近50年來,合成材料的迅速發展,取代了大量的天然材料。由於合成材料有著卓越的效能,因而在包裝領域被大量應用,各種塑膠薄膜、塑膠容器及複合材料更在飲料包裝中大顯身手。 塑膠包裝材料的卓越效能塑膠是以合成樹脂為主要原料,新增穩定劑、著色劑、潤滑劑以及增塑劑等組分而得到的合成材料。
塑膠包裝材料最大的特點,是可以透過人工的方法很方便地調節材料效能,以滿足各種不同的需要,即防潮、隔氧、蔽光、保香等功效;還可以製成複合薄膜及多層塑膠瓶,質輕、不易破損,又有利於運輸及攜帶。塑膠包裝材料透明、光潔及平滑,易於印刷和造型裝潢,可美化商品外觀,提高商品陳列效能。
用於飲料包裝的塑膠種類及特點除有毒性雜質的塑膠外,幾乎所有塑膠都可用於飲料食品包裝,但用量最大的是價格低廉的聚烯烴。常用的塑膠種類有:聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯、聚偏二氯乙烯及聚碳酸酯。 聚乙烯(PE)PE是世界上產量最大的合成樹脂,也是消耗量最大的塑膠包裝材料,約佔塑膠包裝材料的30%。
1933年美國ICI公司採用高壓法研製出聚乙烯。20世紀40年代及50年代,美國和義大利相繼發明了中壓法及低壓法生產聚乙烯的方法。到70年代已有數十種技術生產聚乙烯。聚乙烯產品大致可分為低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)。
密度是衡量結晶度的尺度,如果密度高,結晶度高,聚乙烯的水蒸氣滲透率和油脂滲透率隨之降低。但LDPE透明度較好,柔軟、伸長率大,抗衝擊性與耐低溫性較HDPE為優,在各類包裝中用量仍較大,但作為食品包裝材料其缺點較明顯。高密度聚乙烯(HDPE)的分子結構主要為線型,支鏈很少,所以又叫線型聚乙烯,它具有較高的結晶度,允許較高的使用溫度,其硬度、氣密性、機械程度、耐化學藥品效能都較好。
所以大量採用吹塑成型製成瓶子等中空容器。由於它具有較高的耐油脂效能,廣泛用於盛裝牛奶、牛奶製品,包裝天然果汁和果醬之類的食品。不過HDPE的保香性差,所裝食品飲料不宜久藏。 為了改善聚乙烯的保香效能,利用它具有熱封效能好的特點,可將其作為複合薄膜的內層材料。
二層複合材料如PC/PE、AL(鋁箔)/PE;三層複合材料如PET/OPP/PE、PET/PVDC/PE、PET/AL/PE等,已大量應用於飲料粉包裝,美國採用玻璃紙/黏合劑/PE的複合瓶專盛檸檬汁。歐洲利用HDPE和Lamipct(一種以95%皂化的聚醋酸乙烯酯為基礎的材料)進行三層複合。
後一種材料位於層壓物中間。HDPE提供了堅硬性和耐衝擊性,而Lamipct層具有對氧的隔絕性和防止香精的逸散性。由此複合物製成的瓶稱為Lamicon瓶,是典型的果汁瓶。 聚氯乙烯(PVC)聚氯乙烯由無色液態氯乙烯單體(簡寫成VCN)在壓力容器中聚合,所得樹脂為白色的流動自如的粉末。
氯乙烯中含氯量約佔56%,這些氯來自食鹽,因此聚氯乙烯樹脂不受石油和天然氣價格飛漲的影響。聚氯乙烯樹脂可以透過配製,獲得各種效能和滿足不同特殊需要的材料。 PVC塑膠大致可分為硬製品、軟製品和糊狀製品三類。硬製品增塑劑一般少於5%,軟製品中增塑劑多達20%以上。
PVC在包裝工業中被稱為多用途聚合物,它具有良好的空氣、溼氣阻隔性和透明性。著色功能強,適應所有塑膠成型加工。 硬質PVC因不含或很少含有增塑劑,其成品無增塑劑的異味,而且機械強度優良,質輕,化學性質穩定,所以製成的PVC容器廣泛用於飲料包裝。
據資料介紹:用注拉吹法生產的PVC瓶無縫線,瓶壁厚薄均勻,可用於盛裝含CO2的飲料如可口可樂及汽水等。目前中國採用擠出吹塑法生產的PVC瓶只適用於盛裝果汁和礦泉水。 PVC材料的安全性一直是人們關注的問題。PVC瓶曾因氯乙烯致癌問題出現過產量一度下降的情況。
但近年來經人們不懈努力,PVC中的氯乙烯含量已下降到衛生學上的允許水平。用於包裝的PVC樹脂中的氯乙烯含量不能高於1×10-6,即1kgPVC樹脂只允許含1mg氯乙烯單體,用這種PVC樹脂生產的瓶子包裝飲料後,在食品中測不出氯乙烯單體。 聚丙烯(PP)聚丙烯是由丙烯聚合而成。
丙烯主要來源於石油裂解產物。聚丙烯的相對密度較小,為聚氯乙烯的60%左右。所有聚丙烯薄膜是高結晶的結構,滲透性為聚乙烯的1/4~1/2,透明度高,光潔,加工性高。 PP廣泛用於製備纖維、成型製品,但主要是塑膠薄膜。薄膜分雙向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)和未拉伸聚丙烯薄膜,前者是向縱橫方向拉伸,使分子定向。
所以機械強度、耐寒性、光澤性都有提高,可與玻璃紙相媲美。目前,具有氣密性、易熱合性的聚丙烯的塗布薄膜及與其他薄膜、玻璃紙、紙、鋁箔等複合的複合材料已大量生產,用PP複合材料製作的容器可用於飲料包裝。 各類PP都有一個帶靜電的共同特點,為解決這個問題,一般在薄膜上塗布防靜電劑或者將防靜電劑混煉於薄膜中。
在薄膜上塗布氣密性好的聚偏二氯乙烯類樹脂可提高PP的抗氧化性。 聚酯(PET或PETP)聚酯通常是聚對苯二甲酸乙二醇酯的簡稱,實際上聚酯還是一大類主鏈含酯基的聚合物總稱。最早的產品是苯二甲酸酐、甘油、乾性油或其脂肪酸製成的醇酸樹脂,它至今仍是塗料的主要品種。
這種需要不飽和單體交聯的聚酯常被稱為不飽和聚酯。在塑膠工業中常稱為聚酯。 PET是一種結晶性好,無色透明,極為堅韌的材料。有玻璃的外觀,無臭、無味、無毒,相對密度為1.34(非晶態),易燃,燃燒時有藍色邊緣的黃色火焰,氣密性良好。 PET的膨脹係數小,成型收縮率低,僅0.2%,是聚烯烴的十分之一,較PVC和尼龍小,故製品的尺寸穩定。
機械強度堪稱最佳,其擴張程度與鋁相似,薄膜強度為聚乙烯的9倍、聚碳酸酯和尼龍的3倍,衝擊強度是一般薄膜的3~5倍。而其薄膜又有防潮和保香效能。 由於聚酯具有上述優點,在以前已成為主要包裝材料,但是聚酯薄膜價格較貴,熱封困難,易帶靜電,所以單獨使用極少,大多是用PVDC等熱封性較好的樹脂塗布或共同製成複合薄膜。
聚酯複合薄膜品種很多,主要是PET/PE複合材料,用於液體食品、藥品和咖啡等軟包裝。此外還有PET/紙/PE、PET/AL/PO(聚烯烴)、PET/ETA(乙烯乙酸乙烯酯)、PET/紙/AL/PO等。 採用二軸延伸吹塑法的PET瓶,能充分發揮PET的特性,即具有良好的透明度,表面光澤較高,呈玻璃狀外觀,是代替玻璃瓶最合適的塑膠瓶。
近年來PET瓶生產發展迅速,耐熱PET瓶廣泛應用於茶飲料、果汁飲料等需要熱罐裝的飲料。 聚偏二氯乙烯(PVDC)1939年美國DOW化學公司發現了偏二氯乙烯與氯乙烯共聚物良好的效能,次年投產,商品名叫“Saran”,常譯作“莎綸”。日本於1945年開始生產,並以“庫拉綸”的商標投入市場,用於包裝日本特有的魚肉香腸。
氯乙烯一偏二氯乙烯薄膜中含氯乙烯較少,約10%~20%,所以常簡稱聚偏二氯乙烯薄膜。 PVDC的特點是柔軟而具有極低的透氣、透水效能,可防止異味透過,保鮮、保香效能良好,適於長期儲存食品,耐酸、鹼、化學藥品及耐油脂效能優良,具有良好的熱收縮性,適合做密封包裝,是較好的熱收縮包裝材料。
這種薄膜在50℃以上收縮,在100℃有20%~60%的收縮率,只要在熱水中浸泡5秒即可收緊包好。PVDC的缺點是太柔軟,操作效能不良;結晶性強,易開裂穿孔,耐老化性差;其單體也有毒性。因此,用作食品包裝要嚴格檢查質量,目前由於價格較高,應用不廣,主要用作塗布材料或製造複合材料。
PVDC常與紙、鋁箔及其他塑膠薄膜製成複合材料或PVDC塗布材料。採用溶劑粘合法可得到良好的結合。這些複合材料具有優良的防潮、隔氧、密封效能,也易於熱封,適宜於包裝含水食品。 玻璃紙塗以PVDC後,在日本稱為K型玻璃(KT),再與PE複合的薄膜,稱“FOP”,常用於包裝橘汁。
此外塗布在尼龍上與PE複合,塗布在聚酯上與KPE複合都是用於包裝飲料的材料。美國MilprintInC生產的塗PVDC玻璃紙/聚乙烯擠出複合層/聚乙烯薄膜的複合材料。用於包裝冰凍含汽飲料。 聚碳酸酯(PC)聚碳酸酯是擁有碳酸酯結構的樹脂的總稱。
PC是無色透明,光潔美觀的塑膠,外觀很像有機玻璃,3.2mm厚的片材透光率可達89%,折射率1.5869。由於PC無毒、無異味,阻止紫外線透過效能及防潮保香效能好,透氣透溼率低,耐溫範圍廣,在-180℃下不脆裂,在130℃環境下可長期使用,所以是一種理想的食品包裝材料。
利用PC耐衝擊、容易成型的特點,製造成瓶、罐及各種形態的容器,用於包裝飲料、酒類、牛奶等流體物質。PC最大缺點是產生應力開裂。生產中除了選用高純度原料,嚴格控制各種加工條件外,採用內應力小的樹脂改性,如少量的聚烯烴、尼龍、聚酯等熔融共混,可顯著改進抗應力開裂性、抗水性。
近50年來,合成材料的迅速發展,取代了大量的天然材料。由於合成材料有著卓越的效能,因而在包裝領域被大量應用,各種塑膠薄膜、塑膠容器及複合材料更在飲料包裝中大顯身手。 塑膠包裝材料的卓越效能塑膠是以合成樹脂為主要原料,新增穩定劑、著色劑、潤滑劑以及增塑劑等組分而得到的合成材料。
塑膠包裝材料最大的特點,是可以透過人工的方法很方便地調節材料效能,以滿足各種不同的需要,即防潮、隔氧、蔽光、保香等功效;還可以製成複合薄膜及多層塑膠瓶,質輕、不易破損,又有利於運輸及攜帶。塑膠包裝材料透明、光潔及平滑,易於印刷和造型裝潢,可美化商品外觀,提高商品陳列效能。
用於飲料包裝的塑膠種類及特點除有毒性雜質的塑膠外,幾乎所有塑膠都可用於飲料食品包裝,但用量最大的是價格低廉的聚烯烴。常用的塑膠種類有:聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯、聚偏二氯乙烯及聚碳酸酯。 聚乙烯(PE)PE是世界上產量最大的合成樹脂,也是消耗量最大的塑膠包裝材料,約佔塑膠包裝材料的30%。
1933年美國ICI公司採用高壓法研製出聚乙烯。20世紀40年代及50年代,美國和義大利相繼發明了中壓法及低壓法生產聚乙烯的方法。到70年代已有數十種技術生產聚乙烯。聚乙烯產品大致可分為低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)。
密度是衡量結晶度的尺度,如果密度高,結晶度高,聚乙烯的水蒸氣滲透率和油脂滲透率隨之降低。但LDPE透明度較好,柔軟、伸長率大,抗衝擊性與耐低溫性較HDPE為優,在各類包裝中用量仍較大,但作為食品包裝材料其缺點較明顯。高密度聚乙烯(HDPE)的分子結構主要為線型,支鏈很少,所以又叫線型聚乙烯,它具有較高的結晶度,允許較高的使用溫度,其硬度、氣密性、機械程度、耐化學藥品效能都較好。
所以大量採用吹塑成型製成瓶子等中空容器。由於它具有較高的耐油脂效能,廣泛用於盛裝牛奶、牛奶製品,包裝天然果汁和果醬之類的食品。不過HDPE的保香性差,所裝食品飲料不宜久藏。 為了改善聚乙烯的保香效能,利用它具有熱封效能好的特點,可將其作為複合薄膜的內層材料。
二層複合材料如PC/PE、AL(鋁箔)/PE;三層複合材料如PET/OPP/PE、PET/PVDC/PE、PET/AL/PE等,已大量應用於飲料粉包裝,美國採用玻璃紙/黏合劑/PE的複合瓶專盛檸檬汁。歐洲利用HDPE和Lamipct(一種以95%皂化的聚醋酸乙烯酯為基礎的材料)進行三層複合。
後一種材料位於層壓物中間。HDPE提供了堅硬性和耐衝擊性,而Lamipct層具有對氧的隔絕性和防止香精的逸散性。由此複合物製成的瓶稱為Lamicon瓶,是典型的果汁瓶。 聚氯乙烯(PVC)聚氯乙烯由無色液態氯乙烯單體(簡寫成VCN)在壓力容器中聚合,所得樹脂為白色的流動自如的粉末。
氯乙烯中含氯量約佔56%,這些氯來自食鹽,因此聚氯乙烯樹脂不受石油和天然氣價格飛漲的影響。聚氯乙烯樹脂可以透過配製,獲得各種效能和滿足不同特殊需要的材料。 PVC塑膠大致可分為硬製品、軟製品和糊狀製品三類。硬製品增塑劑一般少於5%,軟製品中增塑劑多達20%以上。
PVC在包裝工業中被稱為多用途聚合物,它具有良好的空氣、溼氣阻隔性和透明性。著色功能強,適應所有塑膠成型加工。 硬質PVC因不含或很少含有增塑劑,其成品無增塑劑的異味,而且機械強度優良,質輕,化學性質穩定,所以製成的PVC容器廣泛用於飲料包裝。
據資料介紹:用注拉吹法生產的PVC瓶無縫線,瓶壁厚薄均勻,可用於盛裝含CO2的飲料如可口可樂及汽水等。目前中國採用擠出吹塑法生產的PVC瓶只適用於盛裝果汁和礦泉水。 PVC材料的安全性一直是人們關注的問題。PVC瓶曾因氯乙烯致癌問題出現過產量一度下降的情況。
但近年來經人們不懈努力,PVC中的氯乙烯含量已下降到衛生學上的允許水平。用於包裝的PVC樹脂中的氯乙烯含量不能高於1×10-6,即1kgPVC樹脂只允許含1mg氯乙烯單體,用這種PVC樹脂生產的瓶子包裝飲料後,在食品中測不出氯乙烯單體。 聚丙烯(PP)聚丙烯是由丙烯聚合而成。
丙烯主要來源於石油裂解產物。聚丙烯的相對密度較小,為聚氯乙烯的60%左右。所有聚丙烯薄膜是高結晶的結構,滲透性為聚乙烯的1/4~1/2,透明度高,光潔,加工性高。 PP廣泛用於製備纖維、成型製品,但主要是塑膠薄膜。薄膜分雙向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)和未拉伸聚丙烯薄膜,前者是向縱橫方向拉伸,使分子定向。
所以機械強度、耐寒性、光澤性都有提高,可與玻璃紙相媲美。目前,具有氣密性、易熱合性的聚丙烯的塗布薄膜及與其他薄膜、玻璃紙、紙、鋁箔等複合的複合材料已大量生產,用PP複合材料製作的容器可用於飲料包裝。 各類PP都有一個帶靜電的共同特點,為解決這個問題,一般在薄膜上塗布防靜電劑或者將防靜電劑混煉於薄膜中。
在薄膜上塗布氣密性好的聚偏二氯乙烯類樹脂可提高PP的抗氧化性。 聚酯(PET或PETP)聚酯通常是聚對苯二甲酸乙二醇酯的簡稱,實際上聚酯還是一大類主鏈含酯基的聚合物總稱。最早的產品是苯二甲酸酐、甘油、乾性油或其脂肪酸製成的醇酸樹脂,它至今仍是塗料的主要品種。
這種需要不飽和單體交聯的聚酯常被稱為不飽和聚酯。在塑膠工業中常稱為聚酯。 PET是一種結晶性好,無色透明,極為堅韌的材料。有玻璃的外觀,無臭、無味、無毒,相對密度為1.34(非晶態),易燃,燃燒時有藍色邊緣的黃色火焰,氣密性良好。 PET的膨脹係數小,成型收縮率低,僅0.2%,是聚烯烴的十分之一,較PVC和尼龍小,故製品的尺寸穩定。
機械強度堪稱最佳,其擴張程度與鋁相似,薄膜強度為聚乙烯的9倍、聚碳酸酯和尼龍的3倍,衝擊強度是一般薄膜的3~5倍。而其薄膜又有防潮和保香效能。 由於聚酯具有上述優點,在以前已成為主要包裝材料,但是聚酯薄膜價格較貴,熱封困難,易帶靜電,所以單獨使用極少,大多是用PVDC等熱封性較好的樹脂塗布或共同製成複合薄膜。
聚酯複合薄膜品種很多,主要是PET/PE複合材料,用於液體食品、藥品和咖啡等軟包裝。此外還有PET/紙/PE、PET/AL/PO(聚烯烴)、PET/ETA(乙烯乙酸乙烯酯)、PET/紙/AL/PO等。 採用二軸延伸吹塑法的PET瓶,能充分發揮PET的特性,即具有良好的透明度,表面光澤較高,呈玻璃狀外觀,是代替玻璃瓶最合適的塑膠瓶。
近年來PET瓶生產發展迅速,耐熱PET瓶廣泛應用於茶飲料、果汁飲料等需要熱罐裝的飲料。 聚偏二氯乙烯(PVDC)1939年美國DOW化學公司發現了偏二氯乙烯與氯乙烯共聚物良好的效能,次年投產,商品名叫“Saran”,常譯作“莎綸”。日本於1945年開始生產,並以“庫拉綸”的商標投入市場,用於包裝日本特有的魚肉香腸。
氯乙烯一偏二氯乙烯薄膜中含氯乙烯較少,約10%~20%,所以常簡稱聚偏二氯乙烯薄膜。 PVDC的特點是柔軟而具有極低的透氣、透水效能,可防止異味透過,保鮮、保香效能良好,適於長期儲存食品,耐酸、鹼、化學藥品及耐油脂效能優良,具有良好的熱收縮性,適合做密封包裝,是較好的熱收縮包裝材料。
這種薄膜在50℃以上收縮,在100℃有20%~60%的收縮率,只要在熱水中浸泡5秒即可收緊包好。PVDC的缺點是太柔軟,操作效能不良;結晶性強,易開裂穿孔,耐老化性差;其單體也有毒性。因此,用作食品包裝要嚴格檢查質量,目前由於價格較高,應用不廣,主要用作塗布材料或製造複合材料。
PVDC常與紙、鋁箔及其他塑膠薄膜製成複合材料或PVDC塗布材料。採用溶劑粘合法可得到良好的結合。這些複合材料具有優良的防潮、隔氧、密封效能,也易於熱封,適宜於包裝含水食品。 玻璃紙塗以PVDC後,在日本稱為K型玻璃(KT),再與PE複合的薄膜,稱“FOP”,常用於包裝橘汁。
此外塗布在尼龍上與PE複合,塗布在聚酯上與KPE複合都是用於包裝飲料的材料。美國MilprintInC生產的塗PVDC玻璃紙/聚乙烯擠出複合層/聚乙烯薄膜的複合材料。用於包裝冰凍含汽飲料。 聚碳酸酯(PC)聚碳酸酯是擁有碳酸酯結構的樹脂的總稱。
PC是無色透明,光潔美觀的塑膠,外觀很像有機玻璃,3.2mm厚的片材透光率可達89%,折射率1.5869。由於PC無毒、無異味,阻止紫外線透過效能及防潮保香效能好,透氣透溼率低,耐溫範圍廣,在-180℃下不脆裂,在130℃環境下可長期使用,所以是一種理想的食品包裝材料。
利用PC耐衝擊、容易成型的特點,製造成瓶、罐及各種形態的容器,用於包裝飲料、酒類、牛奶等流體物質。PC最大缺點是產生應力開裂。生產中除了選用高純度原料,嚴格控制各種加工條件外,採用內應力小的樹脂改性,如少量的聚烯烴、尼龍、聚酯等熔融共混,可顯著改進抗應力開裂性、抗水性。