包装材料期末总结

加聚反应：在反应过程中无低分子物析出，生成的聚合物组成与单体组成相同的反应。 在链增长过程中只有增长链与单体之间的反应。 缩聚反应: 在反应过程中有低分子物析出产物组成和单体组成不同的反应。 如果在链增长过程中，不但单体可加入到增长链中，而且已形成的各种低聚 物之间亦可相互连接的反应。 线型，支链型和体型： (1)线型高分子的分子间没有化学键结合，受热或受力下分子间可互相移动(流动)，可以在 适当的溶剂中溶解，加热时可熔融，易于加工成型。 (2)支链型高分子的化学性质和线型的相似，支链型高分子也可溶解在许多溶剂中，但二者 在物理、机械性能方面有区别：例如，LDPE(支链型)，因为支链破坏了分子的规整性，使 其结晶度大大降低；而 HDPE(线型)，易于结晶，故在密度、熔点、结晶度和硬度等方面优 于 LDPE。 (3)体型高分子：不溶、不熔，但可溶胀；强度，耐热性和抗溶剂性能较高。 物理特性： (1)线型结构的高分子化合物具有弹性和塑性，在适当的溶剂中可以溶胀或溶解，升高温度 时则软化、流动。 (2)体型结构的高分子化合物，无弹性和塑性，脆性大，不溶于任何溶剂（有的会有一些溶 胀） ，因此也不能熔融。 体型结构 分子链和分子链之间有许多链节相互交联起来，成为立体结构，体型结构的高 分子的形成是按三维空间进行的，像一张不规则的网，因此也称为网状结构。 高分子链节的柔顺性 化合物中，任何一种单键在保持键长、键角不变的情况下所做的旋转运动，称为内旋转。 由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为构象。 高分子链能够改变其构象的特性称为高分子材料的柔顺性。 影响柔顺性的因素： (1)主链结构： 分子链越长，柔顺性越好；若主链均由单键组成，柔顺性较好。 当主链中含有一定数量的芳杂环时，分子链的柔顺性很低，显示出刚性。 当主链中含有孤立双键，分子链的柔顺性比不含双键时更好。 (2)侧基性质： 极性侧基的极性越强，柔顺性越差：如 PVC 和 PE 非极性侧基，体积越大，刚性越好：如 PP 与 PE； 又如：聚异丁稀和 PP (3)分子间作用力：随主链或侧基的极性的增加而增加。分子间作用力越大，刚性越好(氢 键)。 (4)分子链的规整性：分子结构越规整，结晶能力越强，柔顺性降低，刚性增强： 如 PE 在通常情况下具有塑性。 (5)链的长短：分子链短，内旋转的单键数目少，构象数少，刚性好； 分子链长，内旋转的单键数目多，构象数多，柔性好。 高聚物可分为结晶型与无定形两类 结晶聚合物分子排列规整有序；无定形聚合物分子杂乱不规则。 1结晶聚合物： 结晶度愈大，晶区范围愈大，分子间的作用力愈强，因此强度、硬度、刚度愈高（熔点愈 高、耐热性和耐化学性愈好） ，而与链运动有关的性能如弹性、伸长率、冲击强度等则降低。 2无定形聚合物： 无定形聚合物的结构只是大距离范围内无序，小距离范围内是有序的，即远程无序，近程 有序。 高分子结构与高分子结晶能力的关系： 1.链的对称性：链结构的对称性越高，越容易结晶。例如：聚乙烯和聚四氟乙烯。 当对称性破坏后，结晶能力与取代的基团的体积大小和极性大小有关：体系小极性大(- OH)，则结晶能力大，如聚乙烯醇 30%结晶度；而 PP 结晶能力很小，因其基团为(-CH3)， 体积大极性弱。 2.共聚结构： 共聚物的结晶能力 间同立构聚合物无规立构聚合物 5.链的柔性：分子做定向排列发生结晶现象的条件，柔性好结晶度大， 如 PE，链柔性好则其结晶能力强。 支化破坏链的对称性和规整性，使结晶能力降低。/ /交联限制链的活动性。降低或使结晶不会发生。/分子间氢键的作用，利于结晶能力提高。 聚合物的化学性能主要包括： (耐腐蚀性抗溶剂性) 聚合物的耐腐蚀性： （1）带有活性基团(极性基团)的聚合物，耐化学腐蚀性差;不带极性基团的聚合物具有良 好的耐腐蚀性能；聚四氟乙烯。 （2）分子结构相同时，分子量大的或结晶度高的聚合物，溶解度较小，分子间结合能较高， 也就比较耐腐蚀。 聚合物的溶解性 1) 聚合物在溶剂中首先是溶剂分子进入大分子链间，产生溶胀现象。一定时间后，大分子 中所有的链段都与溶剂分子结合，大分子才被溶剂分散成溶液而完全溶解。 2) 溶解性规律：凡两种物质(高聚物有机溶剂) 的溶解度参数数值差1，能互相溶解；例 如：二醋酸纤维素(=10.9)可溶于丙酮 (=10.0)但不溶于甲醇 (=14.5). 但有些聚合物不能溶于参数相近的溶剂中，是因为它们之间能形成氢键或发生其他能增强 分子间引力的作用，如：PVC(=9.7)不溶于二氯甲烷( =9.7)溶剂中，是因为二者间会有 氢键生成 聚合物的老化： 高分子材料在长期使用过程中，由于受到氧、热、紫外线、机械力、水蒸气以及微生物等 因素的作用，逐渐失去弹性，出现龟裂，变硬变脆或发粘软化，失去光泽或变色，物理 机械性能变差等现象。 高分子化合物本身的结构和环境条件等因素造成高分子的交联和高分子的裂解，是引起老 化的主要原因。 (1)老化以大分子的交联为主时：表现为失去弹性、变硬变脆、出现龟裂等。 (2)老化以大分子的裂解为主时：表现为失去刚性、变软发粘、出现蠕变等。 防老化的主要措施： （1）对高分子化合物的结构进行改性，如将聚氯乙烯氯化，改善其稳定性； （2）添加防老化剂、紫外线吸收剂等，这一类化合物称为稳定剂； （3）表面处理防止老化，即在高聚物表面加上保护层（电镀上金属或涂上涂料） ，使之与 空气、水分、阳光、腐蚀介质等隔绝，可以减缓或防止老化。 聚合物的透气性能： 1)气体或水蒸气透过聚合物时，是气体先溶解在聚合物内，再在聚合物中向低浓度处扩散， 最后从聚合物的另一侧逸出。 聚合物透气性 扩散系数溶解度 2)聚合物分子结构对气体渗透性影响： a) 分子的极性对气体渗透性的影响 分子极性越大的聚合物(分子间引力增强)，气体透过性越小 例如:PET（极性强）和 PE（非极性） ， b) 结晶度对气体渗透性能影响： 结晶度越大的聚合物，气体透过性越小（扩散激活能大） 例如：PVC(无定形结构)和 PET(结晶度较高) c) 密度对气体渗透性的影响 同一品种，密度高的聚合物的透气性低于密度低的聚合物。 例如：PE:相对密度分别为 0.926 和 0.951 时对氧的渗透系数分别为 2.1 和 0.83 d) 分子的排列对气体渗透性的影响 定向排列的分子对气体的渗透性小于无取向排列的分子 聚合物的透湿性能： 1亲水性聚合物对水蒸气渗透性能影响： 水蒸气在此类聚合物中的扩散系数是变值，随水蒸气浓度的增大而增大。如：PVA 非极性聚合物的扩散系数是常数，不随水蒸气的增加而增加 2极性分子聚合物对水蒸气渗透性能影响： 渗透系数=溶解速率+扩散速率 水蒸气是极性分子，对极性聚合物的渗透系数大于非极性分子聚合物 3结晶、密度、分子排列等对水蒸气渗透性能影响： 结晶度：结晶型聚合物非结晶型聚合物 PVC（极性、无定形） ，PET（极性，结晶型） 渗透系数:1.210-10 0.15210-10 密度 分子排列 高分子材料的分类： 1热塑性高分子材料：热塑性高分子材料本身多为长链大分子，线型或支链型聚合物。 （1）当加热此类材料超过一定温度时，材料就软化，进而产生流动，很少有化学反应发生， 仅仅是物理的熔融过程；（2）当温度降至一定温度时，材料就硬化恢复原来的状态； （3）再受热又可软化，冷却再变硬；（4）这类材料在某些特定溶剂的作用下还可溶解， 成为高分子树脂溶液，溶剂挥发后，材料仍可回复到原来的状态。 （5）热塑性塑料就是能 反复进行上述过程的塑料。 (聚乙烯、聚丙烯、聚环乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚乙烯酸、 聚偏氯乙烯等。) 2热固性高分子材料： 热固性高分子材料原来是由较低分子量的物质构成，为线型结构。但一经加热，材料首先 软化，呈现出流动性，随即发生缩聚反应，脱出小分子物质并生成中间缩聚物，进而该中 间缩聚物分子间发生交联反应，生成具有三维交联的体型结构高分子化合物，最终固化成 为不熔、不溶的高分子材料。(酚醛树脂、脉醛树脂、环氧树脂等均为热固性高分子材料。) 植物纤维： (1)木材纤维类：纤维长短不一，约 2.53mm，纤维聚合度 5000 左右，可制成各种浆料， 如磨木浆、硫酸盐木浆和亚硫酸盐木浆等，是制造文化用纸的主要原料。 (2)茎秆纤维类：纤维大多短而细小，长约0.52mm，纤维聚合度3000左右，多与木浆一起 制造中、低档文化用纸和包装用纸。 (3)韧皮纤维类：纤维粗而长，长约2530mm，纤维聚合度36000左右。常用于制造有价证券 纸和较薄且紧密的印刷纸。 (4)籽毛纤维类：纤维长2040mm，聚合度12000左右，具有较高的强度和柔韧性，主要用于 制造钞票纸及其他高级纸张。 (1) 纤维素：是不溶于水和多数有机溶剂的碳水化合物，其分子式为(C 6H10O5)n ，每个分 子单元上含有三个自由羟基-OH。 由于含有大量的羟基( 可明显形成氢键) ，亲水性很好，且有膨润性( 膨润导致失去弹 性而柔软性增强) ，但无水溶性； 在化学制浆过程中，应尽量不破坏纤维素，以保证各种植物纤维的纤维素在纸张性能中 起主导作用。 （2）半纤维素：除纤维素以外的碳水化合物，经水解后可得到葡萄糖、半乳糖、甘乳糖、 木糖等单糖；具有支链结构。 半纤维素也含有大量的羟基，由于其支链结构，使羟基更具有游离性，因而半纤维素的 吸水、润胀能力大于纤维素植物纤维的吸水、润胀的难易在很大程度上取决于植物体所含 半纤维素的多少。 纸浆中要保留一定量的半纤维素：对打浆及纸张性能都有好处 提供极性基团，打浆过程 中增加纤维的润胀和纤维细化，提高纤维的柔软性，提高纸张强度。 但半纤维素含量过高 纸张尺寸稳定性较差，易因环境温湿度变化产生吸湿性而发生变形。 (3) 木质素：由三种基本的苯丙烷结构单元通过C-O、C-C经连接的立体网状分子。 木质素在化学结构上极不稳定，在光、热、空气、酸、碱的作用下，都会引起木质素结 构的化学变化，使纤维发黄、变脆，使纸张质地变脆，机械强度下降，颜色发黄，影响纸 张的白度。 木质素起到黏结纤维的作用，因此要解离纤维，必须去除木质素-化学制浆的原 理。 纸张的丝缕性 1) 纸张的丝缕性即为：纸张的方向性。 2) 纸张的方向性：由于在纸页成型过程中纤维受到造纸机运转方向较大的牵引力作用，使 纤维大多数沿造纸机运转方向排列，造成纸张纵向和横向在许多性能上存在差别，即为纸 张的方向性。 3) 纸张纵向：纤维排列方向与造纸机运行方向一致； 纸张横向：纤维排列方向与造纸机运行方向垂直。 纸张性能： 表征纸幅结构的指标：纸的孔隙率、比表面积、匀度。 表征纸的机械强度：抗张强度和伸长率、耐折度、耐破度、撕裂度、耐磨强度、冲击强度、 纸的湿强度、纸的塑化。 表征纸的光学性质：透光性和透明度、白度。 蜂窝纸板：是以牛皮纸、再生纸等为原料，通过专用设备制成类似蜂窝状的网芯，并在其 两面粘合面纸而成的一种纸制板材。 蜂窝纸板的性能特点： （1）承载能力大，抗压性能好 ； （2）重量轻并且省纸张； （3）由于纸蜂窝夹芯的结构，吸收物体撞击能量大，所以防震性能好，隔热、隔音效果好； （4）易于切削、钻孔，可以加工成各种所需的形状和尺寸 。同时，它与其它结构材料有 很好的相容性，适合用作缓冲衬垫。 （5）蜂窝纸板可回收利用，有利于环境保护。外表易装饰，产品种类多，应用广； 与传统包材比较，瓦楞纸板的优点： (1)可制成空瓦楞纸箱，常以折叠或铺开的形式运送。 (2)其质量与同体积木箱相比，原材料的质量为木箱的 1/41/5。与内部尺寸相同的普通木箱和胶合板相比， 其外形尺寸要小得多；且成本仅为同体积木箱 2/32/5 。 (3)具有减震性能。 (4)与木箱制造中所用铁钉、金属丝、金属捆扎带相比，瓦楞纸板箱仅需 5左右辅料。 (5)箱体生产可在高度机械化与自动化、高效率的设备上进行，提高生产率。 (6)可实现产品的自动包装，从而减轻包装工作量，降低产品包装过程成本，成倍减少车间所需生产面积。 (7)可有良好的外观造型，质量上好的彩色印刷，并可宣传商品。 (8)箱体可由瓦楞纸板与各种覆盖物或防潮材料结合起来制造，可拓展纸板箱的使用范围。 （6）从力学角度分析，封闭的等六边形蜂窝结构能以最少的材料获得最大的受力。 纸张的印刷适性：在特定的印刷方式下，在印版和油墨以及其他条件均为最佳的状态下， 纸张能在印刷机上正常运行，并能使印版上的油墨顺利地转移在表面上，获得完整、饱满、 清晰的印迹；并且当油墨固结后，显现出最佳的色彩效应和印刷质量的各种性能。 陶瓷的传统概念：是指以粘土为主要原料与其它天然矿物经过粉碎混炼、成型、煅烧等过 程而制成的各种制品。 防潮包装：为防止被包装物受空气中水蒸气的损害（如变质、发霉、腐烂、受潮及生锈等） 所实施的包装技术方法。 透湿度:在一定的温湿度条件下，处于透湿恒定状态的防潮材料，在单位时间内单位面积上 所透过的湿气量，单位是g/(m 224h)。防潮材料的透湿度越小，防潮性能就越好。 金属包装材料的分类： （一）钢材 钢制包装材料主要有以下几种： 运输包装用钢材：运输包装用大型容器，如集装箱、钢罐、钢桶等及捆扎材料。 镀锌薄钢板：又称白铁皮。制作工业产品包装容器。 镀锡薄钢板：又称马口铁。用于罐头工业，和其他食品和非食品罐。 镀铬薄钢板：又称无锡钢板。可部分代替马口铁，主要用于制饮料罐。 1、低碳薄钢板： 俗称黑铁皮 包装用钢材主要是含碳量低于0.25的低碳薄钢板。 低碳薄钢板的性能： 低碳薄钢板机械强度高，加工性能良好，具有优良的综合防护性能，遮光性强、导热率 高、耐热性和耐寒性优良、易于印刷装饰。 低碳薄钢板的用途： 运输包装用金属容器和金属罐如集装箱、钢桶、钢箱、 钢托盘等的主要材料； 钢质金属罐基材：镀锡薄钢板，镀锌薄钢板，镀铬薄钢板等。 缺点：耐腐蚀性差：一般需要加涂料处理。 2、镀锌薄钢板： 俗称白铁皮 是制罐材料之一。 镀锌簿钢板的结构：镀锌薄钢板是在酸洗薄钢板表面镀上一层厚度为0.02mm以上的锌保 护层而成，镀锌板厚度在0.44mm1mm之间。 镀锌薄钢板的性能： 镀锌薄钢板的力学性能和镀锡板、镀铬板相近。它表面光亮，强度、韧性良好，耐腐蚀 性能也不错，但较镀锡板、镀铬板差，价格较低。 镀锌薄钢板的用途： 镀锌板是应用较多的金属包装材料，多用于制造中型和大型容器，适宜盛装中性食品及 其原料，或盛装粉状、浆状和液状等其它物料。 用镀锌板制成容器后就不必进行表面防腐处理，因此镀锌薄钢板广泛用来制作金属包装 容器，特别是镀锌板所制的容器还具有强度高、密封性能好等特点，是在工业产品包装中 应用较多的一种包装容器。 3、镀锡薄钢板： 镀锡薄钢板（也称镀锡板、马口铁）是传统的制罐材料，是用量最大的一种金属包装板材。 它是在低碳薄钢板上两面镀锡而成。 镀锡薄钢板的结构:镀锡薄钢板结构由钢基板、锡铁合金层、锡层、氧化膜和油膜构成。 性能特点： （1）有光亮的外观，良好的耐蚀性和制罐加工性能，易于焊接，适于涂料和印铁。 （2）其冲拔性能不如铝板。 （大多制成以焊接和卷封工艺成型的三片罐结构，也可以做成冲拔罐。 ） 镀锡薄钢板应用： （1）大量用于罐头工业，制作用于包装化妆品、糖果、饼干、茶叶、奶粉等的罐、听、盒。 （2）是玻璃、塑料等瓶罐的良好制盖材料。 四、镀铬薄钢板： 简称镀铬板 是20世纪60年代初为减少资重金属锡的用量、降低成本而发展的一种镀锡板代 用材料，又称无锡钢板，是在低碳薄钢板上镀铬而成，是制罐的材料之一。 商品名为铬型无锡薄钢板（TFSCT） ，简称TFS（TinFree Steel） 。 TFS结构: 镀铬薄钢板是表面镀有铬和铬的氧化物的低碳薄钢板，它的结构由钢基板、金属铬层、水 合氧化铬层和油膜构成。 TFS性能特点: （1）镀铬薄钢板和镀锡薄钢板的钢基是相同的，强度和加工性能也基本相同。 （2）镀铬薄钢板耐腐蚀性不如镀锡薄钢板，镀层只能在弱酸弱碱下起保护作用。 （3）镀铬板对有机涂料的附着力特别好，是马口铁的36倍，因此适合于制造二片拉伸罐 和三片罐的罐底和罐盖。 （4）镀铬板的光泽也不如镀锡板，且焊接困难，制罐时不能采用锡焊接缝，只能用熔接法 和粘合法接合。 TFS应用: （1）镀铬板现主要用于腐蚀性较小的啤酒罐、饮料罐。 （2）经内外涂装后用于制作冲拔罐和食品罐的底和盖等。美国二片罐90以上采用TFS。 *铝箔是将铝材轧制成板材，再经精轧工艺制成的厚度非常小的薄板材。 习惯上对厚度在0.2mm以下的铝板称为铝箔。铝箔常用于包装糖果、香烟、食品、药品等。 铝箔与各种纸、塑料复合制成复合材料。铝箔的分类：通常分为纯铝箔和合金铝箔。 铝箔通常指纯度在995以上的，厚度在0.2mm以下的铝材。 用于层合的铝箔厚度在715m之间，铝容器的铝箔厚度多为30130m。 *铝箔优点： 1) 重量轻，有利于降低费用 2) 隔绝性和遮光性良好。能防潮、不透气及具有保香特性，可防止包装物吸潮、氧化和挥 发变质。 3) 耐热性好。高低温时形状稳定，可做烘烤容器。 4) 保护性好。包装物不易受细菌、霉菌和昆虫的损害。 5) 光的反射和光泽性好。反射率达8385。 6) 机械特性好。满足自动包装机械使用。 7) 二次加工、模压性和压花性好。 8) 印刷和复合适应好。便于着色，易于纸、塑料等贴合。 9) 无毒。不易产生公害。 *镀铝薄膜：采用特殊工艺在塑料薄膜或纸张表面(单面或双面)镀上一层极薄的金属铝，即 为镀铝薄膜。 镀铝层厚约30纳米 镀铝薄膜基材：塑料纸张。 聚酯、尼龙、双向拉伸聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙稀等。 *镀铝薄膜与铝箔相似的优异特性： 1) 阻隔性优良，货价寿命长，适用于食品、药品等的包装。 2) 具有金属光泽，光反射率可达97。 3) 镀铝层导电性好，能消除静电，封口性能好，不易渗漏。 4) 镀铝层厚度可任选。 5) 易于印刷加工。 镀铝薄膜优于铝箔符合材料的优异特性： 1) 具有优良的耐折性和良好的韧性。 2) 镀铝层壁铝箔薄得多，使其成本低。 按陶瓷制品坯体的结构质地不同，陶瓷制品分为两大类： （1）陶器：陶器是一种坯体结构较为疏松，致密度较差的陶瓷制品，陶器通常有一定吸水 率，断面粗糙无光，没有半透明性，敲之声音粗哑。 （2）瓷器：瓷器的坯体致密，基本上不吸水，有一定的半透明性，断面呈石状或贝壳状。 陶瓷的主要原料可归纳为三大类： （1）具有可塑性的粘土类原料 （2）具有非可塑性的石英类原料 （3）能生成玻璃相的长石、滑石、钙镁的碳酸盐等溶剂性原料。 （4）各种特殊原料作为助剂，如助磨剂、助滤剂、解凝剂、增塑剂、增强剂等，以及作为 陶瓷釉料的各种化工原料。 粘土在陶瓷中的作用： （l）塑化作用：塑造成各种形状，陶瓷生产的工艺基础。 （2）结合作用：形成陶器主体结构。 （3）成瓷作用：粘土是陶瓷胚体烧结时的主体，在陪烧中能保持一定形状。 石英类原料: 自然界中的二氧化硅结晶矿物统称为石英，有多种状态和不同纯度。 （1）石英属于瘠性材料（减粘物质） ，可降低坯料的粘性，对坯料的可塑性起调节作用。 （2）在烧成时，粘土因失水而收缩很容易产生龟裂，石英对粘度的降低和加热膨胀性可部 分抵消坯体收缩的影响。 （3）在瓷器中，大小适宜的石英颗粒可以大大提高坯体的强度，还能使瓷器的透光度和强 度得到改善。 长石类原料: 长石的主要成分是钾、钠、钙的铝硅酸盐。 长石类原料作用： 长石则属于溶剂原料，高温下熔融后可以溶解一部分石英及高岭土分解产物，形成玻璃状 的流体，并流入多孔性材料的孔隙中，起到高温胶结作用，并形成无孔性材料。 除上述三类主要原料外，有时还加入一些其它填加剂: （1）烧制骨瓷时要加人动物的骨灰，它可以增加半透明性和强度。 （2）碳酸盐类辅料如石灰石、菱镁矿可降低烧结温度，缩短烧结时间，也有增加产品透明 度的作用。 （3）滑石等