| 摘要 |
經行業專家分析，大約有35%的食品保質期內變質事件是由食品包裝材料不合格引發的，大約有65%的食品包裝有安全隱患。阻隔性能是評定包裝材料性能以及被包裝物貨架期的一個重要的指標。因此對近年來逐步興起的科生物降解包裝材料進行阻隔性檢測成為了各包裝質檢機構的研究課題之一。本文主要介紹了可生物降解包裝膜阻隔性檢測的意義、淀粉基生物降解塑料以及蘭光驗證其阻隔性能的測試過程，為可生物降解包裝材料行業提供阻隔性測試指導。 |
| 關鍵詞
|
生物降解,包裝膜,阻隔性,氧氣,水蒸氣
|
| 文檔 |
文檔下載 |
1.測試意義簡介
近年來，隨著人們環保意識的逐步增強，“白色污染”問題已經成為社會關注的熱點。“白色污染”是繼溫室效應之後，成為威脅人類生存環境的新焦點。因此，可生物降解塑料的開發和應用，作為解決“白色污染”最有效的途徑，已越來越引起人們的重視。為了能將各類生物降解膜應用於包裝行業，阻隔性能是需要檢測的重要指標之一，尤其是對食品藥品及日用品包裝。包裝材料有些具有很好的阻隔性，可以阻止氣體的侵入，以免商品氧化或受潮霉變；而有些材料有需要具有較好的透氣性和透濕性，以利於包裝內外的氣體交換。因此，對不同應用的生物降解包裝膜進行透氣或者透濕等性能的測試，是檢測生物降解膜包裝性能和進一步研究開發新可生物降解包裝材料的重要參數依據。
2.淀粉基生物降解材料
淀粉為多糖類化合物，是目前廣泛使用的可生物降解的天然高分子。淀粉基塑料泛指其組成成分中含有淀粉或其衍生物的塑料，可以分為淀粉填充型塑料和全淀粉塑料。就其降解性而言，可分為淀粉填充的不完全生物降解的崩解型塑料和以淀粉基可生物降解樹脂為主要原料的完全生物降解塑料。淀粉基可降解包裝材料主要包括淀粉制包裝材料與原淀粉和蛋白膜包裝材料兩大類。但由於淀粉屬於含多羥基的剛性天然高分子材料，其吸濕性、脆性以及難以塑化等缺陷一直阻礙著淀粉材料的應用。目前，如何提高淀粉基生物降解塑料的韌性、耐吸濕性以及可加工性成為生物降解塑料的研究熱點。由於目前各檢測機構和標准機構沒有出臺專門針對生物降解塑料或包裝膜的透氣透濕檢測標准，蘭光依照ASTM D1434（壓差法）和ASTM E96（減重法）等標准在阻隔性實驗室對全淀粉型生物降解薄膜進行了一次阻隔性能檢測驗證。檢測物為厚約380um的全淀粉型生物降解薄膜，如圖1所示。測試儀器使用的是蘭光VAC-V2壓差法氣體滲透儀和W3/0120水蒸氣透過率測試儀，如圖2、圖3所示。由於全淀粉型生物降解薄膜在乾燥的環境下有脆性容易碎，所以在保存的時候建議放在50%相對濕度的環境下進行保存。
圖1
圖2
圖3
3.蘭光阻隔性檢測驗證
透氣性測試
根據ASTM D1434標准中的規定，測試前將試樣放在23℃的乾燥環境下放置48小時。試驗需要純乾高純氧氣。裁制試樣時應選取厚度均勻，無皺折、折縫、針孔及其他缺陷的部分。首先，用取樣器制備3個濾紙和試樣，如圖4所示。在放置試樣前，如圖5所示先在測試下腔的淺凹槽外側2毫米以外的區域涂抹適量的真空油脂以保證系統的密封程度，涂抹一定要均勻，同時要避免涂抹區域內不能有雜物，以防造成對試樣的損壞。油脂涂抹完畢後，在淺凹槽區域放上事前准備好的濾紙，然後將裁好試樣按照圖6中所示放置在測試下腔，使試樣和測試下腔緊密接觸，蓋上測試上腔，旋緊即可。由於淀粉基生物降解薄膜的阻氣性比較好，所以試驗選用比例判斷模式，上下腔的抽真空時間設為8個小時以達到試驗需要的真空度。參數設置完畢後點擊“試驗”，整個試驗過程自動進行。
試驗結果為: 氧氣透過量 12.87 cm3/(m2·24h·0.1MPa)
圖4
圖5
圖6
透濕性測試
根據ASTM E96標准中的規定，對試樣進行試驗前的預處理。裁制試樣時應選取厚度均勻，表面無皺折、破損現象，並且表面乾淨，無灰塵水漬的部分。首先，用取樣器制備3個試樣，如圖7所示。在將試樣放置到透濕杯前，應對透濕杯進行清洗和乾燥處理，確保透濕杯的乾燥。將准備好的蒸餾水加入透視杯內，大約加到水面距離試樣19±6mm的位置。要注意加水過程中避免有液滴濺到螺紋上影響測試結果。然後將下橡膠平墊圈放入透濕杯，依次放入試樣、上橡膠平墊圈和密封圈。最後旋上壓蓋，如圖8所示。裝夾試樣時一定要注意透濕杯各個零件的安裝順序，壓蓋一定要旋緊，此外在旋緊壓蓋的過程中注意避免蒸餾水溢出杯槽。試樣裝夾完畢後將透濕杯依次放入測試腔，關閉玻璃密封門。根據標准，試驗要求在38℃相對濕度90%的測試環境中進行，由於淀粉基生物降解薄膜的透濕性很好，所以各試驗杯之間的稱重間隔設為10分鍾，稱重次數設為4次。將各試驗參數設置完畢後點擊“試驗”，整個試驗過程可自動進行。
試驗結果為：水蒸汽透過率 1849.079 g/(m2·24h)
圖7
圖8
4.結論
通過測試結果，進一步印證了全淀粉型生物降解膜的氧氣阻隔性很好但是阻濕性很差。所以如果要用作包裝材料必須要經過改性，例如全淀粉熱塑性塑料淀粉。其制造原理是使淀粉分子變構而無序化，形成具有熱塑性能的熱塑性淀粉，其淀粉分子構型發生改變，但其化學結構並沒有改變。其熔體在150℃～230℃間表現出在通常加工方法的時間范圍內的化學與流變性的穩定性。因此又稱為熱塑性淀粉樹脂。在熱塑性淀粉中加入納米級增強相蒙脫土可有效地改善熱塑性淀粉塑料的耐吸濕性和阻隔性能，提高材料的力學性能及熱穩定性。全淀粉塑料的完全生物降解是毫無疑問的，但由於價格太高，推廣應用尚需時日。因此研究最適宜的變構淀粉或熱塑性淀粉是開發優質淀粉塑料的關鍵，希望這種環保型材料能盡早大規模應用，為人類造福。
參考文獻
【1】王小青，石峰暉，嚴慶 生物降解塑料在包裝領域的加工應用技術進展
【2】赫玉欣，由文穎，宋文生，張玉清 淀粉基生物降解塑料的應用研究現狀及發展趨勢 河南科技大學學報：自然科學版 Vol. 27 No. 1
【3】呂方，朱光明，劉代軍 可完全生物降解材料的應用進展 塑料科技 Vol. 35 No.7(Sum.183) July 2007
【4】百度百科—生物降解塑料 http://baike.baidu.com/view/270915.htm