任务三 塑料包装材料

任务背景

塑料是以树脂为主要成分，在一定温度和压力下塑造成一定形状，并在常温下能保持既定形状的高分子材料。塑料是20世纪初产业化的一种新型高分子材料。由于其品种繁多、性能优良、市场适应性强，而且成型加工方便、成本低廉，在和其他材料的竞争中显示出了强大的生命力，目前已深入工业、农业、国防、科研等领域的各个方面，成为现代人类生活中一种不可或缺的材料。塑料制品在包装领域中也得到了广泛的应用及快速的发展。

知识目标

（1）塑料包装材料的基本性能。

（2）塑料的分类。

（3）常用包装用的塑料及制品。

技能目标

（1）掌握塑料包装材料的基本性能。

（2）理解塑料包装材料的分类。

（3）掌握常用包装用的塑料性能及应用范围。

一、塑料的基本性能

塑料具有质轻、比强度高、电绝缘性和化学稳定性性能优异，减摩、透光和减震性能好等特性。塑料的基本性能如下。

（1）质轻、比强度高，塑料的密度一般都在0.9～2.3g/cm3，只有钢铁的1/8～1/4，铝的1/2左右，而各种泡沫塑料的密度则更低，在0.01～0.5g/cm3。比强度是按单位质量计算的强度，有些增强塑料的比强度接近甚至超过钢材。

（2）电绝缘性能优异，一般的塑料是不良导体，因此可以用作绝缘材料。在电性能方面，由于塑料的介质常数较低，介质损耗较小，因此电能的损耗也小。有些品种如聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等在高频或超高频条件下，介质损耗仍甚低，因此适合用作高频或超高频绝缘材料，广泛用于电信工业、发电机、变压器和各种电气开关设备。

（3）化学稳定性好，一般塑料对酸碱等化学药品均有良好的耐腐蚀能力。高聚物的化学结构、所含功能团的性质、填料的种类以及是否有增塑剂等因素，对于塑料的耐化学腐蚀性能发生重要影响。

（4）减磨、耐磨性能好，大多数塑料具有优良的减磨、耐磨和自润滑特性。许多工程塑料制造的耐摩擦零件就是利用塑料的这些特性。在耐磨塑料中加入某些固体润滑剂和填料时，可降低其摩擦系数或进一步提高其耐磨性能。

（5）透光及防护性能好，多数塑料都可以做成透明或半透明制品，其中聚苯乙烯和丙烯酸酯类塑料像玻璃一样透明。

（6）减震、消音性能优良，某些塑料柔韧而富于弹性，当它受到外界频繁的机械冲击和振动时，内部产生黏性内耗，将机械性能转变成热能，因此，工程上用作减震消音材料。

上述塑料的优良性能，使它在工农业生产和人们的日常生活中具有广泛用途。然而，塑料也有许多缺陷，主要有以下几个方面。

（1）热性能差。一般塑料只能在100℃以下温度使用，少数可在200℃左右使用。

（2）热膨胀系数大，尺寸稳定性差，不易成型尺寸精密的制品。

（3）塑料制品在使用过程中易产生蠕变、冷流、疲劳和结晶等现象。

（4）耐老化性能差；许多塑料都容易燃烧。

二、塑料的分类

按照塑料的热行为分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料为长链大分子，是线型或支链型聚合物。当加热此类塑料超过一定温度，塑料就会软化，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；当温度降至一定温度时，材料就硬化恢复原来的状态；再受热又可软化，冷却再变硬。包装上常用的聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚偏氯乙烯等均为热塑性塑料。

热固性塑料由较低分子量的物质构成，为线型结构。但一经加热，首先变软，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的高分子化合物，最终固化为不熔、不溶的高分子材料。酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂等均为热固性材料。

热塑性塑料和热固性材料的性能比较见表2-1。

三、塑料包装材料中常用的塑料

1．聚乙烯（Polyethylene, PE）

聚乙烯是包装中用量最大的塑料制品之一，聚乙烯是经石油裂解所得到的乙烯，经聚合而成，聚乙烯可以是均聚和共聚的，同时也可以是线型和非线型的。聚乙烯为无臭、无毒、外观呈乳白色的蜡状固体，材料柔软性好，不易脆化。化学稳定性好，常温下几乎不与任何物质反应，具有一定的透气性，热封性能好，聚乙烯主要用来制造各种包装薄膜、容器以及缓冲泡沫材料，如图2-24所示，广泛用于食品、药品、化学品包装领域。

2．聚丙烯（Polypropylene, PP）

聚丙烯属聚烯烃品种之一，也是包装中最常用的塑料品种之一，聚丙烯是以丙烯单体进行聚合的热塑性聚合物，相对密度为0.90～0.91，是目前常用塑料中最轻的一种，聚丙烯由于具有全同构型，其结晶度可达95%，透明性较聚乙烯好，表面光滑，吸水性低（＜0.02%），气密性也比聚乙烯好。聚丙烯是一种热塑性树脂，具有良好的耐热性、电绝缘性且耐腐蚀、密度低；加之原料易得来源丰富，使之成为近年来世界通用树脂中增长较快的品种。

聚丙烯薄膜主要包括双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜、流延聚丙烯（CPP）薄膜、普通包装薄膜和微孔膜等。BOPP薄膜具有质轻、机械强度高、尺寸稳定性好等优点，广泛应用于包装领域，特别是食品包装领域，如图2-25所示。BOPP薄膜按用途可分为光膜、烟膜、电工膜、珠光膜等。CPP薄膜具有阻隔性好、热封温度低、印刷和复合适应性强、耐蒸煮等特点。与BOPP薄膜相比，CPP薄膜具有加工设备简单、单位面积成本低的优势，而且其抗刮性和包装机械性能良好，因而在包装领域占有重要地位。

3．聚苯乙烯（Polystyrene, PS）

聚苯乙烯是目前世界上应用最广的塑料。聚苯乙烯大分子主链上带有体积较大的苯环侧链，使大分子的内旋受阻，故柔顺性较差，且不易结晶，属线型无定型聚合物。聚苯乙烯包括三个品种，有通用聚苯乙烯、增强聚苯乙烯和发泡聚苯乙烯。通用聚苯乙烯耐热温度高、高流动性和几乎不含添加剂，通常用作发泡塑料和热塑成型原料，如图2-26所示，用于注塑透明商品盒、高品质化妆用品器皿盒、光盘包装、透明的食品盒、果盘、小餐具等。高流动性聚苯乙烯用作医用器皿、餐具盒热塑成型的共挤片材。

4．聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride, PVC）

聚氯乙烯塑料是多组分塑料，它包括聚氯乙烯树脂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、填料、颜料等多种助剂，助剂的品种及数量都直接影响聚氯乙烯塑料的性能。聚氯乙烯的性能可调，可制成从软到硬不同力学性能的塑料制品；化学稳定性好，在常温下不受一般无机酸、碱的侵蚀；耐热性较差，受热易变形；光学性能好，可制成透光性、光泽度皆好的制品，聚氯乙烯多用于制作硬质包装容器，透明片材，软质包装薄膜等，如图2-27所示，主要应用于纺织品、服装以及药品等领域。

5．聚偏氯乙烯共聚物（Polyvinylidene Chloride, PVDC）

聚偏氯乙烯的分子结构的对称性使它具有高度的结晶性，并且软化温度高，接近其分解温度，再加上它与一般的增塑剂相容性较差，难以加热成型，因此工业上采用结构与其相似的氯乙烯共聚，起到内增塑的作用，从而达到适当的降低其软化温度，提高与增塑剂相容性的目的。制造薄膜用的共聚物中的偏氯乙烯含量在80%～90%，多位悬浮法生产，其特点为杂质少，透明度好；用作涂料、黏合剂的共聚物中偏氯乙烯含量通常在70%以下，常采用乳液法生产。乳液法聚偏氯乙烯涂覆在其他纸张、薄膜或塑料容器的表面，可提高纸张和塑料薄膜甚至半刚性容器PET瓶的阻隔性能，延长食品的保存期。

6．聚酰胺（Polyamide, PA）

聚酰胺的商品名叫尼龙（Nylon），是分子主链上含有酰胺基团的线型结晶聚合物，它是由内酰胺或由二元胺与二元酸缩聚而成，其名称是根据胺与酸中的碳原子数或内酰胺中的碳原子数来命名的。尼龙在包装方面主要以薄膜形式应用，为提高薄膜性能，一般对薄膜进行拉身。由于尼龙的熔融加工性能好，在大多数的包装应用中，尼龙通常被用于制造挤出薄膜，可以通过流延或吹胀的工艺得到。在整个薄膜加工过程中，通过不同温度的处理可以得到不同结晶度的尼龙。尼龙通过吹塑加工，可以用来生产工业容器、燃料罐和油罐。尼龙一般还用于医疗器械、肉类和奶酪包装及热成型填充包装。在大多数包装应用中，尼龙一般与其他薄膜复合成多层结构，其他树脂主要提供热封性能和阻水性能，如尼龙多层复合膜通常用于真空咸肉、干酪、大腊肠和其他肉类加工品的包装。

7．聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene Terephthlate, PET）

在包装行业中人们常将聚对苯二甲酸乙二醇酯简称为聚酯。聚酯树脂具有优良的性能，力学性能好，其韧性在常用的热塑性塑料中是最大的；具有优良的阻气、水、油及异味性能；透明度高，可阻挡紫外光，光泽性能好；无毒、无味，卫生安全性好，可直接用于食品包装。

PET片材是PET经干燥→挤出→流延铸片而成。PET薄膜用于医疗用器具、精密仪器、电器元件的高档包装材料和录音带、录像带、电源胶片、计算机软盘及感光胶片等的基材，还可以制成拉伸薄膜用于各类产品的包装。瓶用树脂是PET制成瓶类容器用于充气饮料及纯净水等的包装，其特点是重量轻、强度高、韧性好、透明度高、拉伸取向后可耐较高的内压、化学稳定性好、阻隔性高。结晶的PET树脂是目前较好的耐热包装材料，适用于冷冻食品及微波处理的食品容器，以及热罐装食品的包装，如图2-28所示。

8．聚萘二甲酸乙二醇酯（Polyethylene Naphthalene, PEN）

PEN和PET有非常类似的结构，所以在性质上也有相同的特性，而且几乎在所有方面都优于PET。在PET树脂的阻隔性和耐热性达不到要求的应用领域，PEN则显示出其卓越的性能。PEN的耐热性能较好，拉伸强度比PET高35%，且加工性能好，成型周期快。由于PEN具有较高的熔融温度，且价格较高，限制了其作为包装材料的广泛使用。PEN以其较高的防水性、气密性、抗紫外性以及耐热、耐化学、耐辐射而著称，目前在包装上的典型使用是生产医药和化妆品的吹塑容器和可蒸煮消毒的果汁瓶、啤酒瓶等。

9．聚碳酸酯（Polycarbonate, PC）

聚碳酸酯为一种线型聚酯，是一种无色或呈微黄色透明的无定形塑料，如图2-29所示。具有优越的耐高温性能及在高温下的高强度，且耐低温性能也很好，脆化温度低于-100℃，可在130℃下长期使用；耐稀酸、耐脂肪烃、醇、油脂和洗涤剂，溶于卤代烃，易与碱作用；对水、蒸汽和空气的渗透率高，可用于蔬菜等需要呼吸的食品包装，若需阻隔性时，必须进行涂覆处理；无毒、无味、无臭具有透明性；耐候性较好，对热、辐射、空气、臭氧有良好的稳定性。聚碳酸酯在包装上主要以薄膜形式用于蔬菜、肉类等需要呼吸及氧气的食品，还可制成纯净水桶、婴儿奶瓶，以及瓶、碗、盘类食品包装。

10．乙烯—醋酸乙烯酯共聚物（Ethylene/Vinylacetate Copolymer, E/VAC）

E/VAC按聚合工艺不同，所得产物可用于不同的用途，高压本体法所制用于塑料，溶液法用于PVC加工助剂，乳液法用于制作黏合剂、涂料等。E/VAC的特性主要取决于醋酸乙烯的含量，由于VA（醋酸乙烯酯）的存在，增加了链与链之间的分子黏性，相对LDPE来说，E/VAC树脂具有更好的柔软性、韧性和热封性，在包装应用中，VA的含量最佳为5%～20%。分子量增加，黏合性、柔韧性、热封强度、热粘强度和柔软性能都有提高。良好的黏结性和易加工性，E/VAC常用于挤出涂布，作为热封层与PET、OPP挤出复合，用来包装奶酪和药品。在低温下有很好的柔韧性，这种低温性可用于冰激凌、冷冻肉的包装。

11．乙烯—丙烯酸乙酯共聚物（Ethylene/ethyl Acrylate Copolymer, E/EAC）

E/EAC是乙烯和丙烯酸乙酯的共聚物，为柔软的橡胶状半透明固体，其主要优点是加工热稳定性好，耐低温性能优良，脆折温度可低至-100℃，优良的耐弯曲开裂性及耐环境应力开裂性，而且弹性较大，有优秀的热粘强度和黏结强度，E/EAC可用于铝箔和其他树脂的黏结层。E/EAC具有广泛的用途，可以作为包材中的黏结层，也可以作为薄膜或容器的形式用于食品软包装、快餐食品、药品包装，挤出薄膜可用于无菌纸盒包装、复合罐、牙膏管和食品包装。

12．聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol, PVA）

聚乙烯醇是一种耐热、高强度、柔韧、耐溶剂、介电性能好的材料，近一半用于薄膜、涂料、黏合剂或成型材料。聚乙烯醇的单体乙烯醇是不稳定的，因此聚乙烯醇不能由单体直接聚合而成，而是先用醋酸乙烯酯聚合呈聚醋酸乙烯酯，然后将其醇解，制得聚乙烯醇。聚乙烯醇被大量地用于制造涂料、黏合剂。当作塑料使用时，通常以薄膜形式应用于食品包装。聚乙烯醇薄膜的机械性能好，耐折、耐磨；无毒、无臭、无味，化学稳定性好；阻气性和阻香性极好，因分子内含有羟基，具有较大的吸水性，故阻湿性差，且随着吸湿量的增加，其阻气性能急剧下降，因此常与高阻湿性薄膜复合，用作高阻隔性食品包装材料。

13．乙烯—乙烯醇共聚物（Ethylene—Vinylalcohol Copolymer, EVOH）

乙烯—乙烯醇共聚物是乙烯和乙烯醇的水解共聚产物。聚乙烯醇具有特别高的气体阻隔性能，但它吸湿性大，有的品种还溶于水难以加工。通过乙烯醇和乙烯的共聚合，保留了高的气体阻隔性能，而耐湿性和加工性也得到了改进。

乙烯—乙烯醇共聚物树脂最突出的特性就是能提高对O2、CO2或N2等气体的高阻隔性能，使其在包装中能充分提高保香和保质的作用。由于乙烯—乙烯醇共聚物分子中存在较多的羟基，因而材料是亲水和吸湿的。乙烯—乙烯醇共聚物具有非常好的耐油性和耐有机溶剂能力，可以做油性食品、食用油等要求高阻隔性能的食品包装材料。

14．离子交联聚合物（Ionomer）

离子交联聚合物又称离子型聚合物，是以乙烯为主体，加入1%～10%的丙烯酸（或甲基丙烯酸）等单体进行高压共聚并在共聚物主链上引入金属离子（如钠、钾、锌、镁等）进行交联而得的产品。

离子交换聚合物在包装行业中以薄膜形式使用时，可用于包装形状复杂的或带棱角的物品、食品，特别是高油脂的食品，还可做普通裹包、弹性裹包及收缩包装，以及复合材料的中间黏合层或热封层，还可以制造盛装洗涤剂、食用油、机油、化妆品、药品、食品的容器。

四、塑料包装制品

随着石油化工的飞速发展，塑料工业发展迅猛，塑料包装容器以其特有的性能广泛应用于社会领域的各个方面。塑料包装容器在应用中拥有金属、玻璃、陶瓷、木材等材料无法比拟的特性，如密度小、易于成型加工、较好的耐腐蚀、耐冲击等。当然塑料包装容器也有其不足，如塑料在高温下易变形，易于磨损或变脆，易于产生静电积聚等。下面介绍几种常见的塑料制品。

1．复合薄膜

复合薄膜是指几种薄膜结合成为一体的多层薄膜材料，复合薄膜的品种很多，归纳起来有纸塑型、塑塑型和纸塑铝型，如图2-30所示。

2．编织袋

聚乙烯和聚丙烯是非极性高聚物，将它们拉伸后，在拉伸方向强度提高的同时，沿拉伸方向的撕裂强度或垂直拉伸方向的拉伸强度则明显下降。聚丙烯编织袋以聚丙烯树脂为主要原料，经挤出成膜、切割、拉伸制成的扁丝织造缝制而成，主要用于化肥、合成材料、炸药、粮食、食糖、盐、矿砂、水泥等产品的包装，如图2-31所示。复合塑料包装布以高密度聚乙烯或聚丙烯树脂为原料，经挤出拉伸制成各种颜色的扁丝，再经编织和流延法复合聚乙烯或聚丙烯而制成的单经平纹复合塑料编织布，可以作为各种帐篷、露天建筑用遮布及缝制成手提袋等。

3．泡沫塑料

泡沫塑料是以树脂为基础制成的内部具有无数微小气孔的塑料制品，如图2-32所示。泡沫塑料的通性是质轻，比同种塑料要轻几倍甚至几十倍，由于有无数小孔，因此不易传热、能吸音、绝缘、防震等。泡沫塑料可用作包装材料、绝热材料、吸音材料、过滤材料、室内装饰材料、浮漂物、绝缘材料等。

4．塑料打包带

塑料打包带具有色泽鲜艳、美观、耐腐蚀、不生锈、重量轻等优点，同时吸水性和吸湿性很小，浸水后不会降低强度，经牵伸的塑料打包带，使用过程中收缩会将包装物扎得很紧，长期使用可靠，如图2-33所示。它广泛用于食品、纺织、轻功、医药、仪表等包装的打包。

5．塑料瓶

塑料瓶主要用于包装饮料、液体调料、香水、药水、洗涤剂等。用作塑料瓶的塑料品种有聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等，如图2-34所示。新发展的多层次复合共挤吹塑的复合塑料瓶，进一步改善了隔绝性能，同时由于便于将廉价的塑料夹入夹层，因而可以降低成本。

6．塑料桶

塑料桶主要采用聚乙烯和聚丙烯塑料，如图2-35所示。桶的容量由几升到200升不等，外形多数呈方形和圆形。塑料包装桶可以用作工业原料（酸、碱、盐）、油类以及盐渍食品的包装，其优点是耐腐蚀、重量减轻、不易破损。塑料桶的加工技术采取中空成型，先进的加工方式是采取多工位成型并有多点电子测厚仪反馈控制桶壁厚度，自动调整厚度公差。软塑桶是由聚乙烯共聚物制成的，呈方形。灌装前可压扁折叠，节省空间和运输费用，用于液体饮料和盐渍酱菜的包装。

7．塑料箱

广泛应用的是聚丙烯周转箱，新型的塑料高密度聚乙烯瓦楞板，如图2-36所示，其强度/重量比值很高，是包装箱的好材料，用以代替木材和纸板等。另外还有发泡聚苯乙烯增强板、合成纤维增强板等，作为受力结构的板材，用作包装箱材料，主要目的是代替天然材料，减轻重量并降低成本。

8．塑料罐

塑料罐除传统采用全塑料结构外，又发展了许多新结构——以薄纸板为基材的复合结构，如图2-37所示。薄纸板与镀铝塑料薄膜复合以及发泡聚苯乙烯与铝箔复合，广泛用作食品饮料包装，代替金属罐。还有一种纸板与金属组合罐，罐身由薄纸板螺旋卷绕而成，纸板表面经涂塑或复合，盖和底用金属，这种组合罐用于包装固体饮料和熟制食品。

9．塑料杯、盘、盒

塑料片材成型工艺的发展，为高效生产塑料小型容器创造了条件。聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯以及发泡聚苯乙烯的薄片材连续化热压成型制成的一次性容器已大量使用，成本很低。薄壁塑料杯供包装果汁、冷饮和固体饮料以及作为旅行用饮料杯。发泡聚苯乙烯浅盘用以包装新鲜鱼肉、果脯点心、蔬菜水果，如图2-38所示，表面蒙上一层拉伸薄膜或收缩薄膜封闭，由自动包装机连续化生产，其大量被超市采用。