包装印刷软塑包装材料的阻隔性和食品安全

BarrierPropertyofFlexiblePackagingandItsImpactonFoodSafety

软塑包装材料的阻隔性

与食品安全DanbellEquipmentMay2007第一页，共五十八页。FunctionsforModernPackaging

现代包装的功能产品的容器合理尺寸,形状方便使用产品安全的第一道防线阻隔性整体密封性信息,市场功能产品成份,使用说明外观设计吸引顾客包装是产品生产的一部分第二页，共五十八页。PackagingMaterialandFoodSafety

包装材料与食品安全CompatibilityofPackagingMaterialandFoodProduct.包装材料与产品相容性Migrationofresidualchemicalsinpolymer残余化学物从包材致食品的迁移BarrierPropertiesofPackagingMaterials包装材料的阻隔性PackageIntegrity包装的完整密封性第三页，共五十八页。Compatibility

包装材料与产品相容性食品是否与包材有化学或物理反应?要求对包装材料的性能以及食品特性有透彻的了解应用举例:袋装美式火腿官司第四页，共五十八页。Migration

残余化学物从包材致食品的迁移第五页，共五十八页。BarrierProperties

阻隔性在包装中的重要性满足产品保质保鲜的需要,保证预期的货架寿命保证食品卫生安全,减少因食品变质而引起公众疾病的危险常规检测:高分子材料透氧率,透湿率应用举例:袋装美式火腿官司第六页，共五十八页。PackageIntegrity

包装的完整密封性由劣质热封接缝,针孔等造成的包装泄漏,不仅降低了产品的货架寿命,也对消费者的健康带来损害.要求:对终极成型包装在实际应用条件下进一步测试,确证包装的阻隔性,物理性能在加工物流和销售环节中未受损坏应用举例:婴儿奶粉软包装;瓶装酸奶第七页，共五十八页。材料的阻隔性与渗透

渗透------肉眼看不见的过程

所有的塑料都有渗透性第八页，共五十八页。Permeationisimpactedby……

影响阻隔性的因素……Environment:环境temperature温度

relativehumidity湿度Materialitself:材料本身FickianbehaviororNon-Fickian线性或非线性材料MaterialProperties结晶度,分子间吸引力,添加剂,样品厚度第九页，共五十八页。影响阻隔性的因素

-----温度温度每升高1C,渗透率增加5to7%-----同样材料的渗透率在热带地区与寒带地区会不一样第十页，共五十八页。影响阻隔性的因素

----湿度-----某些材料的阻隔性在潮湿环境与干燥环境会不一样EVOH第十一页，共五十八页。DrivingForce,orConcentrationEffect

渗透物的推动力或浓度对不同材料的影响的影响F(x)=-D(dc/dx)ForFickianmaterials(orthosethatobeyFick’sLaw),permeationislinearwithconcentrationforallconcentrationranges.渗透率与渗透物浓度成正比

(Ficken材料)渗透率与渗透物浓度关系非线性(non-fickian材料)第十二页，共五十八页。Factorsinfluencingpermeationandtransportproperties

影响渗透和传递的材料因素EffectoftheactualchemicalsubstituentonthepolymerbackboneThedegreeofpacking,crystallinity,andorientationofthemolecularchains.Thesusceptibilitytomoistureandotherpossibleinteractantswiththechains.Thenatureofthepolymersurfacecontactingthepermeant.Additivesusedinmanufacturingormodifyingthepolymer.Thickness,multiplelayers[高分子的立体结构,结晶度,链取向,亲水性,表面性能,添加物,厚度,多层结构等都对渗透和传递有影响……]第十三页，共五十八页。高分子主链上的取代基大=阻隔性高*cc-mil/100in2-day-atm第十四页，共五十八页。结晶度高=阻隔性高Closepackingand/orhighcrystallinityresultsinlowfreevolumeandbetterbarrier.Orientationresultsinbetterbarrierbycreatingamoretortuousdiffusionpath.*cc-mil/100in2-day-atm第十五页，共五十八页。Thesusceptibilitytomoistureandotherpossibleinteractantswiththechains

对水的敏感性水汽影响含氢键的极性高分子(Nylon,材料EVOH)水汽不影响无氢键的极性高分子(PET)Nylon

6SELARNylonMXD630%EVOHSELAROHPlus44%EVOH第十六页，共五十八页。Additivesusedinmanufacturingormodifyingthepolymer

添加物用于高分子的加工和改性材料的阻隔性因添加物的加入而变化,通常阻隔性变差例外,纳米复合材料第十七页，共五十八页。Thickness(厚度)

Typicallythetransmissionrateisinverselyproportionaltothethicknessofthematerial

thicknesspermeationrate

厚度上升，渗透下降第十八页，共五十八页。阻隔性测试方法比较透氧压差法等压法（库仑电量法）透湿杯式法电解法传感器法（湿度传感器、红外传感器）第十九页，共五十八页。透氧率的检测方法和标准方法标准压差法ISO15105-1:2003(E)DIN53536ASTM1434-82电量法(库仑电量法)(MOCON专利）ISO15105-2:2003(E)ASTMD3985ASTMF-1927DIN53380JISK-7126ISO14663-2ASTMF-1307packages第二十页，共五十八页。压差法可以测定多种气体测试条件难以控制相对湿度饱和盐溶液真空室与实际应用环境不同改变材料本身的性能结构

裂纹针孔材料变薄透气面积增大

局限性

不能检测包装件精度低1.0ml/24h.1atm或0.5ml/24h.1atm

偏差大，高达15%-20%

不可溯源第二十一页，共五十八页。库仑电量法只测试氧气，排除干扰，测试精度非常高

0.005cc/m2/24h.1atm，灵敏度是传统仪器的近百倍。真正的绝对值传感器，无需校准精确控制测试条件温度、相对湿度、时间等不改变材料本身性能材料两侧气压相等可检测薄膜和包装件除薄膜外，还可以测量瓶子，袋子等重复性好可NIST溯源第二十二页，共五十八页。透湿率的检测方法和标准方法标准杯式法/重量法ASTME-96TAPPIT-464JISZ-0208传感器法湿度传感器法ISO15106-1:2003(E)红外传感器法(MOCON专利）ISO15106-2:2003(E)ASTMF-1249TAPPIT-557JISK-7129电解传感器法ISO15106-3:2003(E)第二十三页，共五十八页。杯式法/称重法优点–操作简单、实验成本低、硬件要求低、仪器设备价格低廉缺点–操作人员因素（计算和设定）、重复性差、可靠性差（温度和相对湿度控制）、测量时间长、精度低适用范围–低阻隔性材料ISO国际标准已经淘汰这个方法第二十四页，共五十八页。电解法需要先用吸湿剂来吸收水蒸气，再通过电极电解水蒸气，再根据电解电流来判断。这样对水蒸气进行了二次处理过程，吸湿剂的效率、电极的损耗都会影响测试的精度，累积误差大。电解槽需要定期再生，可能还需要寄回原厂，费时费力。第二十五页，共五十八页。湿度传感器法结构简单，设备价格相对较低传感器本身局限性，检测精度一般只能到0.1%湿度传感器的输出受温度波动影响很大未被国际标准广泛采用（适用标准少）第二十六页，共五十八页。红外法红外传感器，被公认为世界上最精确的透湿测试方法在测试过程中，只是检测红外能量的损失，水蒸气不经过任何处理，不存在其它误差因素的干扰。

精确控制温度和相对湿度双压力法生成相对湿度条件，安全无腐蚀性测量时间短精度高，0.005–100g/m2/day

干扰因素少可靠性高重复性好，可NIST溯源第二十七页，共五十八页。CaseStudies---FoodSafetyApplication

阻隔性与食品安全应用举例第二十八页，共五十八页。食品变质的原因与阻隔材料选择?氧化……

解决办法-----氧气阻隔材料,例如PET,PVDC,Nylon,EVOH受潮,发霉…….

解决办法-----水汽阻隔材料,例如PP,PE氧化,受潮……

解决办法-----复合材料,例如PP/PET/PE,PET/Al/PE上述,以及芳香味遗失……..

解决办法--------复合材料,例如PP/Nylon/Al/PE其它方法 包装内加除氧剂,除湿剂;真空包装,充氮包装,气调包装第二十九页，共五十八页。应用举例:袋装美式火腿官司某肉食品加工厂生产袋装美式火腿选择高阻隔材料塑料袋投放市场后在保质期内产品变质严重期间包装袋本身也出现层间薄离现象因损失严重,厂家投诉塑料袋供应商…第三十页，共五十八页。应用举例:袋装美式火腿官司被包装产品:美式火腿------为使肉质鲜嫩,加工时添加水溶液,故产品含水量高.包装后,袋中RH=75%包装袋材料:Nylon/PE

复合层透氧率:

0.05cc/(bag*24hr),(在4C及0%RH

测试)0.4cc/(bag*24hr),(在4C及75%RH

测试)第三十一页，共五十八页。应用举例:袋装美式火腿官司失败原因分析:

对材料性能缺乏了解 --------Nylon本身在0%RH是很好的氧阻隔材料,但在高湿度下阻隔性变差

没有考虑材料与产品的相容性 -----与产品直接接触的Nylon层受高湿度影响而溶胀,进而阻隔性下降并出现层间剥离的自然现象. 对产品本身属性的忽视

-------选材时没有考虑实际应用中产品的湿度问题 只对0%RH的OTR

测试,作出错误决定.

第三十二页，共五十八页。应用举例:袋装美式火腿官司解决方案:选择类似PE/Nylon/PE

复合膜,降低水汽对Nylon的直接影响在实际使用条件(例如75%RH)下对薄膜及成型袋子透氧率评估第三十三页，共五十八页。薄膜测试与包装体测试

大多数新产品的研发只测试薄膜而不进行包装件测试。

下面用一个例子来说明整体包装件测试的重要性第三十四页，共五十八页。应用举例:婴儿奶粉包装材料的选择奶粉厂要把奶粉的罐装包装改成袋包装因为奶粉遇氧气或遇水汽都容易变质,必须采用高性能的复合阻隔材料第三十五页，共五十八页。应用举例:婴儿奶粉包装材料的选择样品编号待选材料结构1PET/Al/Nylon/LLDPE2PET/Al/PE3PET/Al/PETMET/PE4PET/Al/Nylon/PE5PET/PE(extruded)/Al/PE(extruded)/PE第三十六页，共五十八页。待选材料薄膜样品实际测得值

样品编号OTR(cc/m2h-day)WVTR(g/m2-day)1<0.005<0.0052<0.005<0.0053<0.005<0.0054<0.005<0.0055<0.005<0.005第三十七页，共五十八页。包装袋理论估算值样品编号OTR(cc/pkg*day)WVTR(g/pkg*day)1<0.0004<0.00042<0.0004<0.00043<0.0004<0.00044<0.0004<0.00045<0.0004<0.0004第三十八页，共五十八页。应用举例:婴儿奶粉包装材料的选择

包装整体测定Assembledsamples第三十九页，共五十八页。应用举例:婴儿奶粉包装材料的选择

包装整体测定第四十页，共五十八页。包装袋实际测得值样品编号OTR(cc/pkg*day)WVTR(g/pkg*day)10.0110.002120.0320.001030.0400.002240.0360.003450.0520.0015第四十一页，共五十八页。包装袋实际测得值与实际值比较第四十二页，共五十八页。观察袋子的内部所发现的次点“半穿透”裂缝和“半穿透”针孔发生在主要阻隔层(Al层)折痕处------加工过程原因第四十三页，共五十八页。应用举例:

酸奶瓶子WVTR测试举例第四十四页，共五十八页。瓶子WVTR测试结果比较SampleNameWVTRTransmissionRate(g/package-day)W-10.00081W-20.00089W-30.00099W-40.00092W-50.0107W-6(plateepoxyed)0.0003瓶盖填片材料的差异可造成从瓶盖处不同程度的渗透和微量漏气.第四十五页，共五十八页。土豆片软包装袋的困惑土豆片-------某食品公司新产品之一,冲氮渡铝膜软包装未过保质期,但客户发现土豆片已出现异味,已明显地变质.厂家在装袋前测定空袋子,各项指标合格.这是什么回事?第四十六页，共五十八页。我们的观察方法…把产品取出,把袋子剪开关掉日光灯,在黑暗中开一小台灯把展开的袋子对着光源…….第四十七页，共五十八页。♪♪

twinkle,twinkle,littlestars…

♪运输过程中土豆片对袋子损坏第四十八页，共五十八页。我们的建议……对装有硬质食品的软包装袋,其合格与否应考核更严格的指标用如下仪器对包装材料进行揉搓扭曲处理后再测定阻隔性是否合格第四十九页，共五十八页。成型包装体测定的重要性当选定了材料后，对成型包装体的测定是很重要的只有通过测定才能知道整体的阻隔性是否受到因为加工过程,运输中不恰当“磨损”的影响由测试结果对包装加工过程进行调整从而能保证产品在保质期内的安全第五十页，共五十八页。应用举例:华夫饼干包装袋

-----环境温度,湿度对选材的影响

材料A(很好)材料B(好)材料C(中等)测试条件销往北欧PASSPASSPASS15C,30%RH销往南韩PASSPASSFAIL23C50%RH销往泰国PASSFAILFAIL30C,85%RH第五十一页，共五十八页。软塑包装材料保证食品安全的要素了解食品特性,了解包装材料性能,论证材料的安全性以及与产品相容性用实验测试手段,在实际应用条件下对包装材料的阻隔性进行评估,合理选材对终极成型包装在实际应用条件下进一步测试,确证包装的阻隔性,物理性能在加工,物流和销售环节中未受损坏第五十二页，共五十八页。一些特殊包装……为了进一