 生產(chǎn)技術(shù)[27]。傳統(tǒng)的BOPA 一般用“平膜法”或“管膜法”制備,“平膜法”又可以分為同步拉伸法和分步拉伸法。兩種方法各有利弊,同步法BOPA 表面均衡性好,但強(qiáng)度和生產(chǎn)效率偏低,分步法過(guò)程中BOPA容易出現(xiàn)弓形效應(yīng)[28]。

表3 為不同生產(chǎn)工藝和功能的BOPA 薄膜性能??梢钥吹絃ISIM 技術(shù)生產(chǎn)的BOPA性能要優(yōu)于機(jī)械同步拉伸技術(shù),既具有良好的穩(wěn)定性和均勻性,又可以滿足12色套印要求,彌補(bǔ)了同步法和分步法工藝的問(wèn)題。因此可以應(yīng)用在對(duì)貨架期、包裝色彩要求較高的食品包裝領(lǐng)域。

表3 不同牌號(hào)BOPA薄膜的性能Tab.3 Properties of different BOPA films

除了工藝的調(diào)整,還可以通過(guò)添加助劑等方法制備功能性BOPA 薄膜,如表3 中列出的TSA 型易撕BOPA 薄膜和MATT 型消光BOPA 薄膜。TSA/PE復(fù)合包裝袋在凸顯BOPA 薄膜優(yōu)異的力學(xué)性能的同時(shí),還具有優(yōu)異的直線撕裂性能,可沿切口方向整齊呈直線撕開(kāi)[29],適用于零食、熟食等的易撕包裝。將BOPA 和EVOH 共擠后進(jìn)行同步雙向拉伸還可以制備高阻隔型復(fù)合薄膜,EHAp 型高阻隔薄膜的氧氣透過(guò)率僅為1.92×10-5cm3/(m2·24 h·Pa),更適合對(duì)保香保鮮性要求高的場(chǎng)合。

1.4 PET薄膜

PET 最初通過(guò)瓶類(lèi)包裝形式被引入了食品包裝行業(yè),在碳酸軟飲料、啤酒等包裝方面大獲成功,后期隨著加工技術(shù)的發(fā)展,開(kāi)始采用流延法、吹塑法和平膜法雙向拉伸法制備PET 薄膜,并應(yīng)用于包裝行業(yè)。其中雙向拉伸法制備的BOPET薄膜性能最為優(yōu)異,應(yīng)用最為廣泛。BOPET 薄膜的拉伸強(qiáng)度和氣體油脂阻隔性最為突出,除此外還具有光學(xué)性能好、耐高低溫性能好、耐油性好等優(yōu)點(diǎn)[30]。BOPET 廣泛用于食品包裝,特別是便攜式包裝,如奶粉、咖啡、茶葉、餅干和糖果等,也可用與PP和PE等材料復(fù)合制作蒸煮袋等[31]。

BOPET 薄膜的特點(diǎn)是結(jié)晶情況受加工工藝的影響很大,拉伸速率、熱處理溫度等都會(huì)對(duì)晶體取向、尺寸和結(jié)晶度造成影響,從而影響薄膜的模量、拉伸性能和耐溫性能[32]。PET薄膜的性能也會(huì)受到濕熱條件的影響,表4為PET 薄膜在不同放置條件下的性能變化,可以看到在低溫干燥的條件下,BOPET 薄膜的拉伸強(qiáng)度提高,但同時(shí)收縮率也會(huì)增大[33]。將BOPET薄膜用于包裝時(shí),需要對(duì)使用環(huán)境加以注意。

表4 不同放置條件下BOPET薄膜的性能[33]Tab.3 Properties of BOPET films under different storage conditions[33]

隨著很多國(guó)家和地區(qū)制定了環(huán)保法規(guī),聚氯乙烯(PVC)等材料逐漸被禁止使用于食品包裝領(lǐng)域,PET薄膜也在一些領(lǐng)域替代了PVC 材料,如同CPP 一樣,BOPET 也可用于糖果和小食品的扭結(jié)包裝,BOPET相對(duì)挺度更好,而且油墨黏附力、印刷效果更好。PET還可以替代PVA 應(yīng)用于熱收縮膜,可以應(yīng)用于飲料瓶外用標(biāo)簽,為了提高PET的熱封性能,近年來(lái)也出現(xiàn)了熱封PET薄膜[34]。

PET 雖然具有很多優(yōu)點(diǎn),但在使用過(guò)程中需要注意,由于PET合成的縮聚反應(yīng)過(guò)程中所用的催化劑、穩(wěn)定劑等助劑,以及反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物乙醛均具有一定毒性,而且存在遷移風(fēng)險(xiǎn),歐盟、美國(guó)、中國(guó)、日本等均針對(duì)PET制定了一系列的衛(wèi)生安全相關(guān)法規(guī)。

2 復(fù)合包裝材料用途及性能

單一材料已無(wú)法滿足越來(lái)越高的食品包裝要求,因此復(fù)合包裝材料在食品包裝行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。從材料來(lái)看,復(fù)合包裝的內(nèi)層材料通常為PP、PE、軟質(zhì)PVC等,安全性較高,并能為復(fù)合包裝提供良好的熱封性;外層材料通常為PET、玻璃紙等,具有較好的耐熱性和尺寸穩(wěn)定性。高檔包裝還需要含有功能層材料,如PA、EVOH、PVA 和鋁箔等,起到提高阻隔性、耐沖擊性和強(qiáng)度等作用。

2.1 高阻隔化

對(duì)于食品包裝來(lái)說(shuō),阻隔性是非常重要的指標(biāo),有利于延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期、新鮮度,保持食品的風(fēng)味。包裝材料既要阻止包裝內(nèi)容物向外界的滲透,同樣也要阻止外界環(huán)境物質(zhì)向包裝內(nèi)部滲透。整個(gè)滲透的過(guò)程如圖1所示,主要包括吸附、溶解、擴(kuò)散、解吸,滲透會(huì)由高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)發(fā)生。滲透速度越慢,說(shuō)明材料的阻隔性能越好。對(duì)于阻隔包裝來(lái)說(shuō),需要阻隔的對(duì)象主要有氣體(包括O2、CO2和N2等)、水蒸氣、液體和有機(jī)物(如油脂類(lèi))。

圖1 滲透過(guò)程示意圖Fig.1 Schematic diagram of infiltration process

不同的食品對(duì)于包裝材料的阻隔性和阻隔對(duì)象不同。如碳酸飲料和酒類(lèi)需要阻隔CO2性能好,充氮食品包裝需要良好的N2阻隔性能,而膨化食品包裝的水蒸氣阻隔性能要求高。其中肉品包裝對(duì)包裝材料要求很高,不但要求氧氣透過(guò)率低,還要對(duì)CO2和N2有阻隔作用[35]。單層包裝一般不能滿足肉類(lèi)包裝要求,需要采用高阻隔性的多層復(fù)合膜[36],從阻擋微生物、氣調(diào)、降低環(huán)境溫度等多角度來(lái)達(dá)到肉品保鮮的目的。

阻隔性與高分子材料的種類(lèi)有關(guān),而不同高分子材料對(duì)于不同滲透對(duì)象的阻隔性也不同。一般來(lái)說(shuō)極性高的聚合物由于內(nèi)聚能密度大,因此氣體較難在此類(lèi)材料中擴(kuò)散。許娜等比較了不同食品包裝膜的阻隔性能,發(fā)現(xiàn)在同等厚度下,氧氣透過(guò)率由大到小為PE>BOPP>PET>PA,水蒸氣透過(guò)率由大到小為PA>PE>PET>BOPP[37]。從表5 也可以看出,BOPVA、EVOH 和特種聚酰胺產(chǎn)品MXD-6 等極性較強(qiáng)的高分子材料氧氣阻隔性能最佳,氧氣透過(guò)率低于4.5 cm3/(m2·24 h·0.1 MPa),BOPA 和PLA 也有很好的氧氣阻隔性。在這些高阻氧材料中,PVA 和EVOH 在一定程度上受到加工方法的限制[38],通常只作為阻隔層來(lái)使用。BOPA 也具有很好的阻隔性能,且相對(duì)上述幾種材料成本較低,而且BOPA 作為復(fù)合膜層中的一層時(shí),不只能夠提供阻隔性,還能提高復(fù)合膜整體的拉伸強(qiáng)度、抗穿刺和抗沖擊性能,從綜合性能來(lái)看較為優(yōu)越。

表5 不同高分子材料薄膜的氧氣透過(guò)率Tab.5 Oxygen permeability of different polymer films

對(duì)于同樣的材料,不同的取向度、結(jié)晶度和結(jié)晶形態(tài)也同樣會(huì)對(duì)阻隔性造成影響。通常來(lái)說(shuō)取向度越高,材料的阻隔性也越好。而且高分子中的晶區(qū)的阻隔性能通常要高于無(wú)定形區(qū)域,對(duì)于PP 和PE 等材料,通過(guò)雙向或單向拉伸的方法,提高取向度和結(jié)晶度的同時(shí),阻隔性能也會(huì)同時(shí)得到提高。

阻隔性能同樣會(huì)受到濕熱的影響,雖然極性高分子材料在干燥環(huán)境下阻氧效果很好,但由于此類(lèi)高分子中存在大量極性基團(tuán),一般對(duì)液體和水蒸氣的阻隔性較差,PA、PVA 等高分子中存在的氫鍵也極易受到水的影響,導(dǎo)致分子鏈活動(dòng)性提高,自由體積增大,氣體滲透速度變快,阻隔性能變差。而反而PP 和PE 等氣體阻隔性較差的非極性材料,對(duì)液體和水蒸氣的阻隔性很好。

由上所述,阻隔性能受到很多因素的制約,因此為了提高包裝材料的全面阻隔性能,需要將不同類(lèi)型的高分子材料復(fù)合使用。高欣等[39]研究了包裝材料對(duì)醬牛肉品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)使用單層PE 或PP 包裝袋,食品感官特性、理化性能下降快,菌落總數(shù)上升較快。梁麗敏等[40]研究了不同的復(fù)合包裝材料的抑制廣式臘肉脂肪氧化作用,發(fā)現(xiàn)含有高阻隔層的PA/PE 和PET/AL/PA/PE 包裝袋,比不含阻隔層的PET/PE 材料抑制臘肉過(guò)氧化值的效果好。李肖嬋等[41]研究了復(fù)合包裝材料對(duì)即食小龍蝦品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)PA/PE/RCP復(fù)合袋能夠較好的保持食品品質(zhì),且相對(duì)鋁箔復(fù)合包裝袋有著成本和消費(fèi)者選擇優(yōu)勢(shì)。而且隨著加工技術(shù)的提高,復(fù)合材料也從開(kāi)始的2~3層材料,發(fā)展到現(xiàn)在的5~7層材料,復(fù)合方式也由開(kāi)始的離線復(fù)合,發(fā)展為現(xiàn)在的在線復(fù)合、共擠出制備等。隨著材料和加工技術(shù)的進(jìn)步,食品包裝也將不斷革新?lián)Q代。

2.2 減重化

食品包裝材料的另一大發(fā)展趨勢(shì)是減重化和減薄化發(fā)展,減薄一定厚度并不會(huì)對(duì)薄膜的力學(xué)、光學(xué)和阻隔性能造成太大影響,還能夠減少塑料垃圾的產(chǎn)生,降低使用和運(yùn)輸成本,符合輕量化、綠色化的國(guó)際趨勢(shì)[47]。減薄可以通過(guò)在性能允許的情況下降低薄膜層厚來(lái)實(shí)現(xiàn),也可以通過(guò)采用更高性能的薄膜替代來(lái)實(shí)現(xiàn)。Borchardt 等[48]制備了多層復(fù)合包裝袋,各層強(qiáng)度逐漸遞進(jìn),并通過(guò)使粘合層的粘合強(qiáng)度低于所粘合層中最弱的抗撕裂強(qiáng)度的方法,來(lái)調(diào)控強(qiáng)度的增加水平,從而實(shí)現(xiàn)多層膜強(qiáng)度的大幅提升,在保證強(qiáng)度的同時(shí)也可以對(duì)薄膜進(jìn)行減薄。

表6中為不同類(lèi)型PE薄膜與BOPA復(fù)合薄膜的性能,結(jié)果表明采用更低厚度的BOPE薄膜來(lái)替代傳統(tǒng)吹塑PE薄膜(IPE)后,拉伸性能和耐穿刺性能反而大幅提高。高分子材料在經(jīng)過(guò)高倍拉伸和取向后,性能會(huì)得到很大的提升,研究表明,在高度拉伸的條件下,高密度聚乙烯(PE-HD)的彈性模量可以提高到27 GPa,拉伸強(qiáng)度能夠提高到800 MPa,光學(xué)性能也能得到很大改善[49]。

于此同時(shí),由于PA膜層沒(méi)有變化,整體薄膜依然有極佳的阻隔性能。而且不只是傳統(tǒng)的高阻隔材料,高度取向和高度結(jié)晶的聚烯烴材料也會(huì)具有很好的氧氣、二氧化碳和水蒸氣阻隔性,這是因?yàn)槿∠蚝徒Y(jié)晶后,大分子鏈緊密排列,從而提高材料阻隔性[50]。由于BOPE薄膜比起其他PE 薄膜來(lái)說(shuō)有著更高的取向度和結(jié)晶度,因此在減薄的同時(shí)還有助于阻隔性能的提升。

表6 復(fù)合薄膜性能Tab.6 Properties of multi-layer films

2.3 綠色化

包裝材料的用量連年增長(zhǎng),使用范圍越來(lái)越廣,給生活和生產(chǎn)帶來(lái)了極大的便捷,但同時(shí)廢棄包裝材料也帶來(lái)了越來(lái)越多的問(wèn)題。復(fù)合包裝材料由于各層材質(zhì)不同很難得到有效的回收利用,一般只能焚燒或掩埋處理,掩埋處理方式導(dǎo)致土壤環(huán)境惡化,焚燒處理方法加劇了有害氣體排放,隨意丟棄使土地和海洋受到污染。

采用同類(lèi)材質(zhì)的高分子材料,通過(guò)不同的加工方法賦予各層薄膜不同的性能,再將薄膜復(fù)合在一起,既能得到高性能的薄膜,同材質(zhì)材料也易于回收利用。將高強(qiáng)度高抗穿刺的BOPE 薄膜同熱封性能好成本較低的CPE 薄膜進(jìn)行復(fù)合,制備全PE 復(fù)合包裝(見(jiàn)圖2)。從表7 中可以看出,2 種全PE 復(fù)合包裝的性能均大大優(yōu)于同樣厚度的吹塑PE 薄膜,而且采用水溶性的PVA膠水進(jìn)行粘接,既安全環(huán)保又賦予了包裝膜極佳的阻隔性能[51]。還可以用電子束對(duì)多層PE 薄膜的基底層薄膜進(jìn)行輻照,從而提高易回收包裝薄膜的耐熱性和熱封性能[52]。

圖2 全PE復(fù)合包裝材料Fig.2 All polyethylene multi-layer packaging material

也可以通過(guò)共混和等離子體等技術(shù)來(lái)提升包裝材料的可回收性。研究表明,將聚烯烴與PA 或EVA 共混能夠產(chǎn)生一種微米尺度的分散相,通過(guò)在固態(tài)下對(duì)共混物進(jìn)行雙向拉伸,能夠使分散相的尺度降低至100 nm 以下,同時(shí)帶來(lái)了良好的阻隔性能和光學(xué)性能,由于這種方法只添加了很少量的次要聚合物,此種材料制備的包裝有很好的可回收性[53]。Shin等[54]采用等離子體注入技術(shù)(PSII)改善了線性低密度聚乙烯(PELLD)同殼聚糖等生物基材料間的粘接能力,采用PELLD 和生物基薄膜制成復(fù)合薄膜,從而提高其阻隔性能和易回收性。

表7 全PE復(fù)合包裝薄膜性能Tab.7 Propertiesofallpolyethylenemulti-layerpackagingmaterial

使用可降解包裝材料同樣有利于食品包裝的綠色化,部分可降解包裝通過(guò)添加淀粉、纖維素和降解劑等來(lái)降低材料的穩(wěn)定性,還有一些可降解包裝的材料本身可在水、細(xì)菌或光照條件下自然發(fā)生降解[55]。可降解包裝材料主要包括PLA、淀粉基塑料、聚羥基脂肪酸酯(PHA)和聚已內(nèi)酯(PCL)等[56]。PLA 可用石油或天然氣以外的可再生資源制備,具有良好的生物相容性能,并能在一些堆肥處理?xiàng)l件下快速降解,但是用其制備的薄膜通常韌性和耐沖擊性能差,熱變形溫度偏低,經(jīng)由改性后才可作為包裝使用。采用納米粉末橡膠對(duì)PLA 進(jìn)行改性,可以大大提高PLA 的韌性,并且使其具有均衡的力學(xué)性能[57]。采用一定粒徑的碳酸鈣對(duì)PLA 進(jìn)行改性,同樣能夠提高PLA 的抗沖擊性能[58]。還可以用PLA與玉米淀粉、PBAT等共混,生產(chǎn)韌性和強(qiáng)度較高的可降解薄膜。

3 結(jié)語(yǔ)

不同的高分子材料性質(zhì)不同,實(shí)現(xiàn)的包裝功能也各不相同,必須根據(jù)包裝物品的要求選擇恰當(dāng)?shù)母叻肿硬牧?。為了達(dá)到包裝材料功能化的要求,常常需要將性質(zhì)相差較大的高分子材料制成多層復(fù)合薄膜,食品包裝往往需要較高的保鮮阻隔性能,綜合成本和性能來(lái)看,BOPA 薄膜是阻隔包裝中較為優(yōu)秀的功能層材料,與PE、PP等材料共同使用,可以增強(qiáng)復(fù)合包裝的耐水性能。包裝高分子材料的進(jìn)步是材料本身和加工工藝相輔相成的結(jié)果,材料的進(jìn)步使其能夠適應(yīng)更多樣的加工技術(shù)。如通過(guò)分子調(diào)控技術(shù)制備的聚乙烯原料具備了可以進(jìn)行雙向拉伸的可能,從而促成了BOPE 薄膜包裝材料的誕生。而先進(jìn)加工技術(shù)也在不斷促進(jìn)包裝材料的進(jìn)步,如雙向拉伸技術(shù)能夠提高薄膜的取向度和結(jié)晶度,從而改善薄膜的力學(xué)、光學(xué)、耐穿刺等性能,采用LISIM 技術(shù)生產(chǎn)的BOPA 薄膜具有優(yōu)秀的性能穩(wěn)定性和均衡性。

新材料和新技術(shù)的涌現(xiàn)促進(jìn)了食品包裝材料整體性能的提高和快速發(fā)展,未來(lái)的食品包裝材料將向高阻隔、低重量和綠色化方向發(fā)展,采用復(fù)合技術(shù)能夠提高包裝材料在各種環(huán)境下的阻隔性能,延長(zhǎng)包裝商品的壽命;先進(jìn)加工技術(shù)使得制備更薄、性能更優(yōu)的包裝材料成為可能,實(shí)現(xiàn)包裝材料的減重化,同時(shí)也減少了塑料垃圾的產(chǎn)生;包裝材料也必須考慮到環(huán)境問(wèn)題,同材質(zhì)多層包裝以及其回收、可降解包裝材料的研究必將成為未來(lái)包裝領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。

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