第7章 食品包装材料及容器(3)

包装件变形值的大小及其所能承受的最大载荷，取决于纸箱的包装强度，而包装强度则取决于以纸板材料的结构性质。影响瓦楞纸箱强度的因素可分为两类：一类是瓦楞纸板的基本因素，它是决定瓦楞纸箱抗压强度的主要因素，主要包括原纸的抗压强度、瓦楞楞型、瓦楞纸板种类、瓦楞纸板的含水量等因素；另一类是在设计、制造及流通过程中发生影响的可变因素，主要包括箱体尺寸比例、印刷面积与印刷设计、纸箱的制造技术、制箱机械的缺陷及质量管理等因素，这类因素在设计或制造瓦楞纸板及瓦楞纸箱的过程中可以设法避免。

2.瓦楞纸板物理性能及测试

为了使瓦楞纸箱能抵抗在贮运过程中所遇到的各种应变及损害，纸箱及纸板必须具有许多性能要求，如抗压强度、耐破强度、减振性能等。纸箱的包装性能除了与箱体尺寸、制造技术、流通使用环境等密切相关外，还与瓦楞纸板的性能有很大关系，因此，常需测定瓦楞纸板的各种物理性能指标。

（1）瓦楞纸板的一般物理性能测试。

①定量：按GB/T 451.2—2002进行，试样必须具有足够的尺寸，最低限度为500cm3（ISO 536）。对已制成瓦楞纸板的各组分的测试，可将纸板浸在温水中，然后分离、烘干、再进行分别测试。

②厚度：测试时使用瓦楞纸板厚度计（GB/T 6547—1998），试件的面积应大于厚度计的接触面积[10±0.2cm2]，并施加一定的压力[20±0.5kPa]。

③水分：把试样放在100～105℃（GB/T 462—2003）的烘箱内烘干至恒重，试样所减少的重量与试样原重之比即为水分测试值。

（2）瓦楞纸板机械性能及测试。

①耐破强度：测定方法（GB/T 6545—1998）是以液压增加法测定其耐破强度值的，测定时为了防止试样滑动，试样应具有不低于690kPa的支持力。

②戳穿强度：指瓦楞纸板受锐利物品冲撞，发生损坏时的抵抗力。戳穿强度测定按GB/T 2679.7—2005《纸板　戳穿强度的测定》的规定进行测试。

③平压强度：依据（GB/T 2679.6—1996）的规定，在一定温湿度条件下，一定面积（大于50cm2）试样在平压试验机上测定瓦楞纸板所能承受的压力，单位N（或kPa）。

④边压强度：测定方法（GB/T 6546—1998）是将矩形的瓦楞纸板试样置于耐压强度测定器的两压板之间，并使试样的瓦楞方向垂直于耐压强度测定器的两板，然后对试样施加压力，直到破坏时最大压力即边压强度。单位N/m。

⑤黏合强度：测定方法（GB/T 6548—2011）适用于测定各种瓦楞纸板楞峰与面板或芯纸的黏合强度，以试样被全部分离时所需的最大力表示，单位N/m。

3.瓦楞纸箱的物理性能测试

（1）压缩强度试验：通常称为抗压力试验，是纸箱测试最基本的一个项目。抗压强度是考核纸箱质量的重要指标，它反映了纸箱内在强度质量，也是运输包装的主要考核指标，决定着瓦楞纸箱包装的实际功能。纸箱压缩强度试验方法（GB/T 4857.4—2008）是将试验样品置于试验机两平面压板之间，然后均匀施加压力，直到试验纸箱发生破裂时的最大压力，以N表示。

（2）综合测试：指瓦楞纸箱装入商品后，进行破坏性模拟试验、跌落试验、迥转试验等，这些试验项目一般由专门的包装测试机构实施。

第二节　塑料包装材料及容器

塑料是一种以高分子聚合物——树脂为基本成分，再加入一些用来改善其性能的各种添加剂制成的高分子有机材料。塑料用作包装材料是现代包装技术发展的重要标志，因其原材料来源丰富、成本低廉、性能优良，成为近年来世界上发展较快、用量巨大的包装材料。塑料包装材料广泛应用于食品包装，并逐步取代了玻璃、金属、纸类等传统包装材料，使食品包装的面貌发生了巨大的改变，体现了现代食品包装形式的丰富多样、流通使用方便的特点，成为食品销售包装中最主要的包装材料之一。尽管塑料包装材料用于食品包装还存在着某些卫生安全方面的问题，及包装废弃物的回收处理对环境的污染等问题，但塑料包装材料仍是21世纪需求增长最快的食品包装材料之一。

一、塑料的基本概念、组成及包装性能

（一）塑料的组成和分类

1.高分子聚合物的基本概念

高分子聚合物是一类分子量通常在104～106以上的大分子物质，其分子所含原子数通常数几万、几十万甚至高达几百万个，分子长度达102～104nm或更长。由于高分子聚合物由巨大的分子组成，且大分子又有特殊的结构，从而使高分子聚合物具有一系列低分子化合物所不具有的特殊性能，如化学惰性、难溶、强韧性等。高分子聚合物的分子量虽然很大，但它们的化学组成并不复杂，通常由C、H、O、N等构成，往往由一种或几种简单的低分子化合物（也称单体）以某种形式重复连接而成。如聚乙烯由若干乙烯组成，简写。高分子聚合物大分子是由一些基本单元结构重复连接而成，这一单元结构称为链节，如聚乙烯分子的链节。大分子中重复链节的数目n为链节数，也称作聚合度。显然，高分子聚合物大分子的分子量M及分子链的长度与聚合度有关。

M=m·n

式中：m——基本单位的分子量；

n——大分子的聚合度。

同一种高分子聚合物中，各大分子所含链节的数目是不同的，即聚合度不同。因此，某种高分子聚合物的聚合度和分子量是指其平均聚合度和平均分子量。

2.塑料的组成

塑料是一种以高分子聚合物——树脂为基本成分，再加入一些用来改善性能的各种添加剂而制成的高分子材料。其中树脂是最基本、最主要的组分，也是决定塑料类型、性能和用途的根本因素。

（1）聚合物树脂。塑料中聚合物树脂占40%～100%。塑料的性能主要取决于树脂的种类、性质及在塑料中所占的比例，各类添加剂也能改变塑料的性质，但所用树脂种类仍是决定塑料性能和用途的根本因素。目前生产上常用树脂有两大类：一类为加聚树脂，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯等，这是构成食品包装用树脂的主体；另一类是缩聚树脂，如酚醛、环氧、氨基酸脂等，在食品包装上应用较少。

（2）常用添加剂。常用的添加剂有增塑剂、稳定剂、填充剂、抗氧化剂等。

①增塑剂：是一类提高树脂可塑性和柔软性的添加剂，通常为一些有机低分子物质。聚合物分子间夹有低分子物质后，加大了分子间距，降低其分子间作用力，从而增加大分子的柔顺性和相对滑移流动能力。因此，树脂中加入一定量增塑剂后，其Tg、Tm温度降低，在黏流态时黏度降低，流动塑变能力增高，从而改善塑料成型加工性能。

②稳定剂：用于防止或延缓高分子材料的老化变质。塑料老化变质的因素很多，主要有氧气、光和热等。稳定剂主要有三类：第一类为抗氧剂，有胺类抗氧剂和酚类抗氧剂，酚类抗氧剂其抗氧能力虽不及胺类，但因具有毒性低、不易污染的特点而被大量应用；第二类为光稳定剂，用于反射或吸收紫外光、防止塑料树脂老化、延长其使用寿命，效果显着且用量极少，光稳定剂品种繁多，用于食品包装应选用无毒或低毒的品种；第三类为热稳定剂，可防止塑料在加工和使用过程中因受热而引起降解，是塑料等高分子材料加工时不可缺少的一类助剂，目前应用最多的是用于聚氯乙烯的热稳定剂，其中铅稳定剂和金属皂类热稳定剂因含重金属而毒性大，因此，用于食品包装应选用有机锡稳定剂等低毒性产品。

③填充剂：它的功用是弥补树脂的某些不足性能，改善塑料的使用性能，如提高制品的尺寸稳定性、耐热性、硬度、耐气候性等，同时可降低塑料成本。常用填充剂有碳酸钙、陶土、滑石粉、石棉、硫酸钙等，其用量一般为20%～50%。

④着色剂：用于改变塑料等合成材料固有的颜色，分无机颜料、有机颜料和其他染料。塑料着色可使制品美观，提高其商品价值，用作包装材料还可起屏蔽紫外线和保护内容物的作用。

⑤其他添加剂：根据其功能和使用要求，在塑料中不可加入润滑剂、固化剂、发泡剂，抗静电剂和阻燃剂等。

塑料所用各种添加剂应具有与树脂很好的相溶性、稳定性、不相互影响其作用等特性，对用于食品包装的塑料，特别要求添加剂具有无味、无臭、无毒、不溶出的特性，以免影响包装食品的品质、风味和卫生安全性。

3.塑料的分类

塑料的品种很多，分类方法也很多，通常按塑料在加热、冷却时呈现的性质不同，把塑料分为热塑性塑料和热固性塑料两类。

（1）热塑性塑料（Thermoplastic）：主要以加成聚合树脂为基料，加入适量添加剂而制成。在特定温度范围内能反复受热软化流动和冷却硬化成型，其树脂化学组成及基本性能不发生变化。这类塑料成型加工简单，包装性能良好，可反复成型，但刚硬性低，耐热性不高。包装上常用的塑料品种有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚酰胺、聚碳酸酯、聚偏二氯乙烯等类塑料。

（2）热固性塑料（Thermosetting Plastic）：主要以缩聚树脂为基料，加入填充剂、固化剂及其他适量添加剂而制成；在一定温度下经一定时间固化，再次受热，只能分解，不能软化，因此不能反复塑制成型。这类塑料具有耐热性好，刚硬、不熔等特点，但较脆且不能反复成型。包装上常用的有氨基塑料、酚醛塑料、环氧塑料等。

（二）塑料材料的主要包装性能指标

1.主要保护性能指标

保护性能指的是能保护内容物，防止其质变、被破坏的性能，主要包括阻透性、机械力学性能、稳定性等。

（1）阻透性：包括对水分、水蒸气、气体、光线等的阻隔性能。

①透气度Qg和透气系数Pg：透气度Qg指一定厚度材料在一个大气压差条件下、1m2面积、24h内所透过的气体量（在标准状况下），单位cm3/（m2·24h）。透气系数Pg指单位时间、单位压差下透过单位面积和厚度材料的气体量，单位g/（m·h·Pa）。

②透湿度Qv和透湿系数Pv：透湿度Qv指一定厚度材料在一个大气压差条件下、1m2面积、24小时内所透过的水蒸气的克数，单位g/（m2·24h）。透湿系数Pv指单位时间单位压差下、透过单位面积和厚度材料的水蒸气重量，单位g/（m·h·Pa）。

③透水度Qg和透水系数Pg：透水度Qg指1m2材料在24h内所透过的水分重量，单位g/（m2·24h）。透水系数Pg指单位时间、单位压差下、透过单位面积和厚度材料的水分重量，单位位g/（m·h·Pa）。

④透光度T：指透过材料的光通量和射到材料表面光通量的比值，以%表示。

（2）机械力学性能：指外力作用下材料表现出抵抗外力作用而不发生变形和破坏的性能，主要有下列几项。

①硬度：指在外力作用下材料表面抵抗外力作用而不发生永久变形的能力，常用布氏硬度（HB）和洛氏硬度（HR）表示。

②抗张、抗压、抗弯强度：材料在拉、压、弯力缓慢作用下不被破坏时，单位受力截面所能承受的最大力分别称为材料的抗张、抗压、抗弯强度（MPa）。

③爆破强度：使塑料薄膜袋破裂所施加的最小内应力，表示容器材料的抗内压能力；也可由材料的抗张强度来表示，常常用来检测包装封口的封合强度。

④撕裂强度：指材料抵抗外力作用使材料沿缺口连续撕裂破坏的性能，也指一定厚度材料在外力作用下沿缺口撕裂单位长度所需的力（N/cm）。

⑤戳刺强度：材料被尖锐物刺破所需的无原则的最小力（N）。

（3）稳定性：指材料抵抗环境因素（温度、介质、光等）的影响而保持其原有性能的能力，包括耐高、低温性，耐化学性，耐老化性等。

①耐高、低温性能：温度对塑料包装材料的性能影响很大，温度升高，其强度和刚性明显降低，其阻隔性能也会下降；温度降低，会使塑料的塑性和韧性下降而变脆。材料的耐高温性能用温度指标来表示，热分解温度是鉴定塑料耐高温性能的指标之一，而耐低温性用脆化温度表示（指材料在低温下受某种形式外力作用时发生脆性破坏的温度）。用于食品的塑料包装材料应具有良好的耐高、低温性能。

②耐化学性：指塑料在化学介质中的耐受程度，评定依据通常是塑料在介质中经一定时间后的重量、体积、强度、色泽等的变化情况，目前尚无统一的耐腐蚀标准。

③耐老化性：指塑料在加工、储存、使用过程中在受到光、热、氧、水、生物等外界因素作用下，保持其化学结构和原有性能而不被损坏的能力。

2.卫生安全性

食品用塑料包装材料的卫生安全性非常重要，主要包括无毒性、耐腐蚀性、防有害物质渗透性、防生物侵入性等。