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      食品包裝抗內部加壓損壞試驗介紹

      發表時間:2015/12/09 00:00:00  來源:會員提供  瀏覽次數:2391  
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      密封是包裝的首要功能,也是對內容物影響最大的因素。對于食品來說,氧氣、水蒸氣等氣體和液體透過包裝的泄漏點進入包裝,會加速內容物的變質。當前,熱封技術已經廣泛應用于食品軟包裝袋的制作工藝中,熱封操作的高溫處理會影響附近包裝材料的機械強度,因此不同材料間的連接部位通常也是包裝物整體密封性的薄弱部位。當對此類包裝加壓時,袋體各處所有壓力分布不均,最先出現泄漏的位置往往是承壓強度最低的部分,所以要正確評價熱封軟包裝的密封性能必須對成品包裝進行內加壓密封性檢測。

      內加壓密封性測試

      密封性試驗是破壞性試驗,不可能對所有商品都進行檢測,所以利用有限的樣品盡量多地獲得精確、有效的檢測數據對于密封性檢測來講非常重要。以往密封性檢測的結果多采用通過或未通過來表示,無法讓檢驗者對泄漏情況,包裝熱封質量等形成清楚的認知,從而難以對包裝密封工藝做進一步優化。

      內加壓密封性測試,亦稱作“包裝物抗內部加壓損壞試驗方法”,是密封性測試的量化方法,通過向包裝內充入一定壓力的氣體,能精確測定包裝的最大耐破力。在此基礎上,維持一定的充氣壓力進行測試即可獲得包裝承壓且不破裂的最長時間。內加壓法用于快速衡量包裝在壓差環境下出現破裂的趨勢,能夠在生產過程和包裝不同周期中對析包裝結構中的薄弱環節進行快速評估,并為改善包裝結構、選擇更合適的包裝材料提供依據,同時也為堆放、貯存、運輸、沖擊等試驗模型提供更準確的破損臨界條件。在實際倉儲運輸過程中,內容物包裝后往往層層疊放在一起,包裝內的壓力隨著空氣轉移到四周熱封邊位置,而非自由膨脹。而在內加壓法測試中,由于包裝材料具備一定的拉伸強度和柔韌性,隨著充入氣體的增加會造成包裝發生明顯形變,自由膨脹。因此,為了使測試過程更加貼近于包裝的真實倉儲運輸狀態,采用約束板試驗裝置不失為一個好方法。使用約束板試驗裝置能準確、定量地限制包裝袋的膨脹、變形,大大降低了薄膜所受壓力并將壓力集中、均勻地分布到袋子四周的熱封邊上。

      內加壓密封性測試方法

      根據ASTM F1140標準,內加壓密封性測試包含“破裂試驗”和“蠕變試驗”兩種模式。測試包裝的封口狀態不同,其測試過程也會存在一定的差異。

      破裂試驗

      “破裂試驗”指的是將試樣包裝放置在正壓法密封試驗裝置中,對包裝內部持續充氣加壓,直至包裝出現破裂現象結束試驗,測試結果為包裝在破裂前瞬間的最大壓力。試驗所用的氣源和增壓設備必須具備一定的容量和能力,在包裝破裂之前保持對包裝內部持續增加。

      制取試樣

      要選取足夠數量的樣本以檢測樣本的各項性能。使用有外觀缺陷或其他不正常的樣本可能會對試驗造成影響。忽視樣本的缺陷則可能會造成結果的偏差。

      試樣封裝

      開口包裝是一種采用熱封工藝形成的一邊開口式軟包裝袋。對于此類測試對象,需要采用LSSD-01P開口包裝試驗裝置。首先雙手捏住開口兩側,使軟包裝袋上下兩層分離。把被測包裝開口部位放在上端固定橫梁和下端可活動橫梁中間,使充氣口位于上下兩層中間,雙手拉緊包裝袋兩端啟動夾緊開關,上下兩端衡量閉合夾緊包裝袋封口,如圖1所示。


      封閉包裝指的是已完成密封的包裝袋。將全封閉包裝放入LSSD-01泄漏與密封測試儀的試驗臺上,小心把充氣探針刺入包裝袋的中心點位置。由于包裝材料具有易撕裂性,通常于被刺入之前,在被刺入點表面緊貼一枚圓形橡膠片,以對刺入點進行強化處理,如圖2。

      開始試驗
      啟動LSSD-01泄漏與密封測試儀,選擇“破裂測試”,開始試驗。過程中氣體通過充氣口進入包裝袋內,包裝袋緩慢膨脹。與此同時,“試驗界面”會實時顯示“壓力”變化的數值。待包裝袋破裂后系統會自動顯示“最大破裂壓力”值,并記錄包裝的破裂位置。實驗結束后采用新試樣代替舊試樣繼續試驗。一般情況下破裂試驗不得少于3次。

      蠕變試驗

      蠕變試驗又分為兩種形式,即“蠕變試驗”和“蠕變至破裂試驗”。“蠕變試驗”是將包裝袋夾持到試樣裝置中,對包裝內部充氣加壓至一定壓力,例如70%~90%,觀察包裝是否能保持一定的時間不破裂。而“蠕變至破裂”是在蠕變試驗的基礎上,保持較高的壓力,保證包裝在合理的時間內,如15s出現破裂現象。試驗結果為包裝發生破裂所需的時間。

      約束板測試

      上述內加壓密封性的試驗方法適用于測試包裝對加壓壓力的整體抵抗能力。試驗時,壓力在包裝密封區域的分布并不均勻,在不受約束的條件下,包裝袋中心點膨脹,直徑最大,壓力也最高。因此,這種試驗方法并不能對密封區域壓力較弱部分進行準確的測定。


      約束板是一種試樣固定裝置,加壓過程中,包裝袋位于兩個平行的剛性約束板之間,以限制包裝膨脹和外形變形,但是周圍密封區域不受限制,如圖3。在正壓法密封性測試中,將包裝置于約束板中進行內加壓,施加的壓力可以均勻分布在包裝袋周圍的密封區域,進而保持包裝袋尺寸的穩定性。包裝袋的密封通常位于包裝袋四周的位置。通過這種方法,可以最大限度地對受壓力較低的密封區域進行測試,得出包裝破裂所需要的壓力。

      特殊包裝的內加壓密封性測試

      某些食品對透氣性有著特殊要求,例如成品果蔬,由于其封裝后需要維持呼吸作用以保持新鮮,因此需要采用多孔包裝材制成包裝。顧名思義,多孔材料的透氣性較佳,在進行充氣內加壓的時候,若氣體從氣孔中泄漏的速率大于氣體充入的速率,會導致包裝內無法儲存足夠量的空氣,造成氣壓較低、壓力不足,無法引起待測包裝密封邊的破裂或達到預期保壓壓力水平。對于這類待測包裝,可采用標貼或者膠帶封堵包裝材料表面,以防止氣體逃逸。需要注意的是,一方面要確保封堵材料在多孔性包裝材料表面分布的一致性和均勻性,另一方面封堵材料不能對測試包裝的密封起到強化作用,以免影響測試結果。

      綜上所述,內加壓密封性測試相較傳統負壓密封測試更加全面、系統、能有效分析造成包裝破損的根本原因,進而改良包裝制作工藝或更換包裝材料。另外,此方法同時適用于食品包裝容器、瓶蓋、軟管等,因此具有重要的現實意義。

      食品接觸材料中的增塑劑簡介

      增塑劑又稱塑化劑、可塑劑,是一種高分子材料助劑,可以增加材料柔軟等特性;在塑料中添加可以使塑料制品更加柔軟、具備韌性和彈性。

      增塑劑是產量和消費量最大的塑料助劑之一,需求的三大主要區域為北美、歐洲和亞洲,占60%。我國是亞洲地區最大的生產和消費國,其中90%用于生產PVC塑料,其余用于合成橡膠、纖維素塑料和丙烯酸樹脂等產品。

      增塑劑的種類

      增塑劑的分類按分子量大小分為單體型和聚合型,按性能分為通用型、耐寒型、耐熱型、阻燃型、無毒型;按結構分為鄰苯二甲酸酯、脂肪族二元酸酯、磷酸酯、環氧化合物、多元醇酯類增塑劑、反應性類增塑劑、檸檬酸酯類增塑劑脂等等。

      同一種塑化劑常常使用不同的對象,但其效果往往并不相同。塑化劑種類多達百余種,最普遍的是鄰苯二甲酸酯類增塑劑和脂肪族二元酸酯(己二酸酯類增塑劑)。

      鄰苯二甲酸酯類增塑劑

      又稱鈦酸酯(PAEs),鄰苯二甲酸形成脂的統稱是鄰苯二甲酸酐與醇在酸的催化作用下形成的酯。用作增塑劑時是鄰苯二甲酸與4~15個碳形成酯,用于玩具、食品包裝、塑料地板、壁紙、清潔劑、指甲油、噴霧劑、洗發水、和沐浴液等數百種產品中,占總塑化劑消費量的90%。通用特性:粘稠液體,揮發性低,無色、無嗅,有毒,不溶于水,溶于大多有機溶劑,如乙醚、乙醇、礦物油。

      常用的此類增塑劑有16種,即鄰苯二甲酸甲酯DMP、領苯二甲酸乙酯DEP、鄰苯二甲酸丙酯DPrP、鄰苯二甲酸丁酯DBP、鄰苯二甲酸戊酯DAP、鄰苯二甲酸己酯DHP、鄰苯二甲酸丁基芐基酯BBP、鄰苯二甲酸(2-乙基己基)酯DEHP、鄰苯二甲酸二正辛酯DnOP、鄰苯二甲酸二異壬酯DiNP、鄰苯二甲酸二異癸酯DIDP等。

      脂肪族二元酸酯類增塑劑

      直連的亞甲基為主體,同環狀結構的增塑劑比較,在較低溫度下可保持聚合物分子鏈間的運動,具有良好的耐寒性能,烷基鏈越長,耐寒性能越好。己二酸酯類增塑劑主要應用于聚氯乙烯(PVC),突出低溫柔軟性、增進光穩定性、改善加工性能,廣泛用于耐寒性農業薄膜、冷凍食品包裝膜等塑料制品中。PVC包裝材料用作熟食、油脂食品、蔬菜等物品中。比較常見的脂肪族增塑劑有以下幾種,即己二酸二辛酯DEHA或DOA、己二酸二異癸酯DIDA、癸二酸二丁酯DOZ、壬二酸二辛酯DBS、癸二酸二辛脂DOS、己二酸二(丁氧基乙氧基)、順丁烯二酸二辛脂。DOA為聚氯乙烯共聚物、聚苯乙烯、硝酸纖維素等增塑劑、增塑效率高,受熱不易變色、耐低溫和耐光性好,在擠壓和壓延加工中,有良好的潤滑性,使制品有一定手感,但揮發性大、遷移性大、電性能差,因此與DOP、DBP并用作輔助增塑劑。DBS為乙烯基樹脂及纖維素樹脂的優良耐寒增塑劑,比DOA好,黏度低、沸點高、揮發性小以及優良的耐熱、耐光及電絕緣性能,增塑效率高,制成的增塑糊黏度穩定,所以廣泛用于人造革、薄膜、薄板、電線和電纜護套,但由于易被烴類物質提取,一般只用作輔助增塑劑。

      磷酸酯類增塑劑

      磷酸酯類增塑劑是磷酸的酯化衍生物,通長為無色或淡黃色的透明油狀液體或白色無臭結晶粉末,溶于苯、氯仿、丙酮等一般有機溶劑,極難溶于水。一般用作硝化纖維、醋酸纖維的增塑劑,黏膠纖維中的樟腦不燃性代用品。常見的有磷酸三苯酯TPP、磷酸三-鄰-甲苯酯TOCP、磷酸三-間-甲苯酯、磷酸三-對-甲苯酯。

      環氧類增塑劑

      環氧類增塑劑是分子結構中帶有環氧基團的化合物,在工業聚氯乙烯樹脂加工工業中不僅對PVC有增塑作用,而且可以使聚氯乙烯鏈上的活潑氯原子穩定,其結構中的環氧基團可以吸收因光和熱降解出來的氯化氫,從而阻止PVC的連續分解,起到穩定劑的作用,延長PVC制品的使用壽命。重要品種有環氧大豆油、環氧乙酰蓖麻油酸甲酯、環氧糠油酸丁酯、環氧蠶蛹油酸丁酯、環氧大豆油酸丁酯、9,10-環氧硬脂酸丁酯。此類增塑劑研究最深的是環氧大豆油,既是聚氯乙烯樹脂的輔助增塑劑,又是穩定劑,而且具有產品無毒和制品耐候性高等優點,廣泛用于各類塑料的工業制品中。

      多元醇酯類增塑劑

      多元醇酯類增塑劑主要指二元醇、多縮二元醇、三元醇、四元醇、與飽和脂肪一元羧酸或苯甲酸生成的酯類,包括乙二醇、一縮二乙二醇、二縮三乙二醇、三縮四乙二醇、低分子聚乙二醇,1,2-丙二醇、丁二醇、甘油、新戊二醇、季戊四醇、蔗糖、山梨醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、甘油單乳酸酯。脂肪酸包括c2~c10脂肪酸(如乙酸、丁酸、己酸、2-乙基己酸、辛酸)和混合脂肪酸(c5~c9、c7~c9、c8~c10等)。在眾多多元醇酯類中,多元醇苯甲酸酯大部分屬于無毒性,如甘油三乙酸酯,在許多國家都允許用作食品接觸性包裝材料。分子結構有直鏈結構,支鏈結構,有的是脂肪酸酯,有的是苯甲酸酯,分子量差異很大,性能不同。

      具有優良低溫性能,主要是二元醇脂肪酸酯,包括乙二醇、丙二醇、丁二醇等,脂肪酸有丁酸、己酸、辛酸、2-乙基己酸,例如乙二醇和縮乙二醇脂肪酸酯、丙二醇和縮丙二醇脂肪酸酯、丁二醇脂肪酸酯。

      具有優良耐熱、耐老化、耐抽出性能,主要是季戊四醇酯和雙季戊四醇酯,兩者電性能也很好,可作為耐熱塑料,用于高溫電絕緣材料配方中。其中雙季戊四醇酯優于季戊四醇酯,其耐熱性、耐老化、耐抽出以及電性能優良,揮發性低,加工性能良好。

      耐污染性能,主要是多元醇苯甲酸酯,特別是一縮二(1,2-丙二醇)二甲苯甲酸酯及2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇異丁酸苯甲酸酯。分子中含有苯環和支鏈的增塑劑,遷移性小,通常作為PVC的主增塑劑。

      優良的溶劑化能力,如甘油三乙酸酯可以與乙酸纖維素、醋酸纖維素、乙基纖維素等以任何比例相容。因此甘油三乙酸酯主要作為纖維素的增塑劑,用來生產香煙過濾嘴。

      反應性類增塑劑

      反應性類增塑劑通常應用時對樹脂只起溶脹作用而不起化學反應,可以被溶劑抽出。而有些增塑劑因其分子中含有可反應的活性基團,在加入到樹脂中時,可與樹脂化學鍵結合,或和聚合物分子相互交聯形成網狀結構,或本身在一定條件下,自身聚合并與樹脂纏結在一起,形成一個統一的整體,從而使樹脂改性。叫做反應性增塑劑、可聚合增塑劑、可硫化增塑劑、也叫有增塑作用的改性劑,如丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。

      檸檬酸酯類增塑劑

      此為新開發的環保型增塑劑,效率高、無毒無害、綠色環保,由檸檬酸和醇類在催化劑條件下經酯化反應,主要有以下幾類:檸檬酸三乙酯TEC、乙酰檸檬酸三乙酯ATEC、檸檬酸三正丁酯TBC、乙酰檸檬酸三正丁酯ATBC、乙酰檸檬酸三正己酯ATHC、乙酰檸檬酸三辛酯ATOC。生產原料檸檬酸、正丁醇及酸酐具有低毒性,乙酰檸檬酸三丁酯的LD50>1000mg/kg,可以認為無毒性,被美國FDA認可作為增塑劑,同時也被德國、法國、日本、意大利認可,允許用在食品接觸材料、兒童玩具、衛生用品、醫療器械等與人體密切接觸的制品中。

      增塑劑在食品接觸材料中的使用

      增塑劑常被用于軟質塑料制品中,如保鮮膜、食品包裝、食品容器的密封墊圈、飲料或啤酒瓶蓋內襯。變化范圍很大,從1%~40%都有可能,加入比例越大,塑料越柔軟,小于5%時為硬質塑料,15~25%時,為半硬質,大于25%時為軟質。

      增塑劑容易受到外界環境如使用溫度、使用時間、食品的酸堿性影響而釋放到食品中。即使與食物接觸時并未加熱,也有機會滲出到食物中,尤其接觸的是表面具非極性油脂的食物時。

      GB 9685-2008《食品容器、包裝材料用助劑使用衛生標準》規定了20類65種加工助劑,己二酸二辛脂DEHA未列入。鄰苯二甲酸二異丁酯(DBP),在塑料中的使用量不超過10%。
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