第8章 食品包装材料及容器(4)
（1）无毒性。塑料由于其成分组成、材料制造、成型加工以及与之相接触的食品之间的相互关系等原因，存在着有毒单体或催化剂残留，有毒添加剂及其分解老化产生的有毒产物等物质的溶出和污染食品的不安全问题。目前国际上都采用模拟溶媒溶出试验来测定塑料包装材料中有毒有害物的溶出量，并对之进行毒性试验，由此获得对材料无毒性的评价，确定保障人体安全的有毒物质极限溶出量和某些塑料材料的使用限制条件。
模拟溶媒溶出试验其溶媒的选用主要取决于包装食品的特性，部分国家常用食品分类与模拟溶媒如表2-18所列，溶出试验方法及条件按国家的有关法规或标准进行。
（2）抗生物侵入性。塑料包装材料无缺口及孔隙缺陷时，一般其材料本身就可抗环境微生物的侵入渗透，但要完全抵抗昆虫、老鼠等生物的侵入则较困难。材料抗生物侵入的能力与其强度有关，塑料的强度比金属玻璃低得多，为保证包装食品在贮存环境中免受生物侵入污染，有必要对材料进行虫害侵害率或入侵率试验，为食品包装的选材及确定包装质量要求和贮存条件等技术指标提供依据。
侵害率：指用一定厚度某材料制成的容器内装食品后密封，在存放环境中存放至被昆虫侵入包装时所经过的平均周数。
入侵率：指用一定厚度某材料制成的容器装入食品后密封，在存放环境中存放时每周侵入包装的昆虫的个数。
3.加工工艺性及主要性能指标
（1）包装制品成型加工工艺性及主要性能指标。塑料包装制品大多数是塑料加热到黏流状态后在一定压力下成型的，表示其成型工艺性好坏的主要指标有：熔融指数（MI）、成型温度及温度范围（温度低，范围宽则成型容易）、成型压力（MPa）、塑料热成型时的流动性、成型收缩率。
（2）包装操作加工工艺性及主要性能指标。表示包装材料在食品包装各工艺过程，尤其在机械化、自动化工艺过程中的操作适应能力，其工艺性指标有：机械性能，包括强度和刚度；热封性能，包括热封温度、压力、时间及热封强度（在规定的冷却时间内热封焊缝所能达到的抗破裂强度）等。
（3）印刷适应性。包括油墨颜料与塑料的相容性，印刷精度、清晰度、印刷层耐磨性等。
二、食品包装常用的塑料树脂
（一）聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）
1.聚乙烯（PE）
聚乙烯树脂是由乙烯单体经加成聚合而成的高分子化合物，为无臭、无毒、乳白色的蜡状固体，其分子结构式为；大分子为线型结构，简单规整且无极性，柔顺性好，易于结晶。聚乙烯塑料是由PE树脂加入少量的润滑剂和抗氧化剂等添加剂构成。
（1）聚乙烯的主要包装特性。阻水阻湿性好，但阻气和阻有机蒸汽的性能差；具有良好的化学稳定性，常温下与一般酸碱不起作用，但耐油性稍差；有一定的机械抗拉和抗撕裂强度，柔韧性好；耐低温性很好，能适应食品的冷冻处理，但耐高温性能差，一般不能用于高温杀菌食品的包装；光泽度透明度不高，印刷性能差，用作外包装需经电晕处理和表面化学处理改善印刷性能；加工成型方便，制品灵活多样，且热封性能很好。PE树脂本身无毒，添加剂量极少，因此被认为是一种安全性很好的包装材料。
（2）乙烯的主要品种、性能特点及应用
①高压低密度聚乙烯（LDPE）：具有分支较多的线型大分子结构，结晶度较低，密度也低，为0.91～0.94g/cm3，因此，阻气、阻油性差，机械强度也低，但延伸性、抗撕裂性和耐冲击性好、透明度较高，热封性和加工性能好。LDPE在包装上主要制成薄膜，用于包装要求较低的食品，尤其是有防潮要求的干燥食品。利用其透气性好的特点，可用于生鲜果蔬的保鲜包装，也可用于冷冻食品包装，但不宜单独用于有隔氧要求的食品包装；经拉伸处理后可用于热收缩包装，由于其热封性、卫生安全性好、价格便宜，常作复合材料的热封层，大量用于各类食品的包装。
②低压高密度聚乙烯（HDPE）：大分子呈直链线型结构，分子结合紧密，结晶度高达85%～95%，密度为0.94～0.96g/cm3，故其阻隔性和强度均比LDPE高；耐热性也高，长期使用温度可达100℃，但柔韧性、透明性、热成型加工性等性能有所下降。HDPE也大量用于薄膜包装食品，与LDPE相比，相同包装强度条件下可节省原材料；由于其耐高温性较好，也可作为复合膜的热封层，用于高温杀菌（110℃）食品的包装；HDPE也可制成瓶、罐容器盛装食品。
③线型低密度聚乙烯（LLDPE）：大分子的支链长度和数量均介于LDPE和HDPE之间，具有比LDPE优的强度性能，抗拉强度提高了50%，且柔韧性比HDPE好，加工性能也较好，可不加增塑剂吹塑成型。LLDPE主要制成薄膜，用于包装肉类、冷冻食品和奶制品，但其阻气性差，不能满足较长时间的保质要求。为改善这一性能，采用与丁基橡胶共混来提高阻隔性，这种改性的PE产品在食品包装上有较好的应用前景。
2.聚丙烯（PP）
聚丙烯塑料的主要成分是聚丙烯树脂，密度为0.90～0.91g/cm3，是目前最轻的食品包装用塑料材料。
（1）主要包装特性。阻隔性优于PE，水蒸气透过率和氧气透过率与高密度聚乙烯相似，但阻气性仍较差；机械性能较好，具有的强度、硬度、刚性都高于PE，尤其是具有良好的抗弯强度；化学稳定性良好，在一定温度范围内，对酸碱盐及许多溶剂等有稳定性；耐高温性优良，可在100～120℃范围内长期使用，无负荷时可在150℃使用，但耐低温性比PE差，-17℃时性能变脆；光泽度高，透明性好，印刷性差，印刷前表面需经一定处理，但表面装潢印刷效果好；成型加工性能良好，但制品收缩率较大；热封性比PE差，但比其他塑料要好；卫生安全性高于PE。
（2）包装应用。聚丙烯主要制成薄膜材料包装食品。薄膜经定向拉伸处理（BOPP、OPP）后的各种性能，包括强度、透明光泽效果、阻隔性比普通薄膜（CPP）都有所提高，尤其是BOPP，强度是PE的8倍，吸油率为PE的1/5，故适宜包装含油食品，在食品包装上可替代玻璃纸包装点心、面包等；其阻湿耐水性比玻璃纸好，透明度、光泽性及耐撕裂性不低于玻璃纸，印刷装潢效果不如玻璃纸，但成本可低40%左右，且可用作糖果、点心的扭结包装。PP可制成热收缩膜进行热收缩包装；也可制成透明的其他包装容器或制品；同时还可制成各种形式的捆扎绳、带，在食品包装上用途十分广泛。
（二）聚苯乙烯（PS）和K-树脂
1.聚苯乙烯（PS）
聚苯乙烯由苯乙烯单体加聚合成，分子结构，因大分子主链上带有苯环侧基，结构不规整、不易结晶，柔顺性很低，因此，PS是线型、无定型、弱极性高分子化合物。
（1）性能特点。PS阻湿、阻气性能差，阻湿性能低于PE；机械性能好，具有较高的刚硬性，但脆性大，耐冲击性能很差；能耐一般酸、碱、盐、有机酸、低级醇，其水溶液性能良好，但易受到有机溶剂如烃类、酯类等的侵蚀软化甚至溶解；透明度好，高达88%～92%，有良好的光泽性；耐热性差，连续使用温度为60～80℃，耐低温性良好；成型加工性好，易着色和表面印刷，制品装饰效果很好；无毒无味，卫生安全性好，但PS树脂中残留单体苯乙烯及其他一些挥发性物质有低毒，对人体最大无害剂量为133mg/kg，因此，塑料制品中单体残留量应限定在1%以下。
（2）包装应用。PS塑料在包装上主要制成透明食品盒、水果盘、小餐具等，色泽艳丽，形状各异，包装效果很好。PS薄膜和片材料经拉伸处理后，冲击强度得到改善，可制成收缩薄膜，片材大量用于热成型包装容器。发泡聚苯乙烯EPS可用作保温及缓冲包装材料。目前大量使用的EPS低发泡薄片材可热成型为一次性使用的快餐盒、盘，使用方便卫生，价格便宜，但因包装废弃物难以处理而成为环境公害，因此将被其他可降解材料所取代。
（3）PS的改性品种。PS最主要的缺点是脆性。其改性品种ABS由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三元共聚而成，具有良好的柔韧性和热塑性，对某些酸、碱、油、脂肪和食品有良好的耐性，在食品工程上常用于制作管材、包装容器等。
2.K-树脂
K-树脂是一种具有良好抗冲击性能的聚苯乙烯类透明树脂，由丁二烯和苯乙烯共聚而成，由于其高透明和耐冲击性，被用于制造各种包装容器，如盒、杯、罐等。K-树脂无毒卫生，可与食品直接接触，经γ射线（2.6mGy）辐照后其物理性能不受影响，符合食品和药品的有关安全性规定，在食品包装上尤其是辐照食品包装应用前景看好。
（三）聚氯乙烯（PVC）和聚偏二氯乙烯（PVDC）
1.聚氯乙烯（PVC）
聚氯乙烯塑料以聚氯乙烯树脂为主体，加入增塑剂、稳定剂等添加剂混合组成，PVC树脂的分子式，大分子中C—Cl键有较强极性，大分子间结合力强，柔顺性差且不易结晶。
（1）性能特点。PVC树脂热稳定性差，在空气中超过150℃会降解而放出HCl，长期处于100℃温度下也会降解，在成型加工时也会发生热分解，这些因素限制了PVC制品的使用温度，一般需在PVC树脂中加入2%～5%的稳定剂。PVC树脂的分子结构决定了它具有较高黏流化温度，且很接近其分解温度，同时其黏流态时的流动性也差，为此需加入增塑剂来改善其成型加工性能。根据增塑剂的加入量不同可获得不同品种的PVC塑料，增塑剂量达树脂量的30%～40%时构成软质PVC，增塑剂量小于5%时构成硬质PVC。
（2）包装特性。PVC的阻气阻油性优于PE塑料，硬质PVC优于软质PVC；阻湿性比PE差；化学稳定性优良，透明度、光泽性比PE优良；机械性能好，硬质PVC有很好的抗拉强度和刚性，软质PVC相对较差，但柔韧性和抗撕裂强度较PE高；耐高低温性差，一般使用温度为-15～55℃，有低温脆性；加工性能因加入增塑剂和稳定剂而得到改善，加工温度在140～180℃范围；着色性、印刷性和热封性较好。
（3）卫生安全性。PVC树脂本身无毒，但其中的残留单体氯乙烯VC有麻醉和致畸致癌作用，对人体的安全限量为1mg/kg体重，故PVC用作食品包装材料时应严格控制材料中VC残留量；PVC树脂中VC残留量≤3ppm、包装制品小于1ppm（1ppm=10-6）时，满足食品卫生安全要求。
稳定剂是影响PVC安全性的另一个重要因素，用于食品包装的PVC材料不允许加入铅盐、镉盐、钡盐等较强毒性的稳定剂，应选用低毒且溶出量小的稳定剂。增塑剂是影响PVC安全性的又一重要因素，用作食品包装的PVC应使用邻苯二甲酸二辛酯、二癸酯等低毒品种作增塑剂，使用剂量也应在安全范围内。
（4）包装应用。PVC存在的卫生安全问题决定其在食品包装上的使用范围，软质PVC增塑剂含量大，卫生安全性差，一般不用于直接接触食品的包装，可利用其柔软性、加工性好的特点制作弹性拉伸膜和热收缩膜；又因其价廉，透明性、光泽度优于PE且有一定透气性而常用于生鲜果蔬的包装。硬质PVC中不含或含微量增塑剂，安全性好，可直接用于食品包装。
（5）改性品种。PVC树脂中加入无毒小分子共混而起增塑作用，故改性塑料中不含增塑剂，在低温下仍保持良好韧性；具有中等阻隔性、卫生安全，价格也便宜；其薄膜制品可用作食品收缩包装，薄片热成型容器用于冰激凌、果冻等的热成型包装。
2.聚偏二氯乙烯（PVDC）
PVDC塑料是由PVDC树脂和少量增塑剂和稳定剂制成。PVDC树脂的分子结构式为：
（1）性能特点。PVDC软化温度高、接近其分解温度，在热、紫外线等作用下易分解，与一般增塑剂相溶性差，加热成型困难而难以应用；工程上采用与氯乙烯单体共聚的办法来改善PVDC的使用性能，大分子有极性、分子结合力强，结构对称、规整，故结晶性高，加工性较差，制成薄膜材料时一般需加入稳定剂和增塑剂。
（2）包装特性。PVDC树脂用于食品包装具有许多优异的包装性能：阻隔性很高，且受环境温度的影响较小，耐高低温性良好，适用于高温杀菌和低温冷藏；化学稳定性很好，不易受酸、碱和普通有机溶剂的侵蚀；透明性光泽性良好，制成收缩薄膜后的收缩率可达30%～60%，适用于畜肉制品的灌肠包装，但因其热封性较差，薄膜封口强度低，一般需采用高频或脉冲热封合，也可采用铝丝结扎封口。
（3）适用场合。PVDC膜是一种高阻隔性包装材料，其成型加工困难，价格较高。目前除单独用于食品包装外，还大量用于与其他材料复合制成高性能复合包装材料。由于PVDC有良好的熔黏性，可作复合材料的黏合剂，或溶于溶剂成涂料，涂覆在其他薄膜材料或容器表面（称K涂），可显着提高阻隔性能，适用于长期保存的食品包装。