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食品气调包装用塑料包装材料
发布时间: 2017-12-27
食品气调包装广泛采用软性塑料袋或半刚性塑料盒，包装材料的要求基本与其他食品包装相同，但为了适应各类食品气调包装和销售要求对塑料包装材料的透气性、防雾性、易开盖膜等有其特殊要求。因此在选用食品气调包装的塑料包装材料时除了熟悉常用塑料的基本性能外，还必需了解气调包装的特殊要求以及包装材料对食品保鲜效果的影响。
2.1 食品气调包装常用塑料性能
2.1.1 聚烯烃类(Polyolefins)
食品气调包装常用的聚烯烃主要是聚乙烯和聚丙烯两种。
1.聚乙烯（PE, polyethylene）
聚乙烯包装性能特点是水蒸气的透湿率很低而氧、二氧化碳的透气率很高，耐低温而不耐高温，化学性能稳定但不耐油脂。聚乙烯热封性能好和热封温度低，能适应包装机高速热封封口操作的要求，常作为复合包装材料的热封层。聚乙烯的印刷性能和透明度较差，影响产品销售效果。聚乙烯根据乙烯聚合时的压力大小有五个品种：
1）高压低密度聚乙烯(LDPE ，Low Density Polyethylene) 在高压和较高温度条件下聚合，相对密度为0.917～0.924。在聚乙烯品种中，它对气体阻隔性最低和热封温度最低 ，适合作新鲜果蔬保鲜包装的包装材料和复合包装材料的热封层。LDPE的包装性能虽然较差，但价格低、卫生安全，大量用于一般食品包装袋和作为复合塑料薄膜基材。
2）中压中密度聚乙烯（MDPE Middle Density Polyethylene ） 在较低压力和温度条件下聚合，相对密度为0.925～0.935。MDPE的热封温度高于LDPE，热稳定性较高，可达115～120℃。脆性随密度的增加而增加。透明度劣于LDPE。
3）低压高密度聚乙烯（HDPE ，High Density Polyethylene ）。 HDPE的相对密度为0.936～0.960。由于相对密度高，使HDPE的强度、阻气性提高，但透明度下降。HDPE的热稳定性增加，热封温度为135～150℃，使用温度在-50～+100℃ 之间。
4）线型聚乙烯（ Linear Polyethylene）。 线型聚乙烯是用很低压力制成的，具有线性大分子的聚乙烯，它的支链很短很少。按相对密度又可分为线型超低相对密度聚乙烯（ULDPE，相对密度〈0.900）、线型甚低相对密度聚乙烯（VLDPE，相对密度0.901—0.917）、线型低相对密度聚乙烯（LLDPE）、线型中相对密度聚乙烯（LMDPE）和线型高相对密度聚乙烯（LHDPE）。在复合材料中，与非线型聚乙烯薄膜比较，有一系列优点：热封温度低，如ULDPE低达85℃；机械强度和承受动载荷能力好；伸长率高；热粘合强度好；热封封口质量好；相对密度为0.92时可蒸煮，相对密度大于0.92时可巴氏杀菌或高温杀菌。采用线型聚乙烯薄膜，不仅可以降低薄膜厚度和改进薄膜的性能，而且可以扩大薄膜的用途。
聚乙烯品种中应用最广泛的是LDPE，除了作为基材与其他阻隔性薄膜复合成复合薄膜、热封层外还可以通过添加不同的添加剂或粘合剂构成防雾性、可揭开性和高透气性的特殊功能的包装材料。
2 聚丙烯（PP polypropylene）
PP的相对密度在0.85～0.92之间，是最轻的塑料。与PE 相比，阻透性相似，力学性能优于PE，耐油脂，耐高温（可长时间处于140℃高温）。PP的熔接温度在160～200 ℃之间，因此热封温度高于PE，影响包装机热封速度。经热定型单向拉伸聚丙烯（OPP）和双向拉伸聚丙烯（BOPP）的包装性能与未拉伸聚丙烯相比有以下变化；因加热收缩须采用瞬时脉冲加热法热封；冻藏包装时，未拉伸的PP会变脆，而拉伸PP可耐-60℃温度；未拉伸的PP半透明，拉伸的PP有类似玻璃般的光泽和透明度，包装形象甚佳；拉伸的PP的水蒸气透气率和氧气透气率比未拉伸的PP低33％～50%；抗油脂性强。
2.1.2 乙烯基聚合物（Vinyl polymers）
1.乙烯醋酸乙烯共聚（EVA ，Ethylene vinyl acetate copolymers）
EVA的透湿量和透气量比 LDPE高，具有良好的热封性能。LDPE薄膜中加入少量的EVA（如4%）可以进一步改善热封性能，即使热封面上有少量水分等污染也能得到很好的热封强度。
2. 聚氯乙烯（PVC ,Polyvinyl chloride）
PVC 的主要优点是透明度高，对氧和气味物质的透气量较低而透湿量中等，阻油性好，力学性能好（抗撕裂强度`刚性`韧性等）。此外着色性、印刷性和热封性好，是一种常用的食品包装材料。PVC的缺点是热稳定性差，不耐高温和低温，一般使用温度在-15～55℃。PVC根据加入增塑剂的数量，分为软聚氯乙烯和硬聚氯乙烯。软PVC薄膜的熔接温度为120℃，硬PVC薄膜的熔接温度为150℃，未加增塑剂的聚氯乙烯称UPVC。聚氯乙烯树脂本身是一种无毒聚合物，但原料中单体氯乙烯对人体有剧毒，食品级的PVC成型品允许单体氯乙烯的残留量＜10-6。
3.聚偏二氯乙烯共聚（PVDC polyvinylidene Chloride copolymer）
聚偏二氯乙烯为均聚物，它的熔点比它的快速分解温度（210℃）低5～10℃，因此很难在标准温度下加工，而与氯乙烯（VC），丙烯酸甲酯（MA）等单体共聚可将熔点降低至140～175℃。但商业上用的PVDC是50%以上的偏二氯乙烯与其他单体的共聚物，如赛伦薄膜（Saran Wrap牌号）的正确术语为偏二氯乙烯-氯乙烯共聚薄膜或聚偏二氯乙烯共聚物。在目前所有的食品包装塑料中，PVDC对水蒸气、气体和气味物质的阻隔性能最佳。PVDC能耐高低温，可用作高温杀菌的食品和冷藏食品的包装材料。PVDC有一定的收缩性，高温下收缩时有适度弹性，韧性和柔性都很高，耐磨且表面光滑，透明度好。PVDC因有收缩性，须采用脉冲或高频热压封合。
4.乙烯-乙烯醇共聚(EVOH ethylene-vinyl alcohol copolymers)。
乙烯-乙烯醇共聚物是乙烯醇和乙烯的水解共聚产物。EVOH最早由日本Kuraray公司和Nippon Gohsei公司生产,商品名叫EVAL树脂。EVOH的阻气性最高，它的透氧量是PA的1%和PVDC的1/10。表2-1是EVOH与PA（尼龙）、PET（聚酯）和PVDC的透气系数比较。EVOH对水蒸气敏感阻透性低于PVDC，这是由于共聚物分子结构中存在亲水和吸湿的氢氧基。当吸收湿气时，氧气的阻隔性能会受到不利影响，因此与PA一样作为复合包装材料的阻隔层。此外，EVOH还具有非常好的耐油、耐有机溶剂和保持食品香味与气味的性能（见表2-2）。
PVDC和EVOH是食品气调包装阻隔性最好的包装材料，由于价格贵和热封性差常作为复合薄膜的阻隔层。
EVOH` PVDC`PA和PET对O2` CO2` N2 的透气系数
|
品种 |
O2 |
N2 |
CO2 |
|
|
mL. μm /（ m2 . 24h .kPa），25℃ .. 0%RH . |
||||
|
EVOH.EP-F级产品 |
0.0386 |
0.0038 |
0.1787 |
|
|
EVOH.EP-E级产品 |
0.3536 |
0.3108 |
1.5932 |
|
|
高阻隔性PVDC |
0.5829 |
0.0466 |
2.9145 |
|
|
OPA(尼龙6) |
6.9170 |
2.7202 |
46.243 |
|
|
OPET |
8.8918 |
1.7875 |
24.870 |
|
表2-2 EVOH复合塑料的保香性能
|
品种 |
厚度/mil |
漏泄香气的天数 |
|||
|
香草醛 (香草精) |
薄荷醇 (薄荷油) |
胡椒醛 (天芥采精) |
樟脑 |
||
|
PET / EVOH / PE |
12 / 15 / 50 |
15 |
25 |
27 |
<30 |
|
OPP / EVOH / PE |
18/ 15/ 50 |
30 |
<30 |
27 |
<30 |
|
PET / EVOH |
12/ 15 |
<30 |
<30 |
30 |
<30 |
|
PET / PE |
12/ 50 |
2 |
16 |
5 |
<30 |
|
OPP / PE |
17/ 50 |
6 |
2 |
1 |
13 |
注：1mil=1×10-6m。
2.1.3 聚苯乙烯（PS ,Polystyrene）
PS是一种高拉伸强度的热塑性材料，具有良好的成型加工性能和印刷性能，透明度高，但对水蒸气和氧气的阻透性差，耐低温不耐高温，使用温度一般不超过70℃。发泡聚苯乙烯（EPS）隔热性能好。
2.1.4 聚酰胺（PA polyamide or nylon 尼龙）
PA品种有尼龙6、尼龙11等，是根据分子链含碳原子数命名的。PA的熔点高，如PA6达220℃，因此可以经受135～150℃高温杀菌，但也使热封困难，热封温度高达180～190℃，通常与一层容易热封的塑料复合如PE、PP等。PA对气体、水蒸气、油、脂肪和气味物质阻隔性能相当好，透明度高。耐磨，常作为复合包装材料的阻隔层。PA有很高的拉伸强度和耐磨性，但它的机械强度随吸收水分而改变但干燥后会恢复原状。透气率与含水量有关。
2.1.5聚酯（PET polyester）。
聚酯与尼龙的包装性能相似，熔点高达260℃，温度使用范围很广（-180～+220℃），可经受高温杀菌，阻气性低于尼龙，由于熔点高热封困难，与PA一样可作为复合包装材料的阻隔层。PET透明度高，机械强度高，耐冲击、耐磨、耐酸、耐油和印刷性能好。CPET（结晶聚酯）常用作加工预成型盒，但不适合在自动热成型包装机上热成型。
表2-3为常用塑料包装薄膜性能数据。
表2-3 常用塑料包装薄膜性能数据
|
主要性能 |
聚乙烯(PE) |
EVA (VA12%) |
离子型聚合物 |
||||||
|
LDPE |
MDPE |
HDPE |
LLDPE |
||||||
|
透明性 |
从半透明到透明 |
透明 |
透明 |
||||||
|
相对密度 |
0.91～0.925 |
0.926～0.940 |
0.941～0.965 |
0.915～0.925 |
0.94 |
0.94～0.96 |
|||
|
膜面积/(m2/kg),厚100μm |
110～108 |
108～106 |
106～104 |
109 |
106 |
106～104 |
|||
|
抗张强度/( 0.1Mpa) |
70～250 |
140～350 |
210～500 |
210～350 |
210～350 |
200～350 |
|||
|
伸长率（%） |
200～600 |
200～500 |
100～500 |
500～700 |
300～500 |
400～800 |
|||
|
冲击破裂强度/ (0.1Mpa) |
7～11 |
4～6 |
1～3 |
8～13 |
6～11 |
1～3 |
|||
|
撕裂强度/(0.01N/25.4μm厚) |
100～400 |
500～300 |
15～300 |
80～800 |
50～100 |
15～150 |
|||
|
热封温度/℃ |
120～180 |
130～165 |
135～165 |
120～180 |
100～150 |
90～204 |
|||
|
透湿度/〔g/(24h.m2)〕,25μm. 30℃.90%RH |
～19 |
7.8～16 |
4.7～10 |
～19 |
～60 |
20～33 |
|||
|
透氧率/〔ml/(24h.m2 .0.1Mpa) 〕,25μm . 23℃ .0%RH |
3900～13000 |
2560～5200 |
510～3875 |
3875～13000 |
8000～10000 |
3500～1500 |
|||
|
耐油脂性 |
欠佳 |
良 |
良 |
良 |
一般 |
好 |
|||
|
最高使用温度/℃ |
65 |
80～105 |
120 |
15～85 |
70 |
160 |
|||
|
最低使用温度/℃ |
～50 |
～50 |
～50 |
～50 |
～50 |
～70 |
|||
|
机械操作适应性 |
中 |
中 |
良 |
中-良 |
中 |
良 |
|||
|
印刷性 |
处理后可以印刷 |
||||||||
|
热收缩性 |
有的有收缩 |
||||||||
|
软化温度/℃ |
85～95 |
115～120 |
115～125 |
|
|
|
|||
|
蒸煮温度/℃ |
<90 |
<110 |
<110 |
|
|
|
|||
|
简要说明 |
具有优良的化学稳定性，可蒸煮、耐冷冻、价格低，易加工，性能比较均衡，应用广泛，即用作单膜也用作复合膜的热封层。主要缺点是氧气阻隔性差，不适合用于食品长期贮藏的包装。主要用于防湿包装、果蔬包装和一般食品包装 |
耐低温热封性好、耐应力开裂性好常与聚乙烯树脂共用以提高上述性能 |
耐低温、耐油性好、热封性好，对尼龙和聚乙烯有较好的粘合能力 |
||||||
表2-3几种常用塑料包装薄膜性能数据(续)
|
主要性能 |
聚丙烯（PP） |
聚苯乙烯（OPS） |
玻璃纸 （PT） |
聚酯 （PET） |
尼龙 （PA） |
|
|
CPP |
OPP |
|||||
|
透明性 |
半透明 |
透明 |
透明 |
透明 |
透明 |
透明到半透明 |
|
相对密度 |
0.88～0.90 |
0.905 |
1.05～1.09 |
1.4～1.55 |
1.35～1.39 |
1.13~1.14 |
|
膜面积/(m2/kg),厚100μm |
111～114 |
110 |
|
72～65 |
74～72 |
89～87 |
|
抗张强度/0.1MPa |
210～630 |
1750～2100 |
630～840 |
200～1000 |
1750～2300 |
490～1260 |
|
伸长率（%） |
400～800 |
600～100 |
10～50 |
15～25 |
90～125 |
250～500 |
|
冲击破裂强度/0.1MPa |
1～3 |
5～15 |
8～15 |
25～30 |
4～6 |
高 |
|
撕裂强度/(0.01N/25.4μm厚） |
40～300 |
4～6 |
4～20 |
2～10 |
13～80 |
20～50 |
|
热封温度/℃ |
160～205 |
单膜不能热封 |
120～165 |
90～150 |
单膜不能热封 |
180～260 |
|
透湿度/〔g/(24h.m2)〕,25μm. 30℃.90%RH |
7.5～10 |
4～10 |
>100 |
随温度增加 |
20 |
370～400 |
|
透氧率/〔ml/(24h.m2 .0.1Mpa) 〕,25μm . 23℃ .0%RH |
1000～1400 |
2100 |
2600～7700 |
10, 温度高时增加 |
77 |
40 |
|
耐油脂性 |
良 |
良 |
良 |
|
良 |
不透过 |
|
最高使用温度/℃ |
160 |
160 |
77 |
100℃碳化 |
120 |
170~190 |
|
最低使用温度/℃ |
|
-50 |
<-20 |
因温度不同而异 |
-60 |
-60 |
|
机械操作适应性 |
良 |
良 |
优 |
良 |
良 |
良 |
|
印刷性 |
处理后可以印刷 |
同左 |
特种油墨 |
优 |
良 |
良 |
|
热收缩性 |
有的有收缩 |
不收缩 |
有的收缩 |
收缩 |
不收缩 |
有的收缩 |
|
软化温度/℃ |
|
130～15080 |
|
15 |
190 |
|
|
蒸煮温度/℃ |
<120 |
<120 |
<78 |
|
<115 |
<115 |
|
简要说明 |
价廉、易加工，性能均衡，耐热，是应用广泛的蒸煮包装薄膜。缺点是CPP的耐低温性能差，OPP热封困难，气体阻隔性差 |
透明性与热封性好，价廉、易加工，但质脆、透气率高 |
透明性好，刚挺不会发生静电。适合高速自动制袋包装 |
强度高、耐高温、耐老化。气体阻隔性能佳。但价格高 |
抗张强度高、耐穿刺，气体阻隔性能佳，但对水和水汽透过性大，价格较贵 |
|
表2-3几种常用塑料包装薄膜性能数据（续）
|
主要性能 |
丙烯腈类聚合物（PAN） |
聚氯乙烯 （PVC） |
聚偏二氯乙烯 （PVDC） |
聚乙烯醇 （PVA） |
乙烯-乙烯醇共聚物 （EVOH） |
|
透明性 |
透明 |
透明到半透明 |
透明 |
透明 |
透明 |
|
相对密度 |
1.15 |
1.23～1.5 |
1.59～1.71 |
1.23～1.35 |
1.14～1.39 |
|
膜面积/（kg/m2），厚100μm |
87 |
81～67 |
63～59 |
81～74 |
87～84 |
|
抗张强度（0.1MPa） |
660 |
140～1100 |
560～1400 |
350～800 |
520~730 |
|
伸长率（%） |
5 |
5～500 |
40～100 |
150～500 |
230～280 |
|
冲击破裂强度（0.1MPa） |
12～20 |
10～15 |
10～15 |
12～20 |
0.4～428 |
|
撕裂强度（0.01N/25.4μm厚） |
高 |
变化大 |
100～20 |
|
|
|
热封温度/℃ |
70～150 |
100～180 |
|
90～165 |
130～80 |
|
透湿率/〔g/(24h.m2)〕,25μm. 30℃.90%RH |
775 |
25～100 |
1.55～4.65 |
>50 |
15～80 |
|
透氧率/〔ml/(24h.m2 .0.1Mpa) 〕,25μm . 23℃ .0%RH |
12.5 |
78～23250 |
7.7～26.5 |
<0.2 |
0.4～5 |
|
耐油脂性 |
不透过 |
良 |
良 |
不透过 |
不透过 |
|
最高使用温度/℃ |
70 |
<100 |
|
|
|
|
最低使用温度/℃ |
<-20 |
决定于助剂 |
-20 |
|
|
|
机械操作适应性 |
中 |
中 |
中 |
中 |
优 |
|
印刷性 |
良 |
特种油墨 |
特种油墨 |
特种油墨 |
良 |
|
热收缩性 |
不收缩 |
|
有的收缩 |
有的收缩 |
|
|
软化温度/℃ |
60～100 |
60～100 |
|
|
|
|
蒸煮温度/℃ |
|
<110 |
<110 |
|
|
|
简要说明 |
具有高阻氧性,价格较贵 |
价廉、应用广泛，易热封和印刷。单体PVC有毒，须用食品级 |
气体和水汽阻隔性能佳，有收缩性须用高频热封，价格高 |
气体和水汽阻隔性佳，耐化学性能好，不带静电，易印刷，可制成水溶性薄膜 |
气体和水汽阻隔性佳，但价格贵 |
2.2 塑料薄膜透气性，防雾薄膜和易开盖膜
2.2.1塑料薄膜透气性
塑料薄膜透气性对食品气调包装选用合适的塑料包装材料有重要的意义。新鲜鱼、肉等易腐食品的气调保鲜包装，要求透气性低或阻气性高的塑料薄膜包装才能有效地保持包装内气调气氛。新鲜果蔬气调包装要求高透气性塑料薄膜作为气体交换膜与大气进行气体交换，补充果蔬呼吸消耗的氧和排出产生的二氧化碳，才能维持包装内气调气氛。因此，充分了解塑料薄膜透气性机理并合理地选择塑料薄膜是食品气调包装工艺的重要组成部分。
气体透过聚合物转移的机理一般是通过活化扩散过程进行的。凝集状态的气体分子被认为溶于聚合物的表面层，它们在气体浓度或压力梯度驱动力的影响下，通过活化的聚合物链段运动和气体分子跳跃的过程，迁移过整个聚合物并从另一表面上蒸发出。若在聚合物的两侧保持恒定的压力差或浓度差，则在经过很短的过渡状态后，就达到气体分子恒速传递的稳态流动。
食品包装塑料薄膜是一种聚合物，气体分子对塑料膜的渗透现象往往属于活性扩散。在一定条件下，如果塑料膜上存在裂缝、针眼或其他细缝时，就可能发生其他类型的扩散。气体扩散速度J定义为单位时间内通过垂直于流动方向上单位面积A的气体量Q
塑料薄膜的透气系数的单位为〔cm3. cm/（cm2 . s . Pa）〕,采用的英制单位为〔cm3 . mil/（100 in2 . 24h. 0.1MPa)〕，国际单位为〔cm3 .μm/（m2 . 25h. kPa）〕，英制单位转换为国际单位须将英制数据乘以3.886。 塑料薄膜的透气率单位为〔ml/（m2 . 24h.. 0.1MPa)〕或〔cm3/（m2 . 24h . 0.1MPa)〕,由于在测试塑料薄膜的透气系数时受到测试温度和薄膜的相对湿度(RH%)影响,透气率单位需要表示其测试时的温度和相对湿度，如〔ml/（m2. 24h .0.1MPa ）〕,23℃ .0RH% 。
水蒸汽透气系数和透湿率是塑料薄膜另一个重要的透气性指标。水蒸汽渗透塑料薄膜的机理与气体相同但表达的单位稍有差别，水蒸汽透湿率/透湿量（MVTR, moisture vapour transmission rate ）的单位为［g/（m2.24h.)］，水蒸汽透气系数单位为［g.cm/（cm3.pa）］。
不同的塑料薄膜由于材料高分子的聚集状态（结晶性）、聚合物结构对气体的扩散性和溶解性以及采用的添加剂等不相同而构成不同的透气系数。此外，不同气体对同一种塑料薄膜的渗透性也不相同，一般N2的透气性最小、O2稍大、CO2最大。这是与气体分子大小（动力学直径有关）和形状有关，如N2动力学直径为0.364nm、O2的动力学直径为0.346nm、CO2动力学直径为0.33nm。分子的动力学直径越小，在聚合物中扩散越容易、扩散系数越大。但气体分子直径的大小并不是决定气体渗透性的唯一因素，因为渗透性还与气体在聚合物中的溶解度有关。另外气体分子的形状也能影响气体的渗透性。尽管各种塑料薄膜透气系数不同，但无论何种塑料膜，氧气渗透速度比氮气快4倍左右，而二氧化碳比氮气快20倍左右。表2-4常用塑料薄膜的气体透气率。
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