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1、包装材料,内容,第一节 包装材料的要求第二节 高分子物理的理论第三节 高分子物理与包装材料第四节 包装材料的改性研究,第一节 包装材料性能要求,包装材料性能要求,1力学性能2 印刷性能 3 热封性能4 高温下的尺寸稳定性 5 摩擦系数6 开口性7 耐穿刺性8 薄膜的复合性能9 溶剂残留10 薄膜的透氧、透湿性能11 透明性,1力学性能,软包装在印刷和复合过程中需要承受张力，承装食品后要承受内容物的重力，运输过程中要能够经历冲击，搬运过程中甚至可能发生跌落而要承受撞击，因此包装材料的拉伸屈服应力、杨氏模量、拉伸断裂应力指标对于软包装来说极为重要。如果薄膜的力学性能较差，则在印刷过程中会发生套印不
2、准；承装食物后会重力下包装发生蠕变；受到冲击后甚至断裂。,1力学性能,表1-4：PE吹塑膜的机械性能（GB/T44561996）,表1-5：普通BOPP膜的机械性能（GB/T 100031996）,表1-6：包装用BOPET机械性能（GB/T 169581997）,2 印刷性能,承印物一般包括BOPP、PET、PA、PE等，其中BOPP和BOPET作为主要的承印物,抗张强度大，即杨氏模量大，不宜变形，套印精度高,2 印刷性能,水性墨油性墨,表面张力4570达因/cm,PE 28PE 30PET 38PA 40,需要电晕处理到表面张力达到38达因以上,PE 38PP 38PET 50PA 52,
3、承印物的表面张力越大油墨在基材上越铺展,相似相溶,2 印刷性能,承印物与油墨的类型相匹配 氯化聚丙烯油墨一般适合于印刷PP或PE聚氨酯油墨则比较适合于印刷PET或PA蒸煮袋的印刷则选择双组分聚氨酯油墨，并且需要固化剂将线性PU预聚物交联成网状分子结构,3 热封性能,热封温度一般在120150，热封时间为0.52s，压力为25atm，包装的封口强度应达到2234N/15mm。一般只有PE和CPP薄膜具有热封能力。离子型树脂可以在低温下实现热封。,4 高温下的尺寸稳定性,高分子材料一般并非100结晶，在温度升高时都会发生缓慢的二次结晶，因此薄膜发生收缩，表现出尺寸稳定性差的特点。一般要求收缩率低于
4、3%。,5 摩擦系数,薄膜材料表面爽滑并具有适当的摩擦系数对于食品灌装生产线来说非常重要，生产不同用途的包装材料产品对摩擦系数有不同的要求。在实际包装过程中的摩擦力常常既是拖动力又是阻力，因此必须有效地控制摩擦系数的大小，使它在适当的范围内。为了适应自动包装生产线的需要，需要将软包装材料外层的摩擦系数需要调节到0.20.3之间。,6 开口性,由于一般的材料都具有粘性，因此容易相互粘连在一起，在自动包装生产线上存在开口性不良，因此需要加入爽滑剂或开口剂来提高薄膜的开口性。,7 耐穿刺性,如果包装内盛装液体食品、或者花生米、扒鸡等食物，则需要软包装具有较好的耐穿刺性能，与其它包装材料相比，PA薄膜
5、的耐穿刺性较好。,8 薄膜的复合性能,干式复合 靠粘结剂把几种薄膜粘合在一起，因此薄膜都需要经过电晕处理以增加表面张力，提高与粘结剂之间的粘结强度，一般需要使复合膜的剥离强度达到0.5N/15mm以上。,8 薄膜的复合性能,多层共挤 靠两种树脂间的分子间作用力来粘合，因此不同树脂原料间的相容性则显得十分重要； 如果它们的相容性不好，则在这两种树脂层间需要加入中间层（又叫Tie树脂），靠Tie树脂来提高多层共挤复合膜的剥离强度。,8 薄膜的复合性能,复合膜很容易出现质量问题常见的是剥离强度低，受力变形或蒸煮时容易发生离层表面不平整、有皱褶是复合膜的另一个常见的问题，这与选用原料膜的杨氏模量差异较
6、大，而张力控制不当造成薄膜伸长率不同而造成的。分切纸袋时切口内翻或外翻的现象主要发生在与PA复合的薄膜当中，因为PA的结晶速率较慢，复合后它仍然会慢慢结晶（二次结晶），体积发生收缩。,9 溶剂残留,油墨和粘结剂中的溶剂会不同程度地迁移到树脂薄膜中。根据“相似相容”原理，不同基材对印刷或复合所使用的溶剂有不同的吸附性能。PP、PE类材料对甲苯吸附量很大PVDC对甲苯的吸附量更大PA则容易吸附醇类溶剂总体来说PA、PET对溶剂的吸附量小于聚烯烃类非极性薄膜。,9 溶剂残留,BOPP/PE类复合膜，阻隔性较差，经过烘箱处理、分切、倒卷工序还能逸出部分残留溶剂，尤其是易挥发的醋酸乙酯，但对甲苯的去除率
7、会不高。对于阻隔性好的复合膜，如KBOPP/PE，VNPET/PP等则很难透过上述手段降低溶剂残留。 根据GB/T 100042008标准，复合软包装总溶剂残留5mg/m2，其中苯类溶剂不检出。,10 薄膜的透氧、透湿性能,根据不同的应用，要求材料的阻隔性有所不同。啤酒、果汁饮品和碳酸饮料，需要高阻隔包装材料，特别要求对氧气具有极高的阻隔性。果蔬的保鲜包装，则需要具有一定OTR的包装材料。包装内相对湿度也是需要控制的，面包比较适宜的储存环境是RH为30左右，鲜肉则在RH 8085，葡萄干在RH 7075，红糖也是在RH 7075。,11 透明性,包装材料的透明性好，会激发消费者的购买欲望。一般
8、要求薄膜雾度4.5%。,12 阻隔紫外线（可见光）,牛奶、淀粉类食品 在紫外光或可见光下 货架期会缩短,第二节 高分子物理的理论,1 影响聚合物性能的因素2 熔融温度（Tm）或粘流温度（Tf）的影响因素3 影响玻璃化转变温度Tg的因素4 结晶性能5 透明度6高聚物的粘弹性7 蠕变8 应力松弛9 聚合物的溶解性,1 影响聚合物性能的因素,2 熔融温度（Tm）或粘流温度（Tf）的影响因素 （1） 结构（重复）单元的极性近程结构,柔性的重复单元的材料具有较低熔融温度；具有刚性或极性重复单元的高分子具有较高的熔融温度。一般情况下，重复单元上取代基的极性越高，则材料的熔融温度越高。例如聚酰胺的熔点高于聚
9、乙烯或聚偏二氯乙烯。,2 熔融温度（Tm）或粘流温度（Tf）的影响因素 （1） 结构（重复）单元的极性近程结构,表2-1：极性对Tm的影响,重复单元上取代基的极性越高，则材料的熔融温度越高。,2 熔融温度（Tm）或粘流温度（Tf）的影响因素 （1） 结构（重复）单元的极性近程结构,重复单元的刚性越高，则材料的熔融温度越高。在结构单元中引入醚键，使分子链键的自由旋转变容易，使得材料的柔性提高，熔融温度降低。,2 熔融温度（Tm）或粘流温度（Tf）的影响因素 （2）结构单元的对称性近程结构,结构单元不对称，则熔点高,表2-3：结构单元的对称性对Tm的影响,2 熔融温度（Tm）或粘流温度（Tf）的影
10、响因素 （3）结构单元的键接方式近程结构,在聚合形成高分子的过程中，高分子按照“头尾”形式相连的分子链具有较好的规整性，可以实现规整的空间排列，具有较高的熔融温度。,2 熔融温度（Tm）或粘流温度（Tf）的影响因素（4）结构单元的空间立构近程结构,结构单元具有空间立构时，分子链会规整排列，材料的熔融温度较高。例如全同聚丙烯、间同聚丙烯的熔融温度达到160，而无规聚丙烯的熔融温度只要80。,2 熔融温度（Tm）或粘流温度（Tf）的影响因素（5）支化与交联近程结构,交联可以提高材料的熔融温度，当交联度达到一定程度后会形成体系结构，不能熔融。在分子量相同的情况下，支化点越多，则材料的熔融温度越低。在
11、一个聚合度为Pn的分子链上如果具有m个链端，则每一个链端都会引起熔融温度的降低，其定量关系如下：,2 熔融温度（Tm）或粘流温度（Tf）的影响因素（6）结构单元的键接序列近程结构,针对于二元或三元共聚物而言，在单体组分比例一定的情况下，二元共聚物可以形成无规共聚、交替共聚、嵌段共聚、接枝共聚，它们的性能会存在较大的差异。在一般情况下，共聚会降低分子链的规整性，使材料的结晶度降低。在乙烯单体中混入少量的辛烯或丁烯单体，采用茂金属催化剂，制备出具有短支链的线性LLDPE，它的结晶度因为分子链的规整性被破坏而降低，材料的韧性会得到较大提高。,2 熔融温度（Tm）或粘流温度（Tf）的影响因素（6）结构
12、单元的键接序列近程结构,LLDPE与LDPE熔融共混后制备的薄膜比单组分LDPE薄膜具有更高的拉伸强度。EVA树脂也是二元共聚物，它可以被制备成薄膜，也可以作为粘结剂使用。醋酸乙烯酯单体的加入使得分子链的规整程度降低，EVA成为完全不能结晶的无定形聚合物，它的粘流温度只有80120。,2 熔融温度（Tm）或粘流温度（Tf）的影响因素 （7）受远程结构的影响,在分子量相同的情况下，分子量分布窄的聚合物具有完善聚集态结构或结晶结构，融程也较窄。在无扰状态下，高分子的分子链会呈无规线团型，它是热力学稳定的状态。根据高分子结构单元刚性、柔性、极性的不同，无规线团的均方末端距或均方旋转半径会有所不同。均
13、方旋转半径越小，说明材料的柔性越高，熔融温度越低（在无定形状态下）；如果能够结晶，均方末端距大的材料极性或刚性会偏高，因此它们形成的结晶结构的熔融温度也偏高。,2 熔融温度（Tm）或粘流温度（Tf）的影响因素 （8）结晶结构聚集态结构,能够形成结晶或液晶的聚合物具有较高的熔融温度，而无定形聚合物则粘流温度较低。同种材料的熔融温度与结晶度的关系满足下式,xA结晶组分的摩尔分数Hu:每摩尔重复单元的熔融热,2 熔融温度（Tm）或粘流温度（Tf）的影响因素 （9）取向结构聚集态结构,聚合物取向后会加速结晶，而未取向聚合物有可能不结晶或结晶度低，因此取向聚合物的熔融温度会提高。取向后高分子原来在无扰状
14、态下的无规线团结构会在张力作用下发生变形（被拉直），使得体系的熵减小，变得热力学不稳定，即使取向后已经形成结晶，但在受热情况下，该材料仍然会收缩，本质上是伸直链回复到原来的无扰状态时无规线团的形状。热收缩膜就是这个原理。采用无定形聚合物或结晶速率较慢的结晶性聚合物制备的热收缩膜效果会更好。,2 熔融温度（Tm）或粘流温度（Tf）的影响因素 （10）多相结构聚集态结构,几种聚合物熔融共混时会出现分相。根据添加物的类型、添加量的不同，对熔融温度会有不同的影响。添加成核剂，则利于聚合物结晶，会提高熔融温度；添加另一种树脂，且添加量较大，则两种树脂会相互阻隔，影响结晶，一般情况下会使熔融温度降低。,添
15、加另一种树脂，且添加量较大，则两种树脂会相互阻隔，影响结晶，一般情况下会使熔融温度降低。,3 影响玻璃化转变温度Tg的因素,只有无定形聚合物才具有Tg；而完全结晶的聚合物由于分子链紧密堆砌，受邻近晶格的影响链段无法热运动，不存在Tg。,3 影响玻璃化转变温度Tg的因素,在目前研究的范围内，即使是高度结晶的高分子，它的结晶度也达不到100%。,任何高分子材料，在它的Tg温度时，材料拥有的自由体积占总体积分数都等于0.025。,3 影响玻璃化转变温度Tg的因素（1）结构（重复）单元近程结构,结构单元的柔性越大，则Tg越低，例如聚乙烯（Tg=68）与硅橡胶相比，硅橡胶（Tg=123）的的柔性更低；主链刚性越大，则Tg越高，例如尼龙6（Tg=50）与芳香尼龙相比，芳香尼龙（聚对苯二甲酸对苯二胺）的Tg高（Tg=375）；,3 影响玻璃化转变温度Tg的因素（1）结构（重复）单元近程结构,取代基的位阻（体积）越大，则刚性越大，Tg越高，例如PS由于具有大的苯环侧基，它的Tg（Tg=100）比PE高；取代基的极性越高，则Tg越高，例如PVC分子上有极性基体Cl，因此它的Tg（Tg=87）高于PE；主链上存在孤立的双键则柔性提高，Tg降低，例如聚1,4-丁二烯的Tg（Tg=108）要低于PE ；,3 影响玻璃化转变温度Tg的因素（1）结构（重复）单元近程结构,
