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可吸收紫外线的透明包装材料
时间:2014-09-25   来源: 包装前沿   阅读:3184次

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  一、紫外线的损害作用

  紫外线是波长为136~390nm的电磁波,具有杀菌效果,而以波长在250~280nm的紫外线尤其有效,早就广泛应用于食品工业。但是紫外线照射在商品上,由于其高能量作用,会使组成成分发生变化,如使高分子材料老化,特别是会使食品中的油脂发生氧化,色素发生分解,导致变质腐败。而使纤维制品(如棉布纺织物)发生的老化褪色,则会使商品品质下降,影响销售,减少收益。

  采用塑料制造的透明容器和薄膜袋,具有能使消费者看见内容物的特点,深受广大消费者的喜爱,成为流行和有效的包装形式。但其易透过紫外线又成为它的一大缺陷,阻碍了它的发展。因此开发研究可吸收紫外线的透明包装材料具有紧迫性和重大意义。

  二、可吸收紫外线的透明包装材料

  1、阻隔紫外线的方法

  要实现防止紫外线的遮光包装,可以采用如下方法:一为采用不透光的包装材料,如铝箔、纸张及它们的复合材料;二为塑料薄膜着色或者加以印刷。前者完全遮光,已经不具有透明包装特性;后者则透明性下降,使商品价值下降。为了达到既阻隔紫外线又透明的目的,可采取紫外线吸收剂加以解决。方法为将紫外线吸收剂混合在树脂中制成透明包装材料,或者将掺有紫外线吸收剂的粘合剂(涂料)涂覆在塑料薄膜上,由此制得既有透明性又能防止紫外线照射的薄膜。

  2、紫外线吸收剂

  制造可吸收紫外线透明包装材料的关键为紫外线吸收剂。

  紫外线吸收剂有两大类:有机化合物紫外线吸收剂和无机超微粒子紫外线吸收剂。前者使用较早且广泛,而后者为纳米科学技术发展的产物,历史较短但具有优势和发展前途。

  (1)有机紫外线吸收剂

  有机紫外线吸收剂是一类能够强烈地选择性吸收高能量的紫外线,并进行能量转换,以热能形式或无害的低能辐射将能量释放或消耗的有机化合物。主要有二苯甲酮类和苯并三唑类等。

  有机紫外线吸收剂具有经济、有效、使用方便的优点。但其最大的缺点为有毒,不能直接接触食品,除非采用层合包装,使包装内壁为无吸收剂的纯树脂层,然而这样就增大了成本,增加了工序和难度。同时,这类有机紫外线吸收剂耐久性差,缺乏热稳定性,在加工工序中经不起200℃以上温度的处理,限制了应用。但如能采用复合技术,使有机紫外线吸收剂掺入粘合剂中,涂在塑料薄膜上形成复合膜,则能克服以上缺点,制造出合格的包装材料。如日本发明生产的SC复合膜就是用这种方法生产的。

  (2)无机超微粒子紫外线吸收剂

  粒径大约在1~l00nm范围内的颗粒叫做超微颗粒(粒子)。物质变成超微颗粒后,在性能上会出现与固体完全不同的行为,成为“物质的新状态”,具有许多独特的电、磁、光、力学和催化性能。氧化铁超微粒子就具有很好的紫外线屏蔽性能,且耐光性、耐候性、化学稳定性、耐热性都很好,更令人欣喜的是没有毒性,且成本低廉。因此,跟有机紫外线吸收剂相比,具有明显的优势,是一类极有前途的紫外线吸收剂。现在开发使用的有氧化铁、氧化锌、氧化钛等,但以氧化铁超微粒子吸收能力最强。它能完全吸收400nm左右波长的紫外线。

  3、可吸收紫外线的透明包装材料的制造和应用

  (1)SC复合膜的制造和应用

  将有机紫外线吸收剂溶解在定量的溶剂内,和预先调配好的粘合剂溶液混合在一起,以涂料器涂覆制成复合膜。依靠这种办法,粘合剂涂层就成为一种复合基材,使紫外线吸收剂不暴露在表面,从而发挥防止紫外线照射的功能,且不会接触内容物,符合食品卫生法规。

  具体加工条件如下:

  ①外线吸收剂2%~2.5%

  ②涂覆温度15~20℃

  ③干燥温度l00℃

  ④生产线速度70m/min

  此方法中紫外线吸收剂的涂覆量保持稳定不变,在保证充分的干燥温度条件下,在粘合层养护完毕后,就可以获得透明度良好的涂层。其与隔气性优良的薄膜构成复合膜,具有优良的性能:阻气遮光。

  SC复合膜具有如下特点:

  ①薄膜基材的适应范围很宽,可任意组合后用于生产复合膜。

  ②粘合强度、热封性和耐煮性等几乎不变。

  ③不损害透明性。

  ④可阻隔95%的紫外线。

  ⑤防止紫外线功能稳定性好,达6个月以上。

  ⑥安全可靠,通过批准。

  在SC复合膜生产中应注意的事项:

  ①要采取在紫外线全部波长范围内均具有较高吸收能力的吸收剂,以苯并三唑系紫外吸收剂较好。

  ②要注意紫外吸收剂在溶剂内的可溶性及与粘合剂的溶合性。

  ③注意紫外线吸收剂浓度的调节。

  SC复合膜的应用:点心等快餐食品领域中已经使用,包括:马铃薯片、油炸饼、奶油花生米、小饼干及乳制品、珍味奶茶等,另外茶叶、面条、海菜和熟肉制品也逐渐推广使用。

  SC复合膜制造用基材可选择:OPP/CPP,OPP/OPP,KOP/CPP,ON/CPP,PET/CPP等。

  其中:OPP为双向拉伸聚丙烯,CPP为不拉伸聚丙烯,KOP为涂PVDC的OPP,ON为双向拉伸尼龙。

  值得注意的是,用SC复合膜虽然能遮挡紫外线,但不能防止可见光,而可见光也会引起包装食品品质的下降。因此,应考虑遮挡紫外线和可见光的综合效果,而这可通过在SC复合膜的粘合剂中添加一些着色剂和无机物(如玻璃粉)来解决。

  (2)氧化铁超微粒子紫外吸收剂及透明紫外线吸收包装材料的制造和使用

  ①氧化铁超微粒紫外吸收剂的制造

  制备氧化铁超微粒子的方法很多,但以水相合成法最成熟和有效。日本昭和电工株式会社微粉研究中心开发的商品名为Nanotite。氧化铁超微粒子的制备方法如下:

  首先把氧化铁和碳酸钡经混合、焙烧,最后粉碎成粉末,然后从中除去钡,得到球形的α—Fe2O3超微粒子。此粉末含有很多的羟基(-OH),且成球状,故分散性很好,即使在高浓度状态下亦能良好分散。这对制造紫外线吸收材料十分有利。

  ②透明紫外线吸收包装材料的制造

  采用氧化铁超微粒紫外线吸收剂制造透明紫外线吸收材料有两种方法。

  一是将Fe2O3超微粒紫外线吸收剂制成涂料涂覆在基材上形成复合材料,具有吸收紫外线的功能,并保持基材的透明性。

  粒子的分散和涂料加工工艺关系很大。为了获得良好的分散效果,在涂料制作中,在形成所要求的浓度之前,一定要在高浓度下施以干硬拌和,即要在少加溶剂的状态下干拌。比如100gNanotite,34g丙烯酸树脂,需要816g丁酮作溶剂。在拌和时,不是一下就按此比例把丁酮加入,而是先在少加丁酮的情况下搅拌,边搅边加,逐步加完。这样就能使形成的涂布膜雾度小且粒子分散性好。

  另一方法是在不添加任何分散剂的情况下,把Nanotite混合在注射模塑成型用聚丙烯中,然后用立式注射模塑成型机挤出成滤光片材。

  经测试证明,厚度在1mm左右的片材,基本上能截止波长400nm以下的光,600nm以上的可见光则能穿透。一般Nanotite的加入量为:片材1mm厚度的加0.05%,厚度l00um加0.5%,如果能进一步提高粒子的分散水平,则添加量可相应减少。

  三、结语

  紫外线对商品特别是食品的破坏作用日益被人们所认识,遮光包装显示出越来越大的作用,成为一种很重要的包装技术。而要达到这一目的关键在于包装材料的发展,可吸收紫外线透明包装材料将成为一个研究的热点,且发挥更大的作用,希望给予更多的关注和投入,早日形成中国紫外线吸收剂及其包装材料的技术体系。

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