常用塑料包装材料有哪些（塑料包装材料的结构及性能）
常用塑料包装材料有哪些（塑料包装材料的结构及性能）划分树脂类别可从不同的角度进行。如从高聚物分子的主链结构分为碳链树脂和杂链树脂，前者有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等，多数采用加成聚合方法，后者有尼龙、聚酯等，采用缩合聚合方法。从分子的极性则可把树脂分为非极性(或弱极性)和极性，以及分子间有较强相互作用的几类。若按在水中的溶解性分类，则有水溶性树脂和非水溶性树脂，等等。除以上两种主要的合成树脂的方法外，还有开环聚合(如：尼龙6的合成)、聚加成反应(如聚氨酯泡沫塑料的制造)等。加成聚合的方法，按其聚合体系的不同可区分为本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。不同方法得到的树脂在性能方面常有明显的差异，适于不同的用途。b. 缩合聚合低分子缩合反应是种类多、应用广的一类有机反应。双官能团化合物的缩合反应被巧妙地应用于合成高聚物。缩合反应是逐步聚合反应，它和加成聚合的不同在于反应中会逸出缩合反应生成的低分子化合物。尼龙(聚酰胺)和聚酯(如聚
塑料是由树脂并添加一些助剂构成的。同一种树脂由于添加的助剂不同(即所谓不同的配方)，制成的塑料在性能上往往有很大的差别，如大家都比较熟悉的聚氯乙烯(PVC)塑料，就是用聚氯乙烯树脂添加增塑剂、稳定剂等构成的。当增塑剂从8％以下增到40％左右时，它便从硬的塑料变为软的塑料。
① 树脂的合成树脂的合成方法主要有加成聚合法和缩合聚合法。
a. 加成聚合
一般情况下，进行加成聚合而形成高聚物的低分子化合物，多是乙烯的衍生物，统称为乙烯基单体。加成聚合的特点是反应形成的高聚物，其链节结构组成与单体一样，即反应过程中不失去一些小分子，如乙烯聚合为聚乙烯。
加成聚合的方法，按其聚合体系的不同可区分为本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。不同方法得到的树脂在性能方面常有明显的差异，适于不同的用途。
b. 缩合聚合
低分子缩合反应是种类多、应用广的一类有机反应。双官能团化合物的缩合反应被巧妙地应用于合成高聚物。缩合反应是逐步聚合反应，它和加成聚合的不同在于反应中会逸出缩合反应生成的低分子化合物。尼龙(聚酰胺)和聚酯(如聚对苯二甲酸乙二酯)都是用缩合聚合反应的方法合成的树脂。
除以上两种主要的合成树脂的方法外，还有开环聚合(如：尼龙6的合成)、聚加成反应(如聚氨酯泡沫塑料的制造)等。
② 树脂和塑料的类别划分树脂类别可从不同的角度进行。如从高聚物分子的主链结构分为碳链树脂和杂链树脂，前者有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等，多数采用加成聚合方法，后者有尼龙、聚酯等，采用缩合聚合方法。从分子的极性则可把树脂分为非极性(或弱极性)和极性，以及分子间有较强相互作用的几类。若按在水中的溶解性分类，则有水溶性树脂和非水溶性树脂，等等。
划分塑料，更多的是从它的加工行为来划分类别，据此划分为热塑性塑料和热固性塑料。
a. 热塑性塑料
这类塑料以热塑性树脂为基本成分构成。由于热塑性树脂在受热后软化(或熔化)而具有可塑性，冷却后树脂凝固而保持在塑化状态下塑成的形状，这样的过程可反复多次，故称之为热塑性塑料。热塑性树脂一般是线型的高分子化合物，如聚氯乙烯、聚苯乙烯和醋酸纤维，以及尼龙和聚酯等。
b. 热固性塑料
由热固性树脂为基本成分构成的塑料。在加工成型过程中，树脂具有可塑性，但在加工的温度条件下，同时进行反应形成不再软化(或熔化)的树脂，冷却凝固后变成不溶不熔状态，也就是说只能经受一次塑化成型，如酚醛塑料，氨基塑料等均为热固性塑料。
a. 塑料包装材料阻隔性能
塑料的阻隔性是指塑料包装材料或容器防止小分子气体如O2、CO2、N2、水蒸气、香味及其它有机溶剂蒸汽等透过的能力。用于表征塑料阻隔能力大小的指标为透过率，即一定厚度的塑料制品在一定压力、温度和湿度条件下，单位时间和单位面积内透过小分子物质的体积或重量。塑料的透过率越小，说明其阻隔能力越高。
塑料包装材料的阻隔性除了与透过物质的分子大小及物性有关外，还与塑料本身的成分、大分子结构及分子聚集状态等内部结构以及塑料与透过性物质之间的亲和性和相容性等有关。影响塑料包装材料阻隔性能的因素有：
分子极性
比较各种聚合物树脂的分子极性，当结晶度一定时，极性大分子或强极性大分子比非极性大分子或弱极性大分子因分子间结合紧密而使气体在其内部的扩散困难。分子极性越大，其树脂透气率越小，阻气性越好。常用塑料树脂中，PET和PVA为强极性树脂，PA、PVC为极性树脂，PS等为弱极性树脂，PE、PP等为非极性树脂。它们的阻气性随分子极性的提高而提高，如PET和PE对O2的透气率相差十分悬殊。
水蒸气是极性分子，所以水蒸气对极性分子塑料的溶入和扩散速度均大于非极性塑料分子，透湿系数值也较大。高阻隔性材料PET分子极性强，而其透湿系数值大于非极性分子PE，故PE是一种极好的防潮包装材料。
分子结晶性
气体和水蒸气透过结晶性聚合物的扩散能量比非结晶性聚合物高，扩散系数小，故结晶性聚合物表现出较好的阻气性。在其余条件相同的情况下，树脂分子结晶度越高，表现出越好的阻隔性能。
分子定向
塑料薄膜和容器因成型加工时的拉伸作用而使大分子受到不同程度的定向作用。使大分子呈规则分布而排列紧密，阻隔性提高。大分子定向程度越高，其阻隔性越好。尤其是塑料薄膜经过双向拉伸处理后，不仅晶粒尺寸大大降低，而且结晶度也可增高。其原理可解释为拉伸使原来的结晶颗粒破碎而变小；另一方面拉伸使大分子取向增加，大分子排列更加规整有序，从提高结晶度和大分子的排列密度。
分子亲水性
塑料树脂中具有亲水性能的主要是PVA、PA等薄膜。亲水性树脂由于其强的吸水性而使树脂溶胀，分子间距增大而使阻隔性下降。通常，亲水性树脂的水蒸气扩散系数不是常数，它随水蒸气的浓度增大而增大，从而导致透湿系数的改变。非亲水性聚合物的透湿性几乎不受环境湿度的影响。
环境温度与塑料树脂的阻隔性关系
温度对塑料树脂的分子结构有影响，温度升高将使树脂的结晶度、定向度降低，分子间距拉大，密度降低，这都使塑料薄膜的阻隔性降低。
一般塑料薄膜的气体透过率均按指数规律随温度的变化而增减。相比而言，PVDC的阻气性随温度的影响较小些，铝箔受温度的影响更小些，故一般选择这两种软包装膜作高温蒸煮袋。超高阻隔性的二氧化硅镀膜塑料薄膜，其阻隔性受温度的影响更小。二氧化硅镀膜复合材料经高温蒸煮后透氧性变化很小，而铝箔和PVDC复合膜高温蒸煮时的透氧性变化相对较大。
实际应用中，EVOH、PVDC共聚物、PAN共聚物、PA类、PEN、PET等几种材料常作为阻隔性材料，其中EVOH、PVDC、PAN共聚物和芳香尼龙MXD6为高阻隔材料，而PA类、PET为中等阻隔性材料。EVOH、PVDC、PEN、PAN虽阻隔性十分优异，但或因加工性不好，或价格较高，或性能不全面，一般不单独使用，常用于共混、复合及涂层改性。
b. 塑料包装材料力学性能
热塑性塑料的应力-应变曲线
热塑性塑料的力学行为通常采用试验的方法进行研究，即通过应力-应变试验。从试验得出的应力-应变曲线，可以得到的性能参数有拉伸强度、屈服强度、杨氏模量和断裂伸长率等。这些参数可帮助判断塑料包装材料的强弱、软硬、韧脆等，能帮助我们恰当地选择所需要的塑料包装材料。
热塑性塑料的种类很多，典型的玻璃态聚合物单轴拉伸时的应力-应变曲线如图2-2:
图5-1 典型的玻璃态聚合物单
轴拉伸时的应力-应变曲线
（从a-d温度逐渐升高）
玻璃态聚合物拉伸时，曲线的起始阶段是一段直线，应力与应变成正比，从这段直线的斜率可以计算试样的杨氏模量。曲线a有高的模量和大的断裂强度，但不出现屈服点。材料出现屈服之前发生的断裂称为脆性断裂，这种聚合物为硬而脆材料。例如室温下的聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯。
在材料屈服之后的断裂称为韧性断裂，如曲线b、c。材料在屈服后出现了较大的应变，其分子机理主要是大分子的链段运动，即在大外力作用下，玻璃态聚合物本来被冻结的链段开始运动，大分子链的伸展提供了材料大的形变。
同一种聚合物的应力-应变曲线，因拉伸速度、温度及热经历不同而明显不同。温度高时，大分子链段的热运动加剧，形变就大，例如，在室温时很脆的聚苯乙烯在Tg附近也会变成一种韧性材料。当拉伸速度提高时，链段运动跟不上外力的作用，为使材料屈服，需要更大的外力，即材料的屈服强度提高了。进一步提高拉伸速度，材料终将在更高的应力下发生脆性断裂。
聚合物的粘弹性
聚合物固体材料的力学性能随时间而变化的现象总称力学松弛或粘弹性现象。聚合物材料受到外部作用的情况不同时，可以观察到不同类型的力学松弛现象，最基本的有蠕变和应力松弛。
蠕变是指材料在一定的温度和较小的恒定外力作用下，材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现象。金属和其它材料都不同程度存在着蠕变现象，但是，以聚合物材料的蠕变现象最为明显，当然也视材料不同而定。聚合物蠕变性能反映了材料的尺寸稳定性。
例如作纤维用的聚合物，必须具有常温下不易蠕变的性能，否则衣服就会越穿越长。再如，用泡沫塑料做缓冲材料的电器包装产品长时间堆放在仓库里，箱底起缓冲作用的泡沫塑料在电器产品的作用下形变越来越大，致使顶部出现空隙，当再次搬动时，产品就有可能产生上下振动使缓冲包装失效。
聚合物蠕变的本质是大分子链段运动，因而柔顺的大分子链易于发生蠕变。主链含有芳环的和分子链比较僵硬的高聚物抗蠕变性能较好。
除了分子结构的内因外，温度和外力大小等也影响蠕变性能。温度愈高或外力愈大，蠕变倾向也愈大。
应力松弛是聚合物在恒定温度和形变的情况下，内部应力随时间增加而逐渐衰减的现象。例如用塑料绳捆扎物品，经过很长时间，塑料绳松动，失去捆扎功用。用橡皮筋扣紧瓶口，刚扣上时很紧，应力很大，时间一长则逐渐变松，即应力在逐渐衰减。这些都会给包装带来损失。
应力松弛也是聚合物链段运动的结果。聚合物在一定形变下，内部产生较大的应力，为减少或消除内部应力，伸展的太分子链力图回复卷曲状态。由于应变恒定，作用在高聚物上的外力(应力)随之减小。应力松弛和蠕变是同一事物的两种不同表现。前者是在恒定形变下逐渐衰减其应力，后者是在恒定应力下逐渐发展其形变。
④ 塑料包装材料的卫生性纯树脂组成的塑料包装材料的卫生性是很好的，可以直接用于食品包装而不会对食用者造成任何危害。但为了提高树脂的某些物理、力学性能，化学稳定性以及加工性能，人们往往要在树脂中加入一定量的增塑剂、稳定剂、抗氧剂、填充剂、着色剂、润滑剂、发泡剂、粘合剂等。这些物质中有些品种具有一定的毒性，加入到树脂中制成塑料包装材料后，一旦接触食品，就容易迁移到食品中危害食用者的健康。因此，在选用塑料包装材料时，除要满足食品包装的基本要求外，应注意塑料材料的卫生性。
塑料树脂的卫生性
用于包装的大多数塑料系纯树脂，是无毒的，但它们的单体分子却大多有毒性，且有的毒性相当大，也有的是明确的致癌物，当树脂中残留有单体分子时，用于食品包装即构成了卫生安全问题。在卫生安全性方面，美国食品与药品管理局(FDA)的标准是国际上公认的先进标准。
合成树脂中，PVC和PVDC的单体有明显的致突变性，在食品包装上使用应严格控制其单体的含量，故应注意使用食品级树脂。
聚苯乙烯树脂中的苯乙烯单体对肝细胞有破坏作用，美国、德国、比利时等国家均对聚苯乙烯中的单体含量作出了规定。
对于丙烯腈塑料的卫生性，美国和荷兰规定丙烯腈单体在其聚合物中的含量<6mg/kg~10mg/ kg。美国FDA禁止使用丙烯腈塑料瓶装饮料；在包装其它食品时，要求迁移入食品中的丙烯腈单体量在0.3mg／kg以下。法国和德国的标准更高，单体在食品中的迁移量<0．05mg/。因为丙烯腈单体是强致癌物质，目前已有不少国家能生产不含丙烯腈单体的聚丙烯腈树脂。
塑料助剂的卫生性
塑料助剂一般都存在着卫生性问题，选择无毒或低毒的助剂，是塑料能否用于食品包装的关键。
增塑剂的卫生性
增塑剂根据其化学组成可分为五大类：即邻苯二甲酸酯类、磷酸酯类、脂肪族二元酸醋类、柠檬酸酯类、环氧类，其中后三类的毒性较低。增塑剂按其毒性大小可分为四类：可用于食品工业；可有限制地用于食品工业；在满足使用要求上尚有疑问；不能用于食品工业。含增塑剂量高的塑料制品，不适合用于液体食品包装，一般也不适合用于含液体成分较高的其它食品包装，特别是含酒精和油脂的食品。
稳定剂的卫生性
包装塑料中PVC和氯乙烯共聚物在加工时必须加入热稳定剂。PE、PP、PS、PA、PET等根据不同的用途和加工要求，也要加入某些抗氧化剂、紫外光吸收剂等类的稳定剂。食品包装用塑料的稳定剂必须是无毒的，许多常用的稳定剂如铅化合物、钡化合物、镉化合物和大部分有机锡化合物，由于毒性大都不能用于食品包装用塑料。现各国公认允许用于食品包装用塑料的热稳定剂有钙、锌的脂肪酸盐类。
着色剂和油墨的卫生性
塑料着色或油墨印刷是塑料包装制品常用的加工处理，当用于包装食品时，必然会带来卫生安全性问题。
a. 着色剂
塑料着色除了赋予各种色彩外，还有遮光阻隔紫外线的作用，但大部分着色剂都有不同程度的毒性，有的还有强致癌性，因此，直接接触食品的塑料最好不着色，当非要着色不可时，也一定要选用无毒着色剂。
b. 油墨
塑料印刷用油墨大都是聚酰胺油墨，也有苯胺油墨和醇溶性酚醛油墨。聚酰胺本身无毒，但其溶剂中有较多的甲苯和二甲苯，这些均为有毒物质。由于塑料印刷用油墨均有一定的毒性，其包装材料的印刷层不宜与食品直接接触。
塑料薄膜在印刷前一般需经表面活性处理，如火焰或电晕处理，从而使油墨的附着力增加，但这也可能使薄膜出现的微细毛孔透过油墨溶剂渗人至包装内而污染食品。因此，凡经过印刷的食品包装材料必须充分干燥，使溶剂挥发干净，以免污染食品。
其它塑料添加剂的卫生性 如润滑剂、发泡剂等。
食品包装材料的卫生安全性非常重要，在选用之前应首先了解所包装的食品对材料卫生性的要求。如高油脂食品就应注意不要选用含有脂溶性物质的包装材料，特别是不要选用增塑剂含量高的塑料品种；而乙醇含量高的酒类，则应注意其聚合物残留单体的含量，防止残留单体被乙醇抽提进入食物。
⑤ 塑料包装材料的化学稳定性塑料包装物材料在加工、贮存和使用过程中，物理化学性质和力学性能变坏的现象称为老化。老化现象表现为材料变硬、变脆、变性或表面龟裂、发粘、变色等。老化因素由内因和外因构成。材料的化学结构和物理状态是耐老化性好坏的基本因索。例如，聚丙烯的分子结构有大量叔碳原子，叔碳原子上的氢易被氧化，因此，聚丙烯的耐热、光氧老化性能比较差。又如硅氧链结构的高分子，由于硅氧键结合的键能比碳-碳键能大，需要较大的能量硅氧键才能断裂，因此硅氧链结构的聚合物耐老化性能就较好。热同性聚合物是网状结构，也有较好的耐热老化性能。
材料老化的外因有物理、化学、生物等因素。热、光、电、高能辐射和机械应力等是物理因素；化学因素包括氧化作用，酸、碱、溶剂等的化学作用。
⑥ 其它性能塑料的透明性
现代包装要求材料具有一定的透明性，可以将被包商品展示在人们面前。另外了解高聚物的透明性还有一个重要的意义，有的商品对某一波长的光很敏感，这就需要选择能够阻断这一波长的塑料作为包装材料。高聚物的透光性与其结构有关，如是否结晶、晶粒太小、分子量，以及是否加入助剂、助剂的品种和数量等。具有高度透可见光能力的塑料有聚丙烯酸酯类、醋酸纤维素、PC、PS等。透明薄膜和片材主要有PE、PP、PVC、EVA、PET等。
抗静电性
静电是自然界中常见的现象。高聚物的带电现象更是比比皆是。由于高聚物的导电性很差，致使静电积累，而且带着静电可达数月之久。塑料包装材料带静电后会给被包商品，如电子仪器、仪表、炸药等带来很大的危害。
高聚物的带静电性与其化学组成、结晶度、取向度等结构因素有很大的关系。一般极性高聚物容易带正电，如PA、PVC等。非极性高聚物容易带负电，如PE、PP容易吸湿的高聚物具有优良的抗静电性，如PVA、EVOH。PVA非常适于包装电子产品。EVOH的带电系数非常小，在使用过程中不存在带静电的问题，可大大减小尘埃的附着。其它品种的塑料都有带静电性，用于包装电子产品或粉末。颗粒状等产品时都要进行防静电处理。
印刷性
PS表面极易印刷。PS极易着色，色彩鲜艳。可根据需要制成内层为白色、外层可以是红、黄、绿等颜色的双色容器。
PE、PP为非极性高聚物，化学性质稳定，油墨难以附着，印刷性差。印刷前要对表面进行电晕放电、化学或火焰处理。PP印刷时，使用聚烯烃类用的油墨可以得到鲜明的印刷效果，并可以实施多色印刷。PE尽管进行了表面处理，还是难以进行高牢度的印刷。
EVA着色容易、制品色泽鲜艳。PVA适于凹版和胶版印刷，印刷适应性好。PVC的印刷性良好。PA的油墨附着性好，色彩鲜艳。适于凹版印刷。但由于PA易于吸湿，吸湿后薄膜起皱，故在印刷前后要进行防潮包装。PA有时会发生由静电引起的印刷毛刺，故需要选用能防止毛刺的油墨，并在印刷设备上增设防静电装置。PC耐溶剂性较差，印刷时对油墨的选择要特别注意。PET分子中虽有极性基，但油墨附着稳定性差。所以，印刷前需对薄膜表面进行电晕处理。
热封性
在塑料包装材料中，大多数烯烃类塑料具有良好的热封性。如PE、离子型聚合物、PP、EVA、PVC、PVDC。其中离子型聚合物在封口稍有污染的情况下仍能密封；PA、PET热封性差，即使采用超声波法封口，封口强度也较差，PA、PET常与热封材PE复合；PS的热封合温度比较窄。常用的热封方法有脉冲、高频法。PC采用脉冲、超声波和高频等方法封口。
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