基于復(fù)合材料的食品包裝結(jié)構(gòu)性能分析

摘 要：本文闡述復(fù)合材料在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用重要性，詳細探討基于復(fù)合材料的食品包裝的結(jié)構(gòu)組成，并重點分析其關(guān)鍵性能，如阻隔性能、機械性能、熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性等，提出基于復(fù)合材料的食品包裝結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化策略，旨在為基于復(fù)合材料的食品包裝的設(shè)計、生產(chǎn)與應(yīng)用提供理論依據(jù)與技術(shù)參考，以推動食品包裝行業(yè)朝著更高效、更安全、更環(huán)保的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；食品包裝；結(jié)構(gòu)性能；阻隔性；機械性能

Structural Properties Analysis of Food Packaging Based on Composite Materials

WANG Zonghua1， WANG Peipei2， JI Xiaofei2

（1.Standard Testing Group Co.， Ltd.， Qingdao 266000， China; 2.Standard Sci-Tech Innovation （Qingdao） Pharmaceutical Technology Co.， Ltd.， Qingdao 266000， China）

Abstract： This paper describes the application importance of composite materials in the field of food packaging， discusses the structural composition of food packaging based on composite materials in detail， and focuses on the analysis of its key properties， such as barrier property， mechanical property， thermal property and chemical stability， and puts forward the optimization strategy of structural properties of food packaging based on composite materials. It aims to provide theoretical basis and technical reference for the design， production and application of food packaging based on composite materials， so as to promote the development of food packaging industry towards a more efficient， safer and more environmentally friendly direction.

Keywords： composite materials; food packaging; structural properties; barrier property; mechanical property

隨著食品工業(yè)的快速發(fā)展以及消費者對食品品質(zhì)與安全性要求的不斷提高，食品包裝作為保障食品質(zhì)量、延長食品保質(zhì)期、方便儲存與運輸?shù)闹匾侄?，其性能備受關(guān)注。復(fù)合材料以其獨特的優(yōu)勢，在食品包裝領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

1 復(fù)合材料在食品包裝中的應(yīng)用重要性

1.1 滿足多樣化包裝需求

食品種類繁多，對包裝的要求也千差萬別。新鮮的果蔬需要包裝材料具有一定的透氣性，以維持其正常的呼吸作用，防止厭氧發(fā)酵導(dǎo)致腐爛；烘焙食品需要包裝材料具有良好的防潮性能，避免因吸收水分而變軟、變質(zhì)。基于復(fù)合材料的食品包裝將不同的材料巧妙組合，如將透氣性好的紙質(zhì)材料與防潮性強的塑料薄膜復(fù)合，或者將具有保鮮功能的涂層與機械性能優(yōu)異的基材復(fù)合，能夠精準(zhǔn)滿足各種食品的包裝需求[1]。

1.2 提升包裝阻隔性

食品在儲存和流通過程中極易受到外界環(huán)境因素的影響。氧氣會使食品中的油脂氧化酸敗、維生素分解、色素褪色，導(dǎo)致食品風(fēng)味劣變、營養(yǎng)價值降低；水蒸氣的侵入使干燥食品受潮結(jié)塊、發(fā)霉變質(zhì)，或者使高水分食品脫水干縮；異味的侵入會破壞食品原有的香氣和口感。對于一些復(fù)合材料的食品包裝，選用具有高阻隔性能的材料如鋁箔、乙烯-乙烯醇共聚物等作為中間層，能有效阻擋氧氣、水蒸氣和異味的滲透，顯著延長食品的貨架期，保持食品的新鮮度和品質(zhì)穩(wěn)定性[2]。

1.3 增強包裝機械性能

在食品的整個供應(yīng)鏈中，食品需要經(jīng)歷搬運、裝卸、運輸和儲存等多個環(huán)節(jié)，受到各種外力的作用。從生產(chǎn)線上的機械推送、堆疊，到運輸過程中的顛簸、震動，再到倉庫儲存時的堆碼壓力，都要求包裝材料具備良好的機械性能。根據(jù)具體應(yīng)用場景，合理選擇增強材料，如玻璃纖維、碳纖維等，并優(yōu)化其與基體材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)，能夠大幅提高包裝的拉伸強度、撕裂強度、抗壓強度和抗沖擊性能，確保包裝在復(fù)雜的物流環(huán)境中有效保護食品不受損壞。

2 基于復(fù)合材料的食品包裝的結(jié)構(gòu)組成

2.1 基材種類

基材主要包含如下3種。①塑料類。常用的塑料基材有聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯等。聚乙烯具有良好的柔韌性、耐低溫性和化學(xué)穩(wěn)定性，但其阻隔性能相對較差；聚丙烯具有較高的熔點和強度，常用于熱灌裝食品包裝；聚對苯二甲酸乙二醇酯具有優(yōu)異的透明度、機械性能和阻隔性能，廣泛應(yīng)用于飲料瓶等包裝。②紙質(zhì)類。紙張是一種可再生、可降解的材料，具有良好的印刷性能和一定的機械強度。對于基于復(fù)合材料的食品包裝，紙張可作為外層材料，提供包裝的外觀展示和初步的保護作用[3]。③金屬類。金屬基材主要是鋁箔。鋁箔具有極低的氧氣和水蒸氣透過率，能有效阻擋光線、氣味和微生物的侵入，是一種優(yōu)良的阻隔材料。但金屬材料成本較高且質(zhì)地較硬，通常與其他材料復(fù)合使用。

2.2 復(fù)合方式

基于復(fù)合材料的食品包裝的復(fù)合方式主要有以下3種。①涂布復(fù)合。將一種或多種聚合物溶液或乳液涂布在另一種基材表面，經(jīng)干燥等處理后形成復(fù)合層。在紙張表面涂布一層塑料薄膜，以提高其阻隔性能。②層壓復(fù)合。將不同的基材通過黏合劑層壓在一起形成復(fù)合材料，這種方法可實現(xiàn)多種材料的多層復(fù)合，精確控制各層的厚度和性能，如鋁塑復(fù)合包裝常采用層壓復(fù)合工藝。③共擠出復(fù)合。利用兩臺或多臺擠出機將不同的聚合物材料同時擠出并復(fù)合在一起。該工藝生產(chǎn)效率高，各層材料之間結(jié)合緊密，可用于生產(chǎn)多層塑料復(fù)合薄膜等[4]。

3 基于復(fù)合材料的食品包裝的關(guān)鍵性能分析

3.1 阻隔性

阻隔性是基于復(fù)合材料的食品包裝的關(guān)鍵性能之一。由聚乙烯、鋁箔和聚對苯二甲酸乙二酯復(fù)合而成的包裝材料，聚乙烯層可防潮，鋁箔能有效阻隔氧氣和光線，聚對苯二甲酸乙二酯可提供良好的機械強度和穩(wěn)定性。這種組合使包裝具備卓越的阻隔性能，讓食品長時間保持酥脆口感。例如，在包裝薯片等膨化食品時，高阻隔性的復(fù)合材料可防止氧氣進入，避免油脂氧化酸敗，延長食品保質(zhì)期。

3.2 機械性能

良好的機械性能可以確保食品包裝在儲存、運輸和銷售過程中承受一定壓力、拉力和摩擦力。例如，用于包裝肉類的復(fù)合材料，外層采用高強度的聚丙烯，賦予包裝良好的抗穿刺性和韌性，防止在搬運過程中被尖銳物體劃破；內(nèi)層使用柔軟且具有良好熱封性能的聚乙烯，便于包裝封口。這樣的復(fù)合材料可承受一定的擠壓和揉搓，保護食品的完整性，減少因包裝破損導(dǎo)致的食品損耗。

3.3 耐溫性

食品包裝在加工、儲存和使用過程中常面臨不同的溫度環(huán)境，因此耐溫性是其關(guān)鍵性能之一。例如，用于微波加熱食品的包裝，需要在高溫下保持形狀穩(wěn)定，不釋放有害物質(zhì)。含有聚碳酸酯成分的復(fù)合材料具有較高的耐熱性，可在一定高溫范圍內(nèi)保持包裝結(jié)構(gòu)完整，滿足微波加熱食品包裝的需求。在冷藏食品包裝方面，復(fù)合材料要在低溫下保持柔韌性，防止脆裂。由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物與其他材料復(fù)合而成的包裝，在低溫環(huán)境下能保持良好的柔韌性，確保包裝在冷藏條件下的可靠性。

3.4 衛(wèi)生安全性

衛(wèi)生安全性是食品包裝的基本要求。復(fù)合材料需確保在與食品接觸過程中，不會遷移有害物質(zhì)到食品中。例如，采用無毒無害的樹脂原料，并通過優(yōu)化復(fù)合工藝，減少膠黏劑等助劑的使用量或選擇安全性高的助劑，保證包裝在長期與食品接觸時不會因化學(xué)物質(zhì)遷移影響食品質(zhì)量和人體健康，為消費者提供安全可靠的食品包裝。

4 基于復(fù)合材料的食品包裝結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化策略

4.1 合理選擇基材

合理選擇基材是優(yōu)化基于復(fù)合材料的食品包裝結(jié)構(gòu)性能的基礎(chǔ)。不同的食品具有不同的特性與包裝要求，因此需要根據(jù)食品的種類、保質(zhì)期、儲存條件等因素選擇合適的基材。對于需長期保鮮且對氧氣極為敏感的食品，如高端肉制品或橄欖油，可選用乙烯-乙烯醇共聚物作為基材之一。乙烯-乙烯醇共聚物具有卓越的氧氣阻隔性能，能有效延緩食品的氧化變質(zhì)。而對于一些質(zhì)地較脆、易受擠壓損壞的食品，如薯片、餅干等，則可優(yōu)先考慮將具有良好柔韌性與緩沖性能的聚乙烯或聚丙烯作為基材，它們能在運輸與儲存過程中為食品提供保護，減少外力沖擊導(dǎo)致的破碎風(fēng)險。

4.2 優(yōu)化復(fù)合方式

優(yōu)化復(fù)合方式是提升基于復(fù)合材料的食品包裝結(jié)構(gòu)性能的關(guān)鍵舉措[5]。傳統(tǒng)復(fù)合方式可能存在層間結(jié)合力不足的問題，影響包裝的整體性能。采用先進的共擠出復(fù)合技術(shù)，能使不同材料在高溫高壓下充分融合，形成緊密且均勻的復(fù)合結(jié)構(gòu)。例如，在包裝果汁類產(chǎn)品時，將具有良好阻隔性的材料與耐水性材料共擠出復(fù)合，可顯著增強包裝對液體的阻隔能力和抗?jié)B透性能。此外，膠黏劑復(fù)合方式也需優(yōu)化。選用高性能、食品級的環(huán)保膠黏劑，并精確控制涂膠量和復(fù)合壓力，確保各層材料牢固結(jié)合，同時避免膠黏劑遷移影響食品安全性。例如，采用熱熔膠復(fù)合技術(shù)，在保證復(fù)合強度的同時減少溶劑殘留，提升包裝的衛(wèi)生安全性[6-9]。

4.3 精確控制各層厚度

精確控制各層厚度是優(yōu)化基于復(fù)合材料的食品包裝結(jié)構(gòu)性能的重要措施。各層材料的厚度直接影響包裝的整體性能與成本。以阻隔層為例，若阻隔材料厚度不足，如鋁箔過薄，可能無法達到預(yù)期的氧氣或水蒸氣阻隔效果，導(dǎo)致食品保質(zhì)期縮短；反之，若厚度過大，則會增加成本且可能影響包裝的柔韌性與加工性能[10]。對于增強層，如玻璃纖維增強塑料中的玻璃纖維層，厚度適當(dāng)增加可提高包裝的機械強度，但過厚會使材料變脆，降低包裝的抗沖擊性能。因此，需要借助先進的生產(chǎn)工藝與精密的檢測設(shè)備，如在線厚度監(jiān)測儀，實時監(jiān)控與調(diào)整各層厚度。根據(jù)食品包裝的具體需求，通過大量實驗與模擬計算，確定各層材料的最佳厚度比例，在保證包裝性能的前提下，實現(xiàn)成本的有效控制與資源的合理利用[11]。

4.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化是提升基于復(fù)合材料的食品包裝結(jié)構(gòu)性能的核心策略之一。可采用多層結(jié)構(gòu)設(shè)計，如外層采用具有良好印刷性與耐磨性的材料，便于產(chǎn)品標(biāo)識與包裝外觀保護；中層為高阻隔層，防止氧氣、水蒸氣等的滲透；內(nèi)層選用與食品相容性好且符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的材料，確保食品的質(zhì)量安全。

5 結(jié)語

基于復(fù)合材料的食品包裝具有多種優(yōu)異的結(jié)構(gòu)性能，通過合理選擇基材、優(yōu)化復(fù)合方式以及精確控制各層厚度等，可提升基于復(fù)合材料的食品包裝的阻隔性能、機械性能、熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性等。隨著食品包裝行業(yè)的不斷發(fā)展，對基于復(fù)合材料的食品包裝的性能要求將越來越高，深入研究其結(jié)構(gòu)性能，有助于開發(fā)出更符合市場需求的高性能、環(huán)保、智能的食品包裝材料，推動食品包裝技術(shù)的進步，保障食品的質(zhì)量與安全，促進食品工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。在未來的研究與應(yīng)用中，應(yīng)進一步探索新型復(fù)合材料的開發(fā)、復(fù)合工藝的改進以及性能評價體系的完善等，以充分發(fā)揮復(fù)合材料在食品包裝領(lǐng)域的巨大應(yīng)用價值。

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作者簡介：王宗華（1991—），女，山東青島人，本科，工程師。研究方向為食品包裝。