食品包装渗透行为:一个报告

文摘

高分子材料在食品包装领域的使用是最大的一个不断增长的市场区域。实际包装磁导率的优化行为至关重要,为了延长食品保质期和达到最佳的工程解决方案。研究渗透率表征不同的高分子材料(聚合物同构和异构系统)不同包装气体,在不同的环境条件,是至关重要的理解所选材料是否适应选择食品接触的领域。温度和湿度参数是保护食品质量至关重要,特别是在现实生活中,像食品市场,和房子寿命使用。这份报告的目的是收集信息的艺术渗透特性的聚合物包用于食品领域。

1。介绍

与玻璃或金属包装材料、塑料包是渗透在不同程度等小分子气体,水蒸气,和有机蒸气和其他低分子量化合物如香味,味道,和添加剂的食物。因此屏障属性的材料,这个分子的传递范围从高到低。解决方案的知识/扩散/渗透行为的分子通过高分子膜近年来变得越来越重要,尤其是对于聚合物用于食品包装领域避免来自外部环境的污染以及食物的保质期控制的气调保鲜包装(MAP)的使用技巧。许多因素可以影响聚合物包性能时,必须考虑到市场解决方案设计正确的包。

不同聚合物的使用在食品包装行业取决于食品的属性。生产,处理,和包装工程过程会影响最终的包装材料的性质,尤其是屏障属性,进一步严格相关的内在结构聚合物结晶度、结晶/非晶相比,聚合物的性质,热机械处理前后食品接触,化学组目前聚合物(极性),交联度和玻璃化转变温度()[1,2]。选择最好的包装材料是食品市场的关键,因为它需要多才多艺,能承受处理流程部队维护物理和化学完整性和适合的几种气体屏障属性用于映射技术(例如,O₂N₂、有限公司₂)[3]。此外,包装食品的内在成分(例如,pH值、脂肪含量,香气化合物)可能有对包装材料的吸附特性的影响,而环境温度等因素,对一些聚合物,相对湿度会影响他们的障碍特征(4]。

很多聚合物目前市场上使用的包装领域,直接接触或不与食物:(我)聚烯烃,包括低、线性低,和高密度聚乙烯(HDPE, LDPE, LLDPE)、聚丙烯(PP),和双轴取向聚丙烯(BOPP);(2)乙烯的共聚物,乙烯-醋酸乙烯(EVA)、乙烯-酒精乙烯(EVOH)和ethylene-acrylic酸(EAA);(3)取代烯烃,如聚苯乙烯(PS)、高抗冲聚苯乙烯(臀部,1,三丁基异构体的聚合中加入PS),面向聚苯乙烯(OPS),聚(乙烯醇)(PVOH),聚(氯乙烯)(PVC)和聚(偏二氯乙烯)聚偏二氯乙烯)过程(和聚(四氟乙烯)(PTFE);(iv)聚酯,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),聚乙烯细丝网(笔),和相对共聚物PET-PEN;(v)聚碳酸酯(PC);(vi)聚酰胺(PA);(七)丙烯腈和聚丙烯腈(PAN)和丙烯腈/苯乙烯(ANS);(八)再生纤维素。(第九)聚乳酸(PLA)作为食品包装的可生物降解聚合物接触。

这些是最常见的聚合物用于食品包装行业由于他们一般的表演像化学和耐热性好,低,中,高透气性和水蒸气传输速率,良好的耐磨性,良好的热机械行为,等等。所有这些材料的chemical-physical特征是描述在文献[5- - - - - -7]。

然而,由于接触食物可能改变聚合物的性能,重要的是要研究在现实条件下材料的障碍特点。例如,环境的吸收蒸汽或液体会导致增加聚合物塑化,导致力学性能下降(8,9]。本文的目的是给一个概述的艺术状态的渗透性聚合物包用于食品应用程序的行为。

2。渗透理论

2.1。一般概念和公式

几个因素可以影响的屏障属性包装材料,食品接触和环境条件如温度和相对湿度。渗透扩散膜是影响膜结构,膜渗透到特定的气体或蒸气,厚度、面积、温度、压力差或浓度梯度在电影。

渗透率,在文献中报道,被定义为渗透传播的量化,气体或蒸汽,通过抵制材料(2,10]。所以,渗透率的概念通常是与定量评价相关的障碍一个塑料材料的属性。在一个没有缺陷的材料如小孔或裂缝,气体和水蒸气流的主要机制通过薄膜或涂层是一种激活扩散。这意味着在影片中渗透溶解矩阵在浓度越高,扩散通过电影,由一个浓度梯度,并从其他表面蒸发。特定气体的溶解度的差异可能会影响气体在膜的扩散系数。第二步的渗透现象,扩散,取决于大小,形状,和渗透的极性分子的渗透的结晶度,交联度和高分子聚合物的链段运动矩阵。从报道Kofinas et al。11),气体分子无法透过聚合物微晶,因为他们是不溶性材料。因此,气体渗透到半晶质的聚合物然后在无定形区域。减少微晶渗透率降低是由于聚合物的体积减少可用气体渗透和大量微晶之间的曲折的道路。渗透率的降低值与结晶相的体积分数成正比。

有关理论,通过聚合物渗透气体扩散模型,描述使用亨利和菲克定律得到的表达式与渗透速率与电影的面积和厚度(7]。一个非常简单的方法描述的机制可以像图1一个均匀的聚合物薄膜的厚度和(随着渗透的压力),通过这部电影的不同渗透的浓度()。

渗透通量(气体或蒸汽),表示菲克第一定律所描述的: 这对一维扩散,通过聚合物膜和在静止的条件下,可以写成,在那里扩散通量(用摩尔表示厘米吗⁻²年代⁻¹),扩散系数和扩散系数(用厘米表示²/ s),表达的浓度差(摩尔/厘米³跨膜厚度)(用厘米表示)。反映的速度通过聚合物渗透的扩散。稳态扩散机制时,气体的平衡浓度在表面和气体的分压服从亨利定律。当浸透的气体,它更方便测量蒸汽压力(atm)表示可以更换的,在那里(表达摩尔/厘米³atm)的溶解度系数反映了聚合物和渗透的量整个电影是压差。方程(1)成为 该产品是表示渗透系数(或常数)或渗透系数或仅仅是渗透率()。

如果与浓度无关,这意味着concentration-distance通过聚合物之间的线性关系,渗透系数可以被定义为 这一比率表示,由,叫浸透。

扩散发生只在一个方向上,通过这部电影,而不是沿着或跨;此外和系数是独立于渗透浓度。聚合物的分子扩散的行为表示因为Fickian行为。显然,也报道了罗伯逊(12),有很多现实的情况下,这些假设是无效的,例如,当需要长时间达到稳定状态(如玻璃态聚合物)或当和系数与渗透和聚合物之间的相互作用,像水、亲水膜之间的相互作用或溶剂蒸汽扩散通过聚合物薄膜。这些病例以non-Fickian表示行为。

有很多数据在文献[5,7,12赋予一个好的和完整的数学描述渗透机制理论。

渗透通过一系列不同的优异的聚合物层(层)所描述的理想的强化理论(ILT),据Gruniger和冯•罗尔(13]。整体层压板的渗透性,是一个函数的厚度和渗透率单层的: 进一步,特别是复合材料,通常使用而不是更方便传输速率,这是形容浸透的通过电影的数量,单位面积、单位时间,在稳定状态。

在进行模型中,层的顺序是不相关的。然而,如果层提出了缺陷,它不能。因为浓度剖面的横向传播在缺陷附近,交通不再仅仅是一个一维问题。扩散方程(4)必须解决在三维空间中推导出浓度简介: 气体流量计算(1)和气体流速通过缺陷区域派生的集成。在稳定状态下,(5)降低了拉普拉斯方程和浓度剖面变得独立。因此,成正比。为了计算一般地,独立的扩散系数或渗透率的聚合物,有关代表气体流速通过缺陷在一维情况下,即流量通过如果势垒层缺席。如果气体流率给定的几何缺陷,闻名的传输速度障碍/聚合物复合从传输速度可以计算吗聚合物的密度和数量的缺陷(数量/区域),缺陷面积分数。的相关方程 这个模型是有效的假设的缺陷分布均匀和对方在一个常数距离(13]。

测压的方法用于确定气体渗透率参数是最常见的一种,简单、经济的方法。均匀的聚合物材料,(7)(13)考虑提供确定的渗透率、扩散和气体的溶解度常数通过电影。

气体传输速率或透过()表示为渗透的通过电影的体积,单位面积和时间,在稳定状态的样本,报道(7)[1]: 在哪里= 9.89 * 10⁸、GTR(或)是透过(用厘米表示³/ m²天bar),是测量体积(mL)中表达,测量曲线的斜率(sec)中表达,表达的是温度(K),是时间间隔值(sec)表达。

常用的单位是厘米³(STP) / (m²在1天),大气压力差。如果渗透O₂、有限公司₂N₂或其他气体,将首字母O₂TR,有限公司₂TR, N₂TR等等。

对于一个均匀的塑料薄膜,,影片中系数的干气测试按照下列方程计算(1,14]。

渗透性常数: 与= 1.16 * 10⁻⁹和=聚合物厚度(cm)表达。

扩散常数:

溶解度不变: 与= 6.94 * 10⁻⁹。

使用阿仑尼乌斯方程和范霍夫关系,可以描述,分别温度和渗透率之间的依赖(用厘米表示³溶解度/ cm s bar)(用厘米表示³/厘米²酒吧)和扩散(用厘米表示²/ s),见下列方程(1]。

渗透活化能: 扩散活化能: 吸附热: ,,preexponential因素;和是分别渗透和扩散的激活能量(表示在J /摩尔);表达的是吸附热(J /摩尔);是气体常数(8.314 J /摩尔K);是温度(K)表示。通常这些方程能准确地描述气体扩散系数/温度聚合物除外的行为有很强的聚合物和气体分子之间的相互作用(例如,水蒸气和亲水性聚合物)。此外,前面的方程只能预测温度高于玻璃化转变温度的影响()。在或低于高分子构象设置和旋转运动,负责扩散特性,[被屏蔽15]。

为了计算扩散活化能()和吸附热()之间的线性近似(和执行)和绝对温度的倒数。的组合(11)(13)表明,渗透的表观活化能,,是一个热力学的总和()和动态()为特定的渗透参数: 吸附热,,定义了温度对气体溶解度的影响系数在一个给定的聚合物。这个值是治理主要由消极的焓变化与气体渗透,这些到聚合物基质,通过积极的焓需要创建一个网站,一个渗透可以吸附(2]。

多层膜的渗透性常数的计算使用以下关系[执行1]: 在哪里是总渗透率,总厚度,是个别层的厚度,是个别层的渗透率。

当蒸汽使用水或有机分子的渗透率测量,传播率报告为蒸汽传输速率(录像机),表示为水的质量,单位面积、单位时间内。常用的单位是克/ (m²天),指定测试条件如温度和相对湿度两岸的电影。

2.2。单位和屏障属性

很多不同的渗透率出现在科学文献的单位。为了理顺这些单位从实用的观点是在1983年从Huglin和扎卡里亚16]。对于他们提出的渗透率(cm³(STP)厘米)/ cm秒(cm Hg)。本单位已采用ASTM,酒吧名字为首次引入的新西兰人理查德酒吧渗透性常数作为一个产品的和。最常用的SI单位是厘米³(在273.15 K和1 atm)厘米/厘米²证交会(cm Hg)。当渗透系数与测压的测量方法,使用brgger仪器GDP-C模型,下面的单位厘米³/ m²天酒吧意味着24小时(一天)是用来表达渗透率值。在文献[7,10,17)报道几个表包含转换因素渗透,磁导,和天然气传输速率单位从一个系统到另一个地方。

困难和不确定性有时经验解释渗透率系数从表和转换成不同的单元。

聚合物的屏障性质的确定对估计和预测产品包装保质期是至关重要的。包系统的具体障碍要求取决于食品的特点和最终用途的应用程序。一般塑料相对渗透等小分子气体,水蒸气,有机蒸气和液体,他们提供了一个广泛的传质特性,从优秀的低势垒值,是重要的食品。水蒸气和氧气是两个主要的渗透的研究在包装应用程序,因为它们可能从内部或外部环境通过聚合物包墙,导致可能的负面变化在产品质量和保质期18]。例如,电影的氧气阻隔性能的提高是非常重要的,因为氧气促进很多降解机制的食物,如腐蚀现象,氧化反应,和感官属性的修改19]。

为了避免食品降解,二氧化碳地图技术变得越来越重要,因为它可以减少退化现象与新鲜蔬菜加工品,大大延长保质期。例如,对于新鲜的产品,如鲜切水果、土豆和蔬菜(准备吃),呼吸率是非常重要的在地图设计中最好的包装解决方案的识别技术是一个关键因素。

最重要的屏障属性聚合物薄膜用于食品包装应用程序后报道(20.]。

氧气传输速率(OTR)。食品包装容器的氧气阻隔性新产品(如水果、沙拉、开袋即食食品)中扮演一个重要的角色在其保存。障碍是量化的氧渗透系数(信息公开化)表示每单位面积的氧渗透时间和包装材料(公斤·m / (m²·s·Pa))。所以,当聚合物薄膜包装低氧渗透系数,容器内的氧气压力下降,氧化反应迟钝,延长产品的保质期。一般的生物可降解聚合物如聚乳酸(PLA),这是一个最分散的聚合物在食品包装领域,目前工程的值的一个或多个数量级低于同一领域中使用的合成聚合物如宠物和运维。

在一起的渗透系数氧气传输速率(OTR),表示在cc / m²年代,。OPC是相关工程由以下: 在哪里薄膜的厚度,氧气分压的区别是整个电影(Pa)。,在那里氧气分压的温度测试在测试方面,然后呢等于零检测器。

水汽传输速率(WVTR)。水蒸气屏障属性包装食品产品,其物理和化学相关恶化其平衡含水率,是非常重要的保持或延长其保质期。水蒸气障碍是由水蒸气渗透系数量化(WVPC)表示的水蒸气渗透每单位面积和时间在一个包装材料(公斤·m / m²·s·Pa))。新鲜食品是很重要的面包店或者熟食店时避免脱水以避免水渗透是很重要的。水汽传输速率(WVTR)表达在cc / m²·s(或g·/ m²天)。描述的WVPC WVTR的相关(15)氧参数。

二氧化碳传输速率(有限公司₂TR)。氧气和水蒸气屏障属性,二氧化碳隔离性是特别重要的在食品包装的应用程序。二氧化碳的障碍是由二氧化碳渗透系数量化的(有限公司₂PC)这表明二氧化碳的数量单位面积和渗透在包装材料(公斤·m / m²·s·Pa))。渗透系数是考虑到二氧化碳一起传输速率(有限公司₂TR),表示在cc / m²·s(或g /·m²天)。的有限公司₂电脑是公司相关₂在(TR如上所述15)。

有几种方法来测量聚合物包装食物的透气性,描述在文献[5,7]。

3所示。聚合物和渗透的属性之间的关系

范Krevelen [21]声称渗透率比值两种气体通过一系列的聚合物薄膜是常数,报告,以氮为标准气体,可以计算渗透率的其他气体通过简单的因素。这些因素被发表在表1,对一系列不同的气体7]。在表2报告的相对渗透率值大多数商业聚合物,据Guisheng et al。22]。他们演示与实验数据的相对磁导率的值代表了在某些情况下一个变量属性取决于几个因素像属性下的材料研究中,气体分析,温度和相对湿度的环境(外部和食品接触)、热力和机械治疗,等等。他们建议,不同聚合物的估算渗透率气体,多关心必须用于拟议的相对价值和文献数据必须得到实验的证实。他们发现巨大差异尤其是对公司相关的相对价值₂,而为O₂气好协议之间存在的文献和实验数据。

保鲜包装技术中使用的气体通常是氮气、二氧化碳和氧气(N₂阿,₂、有限公司₂报道在表),其属性3(1,14,23]。其他气体,如Ar、CO和N₂O也在食品包装领域的研究(24,25),但直到现在一些研究了聚合物薄膜透气性的食品包装应用程序。Kofinas et al。11]研究了气体的气体渗透系数像他和CH₄除了通常的气体,但是没有食物模拟的或真实的接触。

4所示。屏障属性、形态、热处理和机械行为

Galićet al。2]分析了PE和PP材料的热行为和他们的透气性参数,使用氧气和氮气作为渗透气体,在不同的温度下(20、40和60°C)。通过差示扫描量热法(DSC)他们发现测试聚合物表现出极大的结构稳定性也后灭菌过程和材料博览会电磁辐射(微波炉),但,实际上,他们并没有使结构特性之间的相关性(水晶/非晶比率)和气体屏障属性。许多研究人员(5,7)报告说,有一个直接联系的化学结构和形态属性,如密度、结晶度,和方向渗透率的行为对于一个给定的聚合物,但直到现在一些研究描述这种相关性。例如,保利(10]研究结晶度的影响渗透系数的HDPE当O₂用作渗透的。他发现渗透率下降的38个和19.3%,分别与结晶度增加60%,69%和81% (P·10⁻¹¹54.9、20.9和10.6厘米³(STP)厘米/厘米²s(厘米Hg))。还Kofinas et al。11)描述渗透率行为对聚乙烯/聚(乙丙)半晶质的diblock共聚物几种气体,显示降低渗透率随着结晶度的增加,而不是依赖的渗透性聚合物的分子量。这将是非常有趣的,为了更好地理解这种现象,找到一个很好的相关性渗透率测量和聚合物的形态,每一种材料,食品接触后也可能改变电影的特点。

Mrkićet al。26)研究温度的影响,从10到60°C,和机械应力的屏障性质的商业聚合物基于PE、双轴取向聚丙烯(BOPP)和PA,使用二氧化碳,氧气,氮气和空气是气体测试。众所周知,气体传输系数等气体或水蒸气渗透,扩散,溶解度改变通常不仅与聚合物的物理化学特征也与温度相关的机械应力。他们发现折痕机械应力引起的变化对屏障属性,但并没有改变在聚合物基质的热行为,单分子膜和层压板。通常最高的气体透过增加压力变化周期观察与电影有一个镀金属层结构。这是因为,尽管金属化聚合物的屏障性能改善,他们容易粗化表面的增长,以及空间的整合和小孔在电影的沉积。最低的机械应力对气体透过观察PE。

对渗透率的影响温度增量的报道:直到40°C渗透率几乎是相同的,而在50和60°C注册渗透率增加,主要是由于聚合物的增强运动部分和增加渗透分子的能级。此外,高温聚合物的自由体积增加矩阵。所描述的Mrkićet al。1观察),最高温度的影响在PE膜,相比与其他聚合物研究(PA, PA /聚乙烯、BOPP和BOPP / PE)归因于结晶度的降低由DSC分析。以前报道的其他作者(27,28),吸附和扩散现象发生只在半结晶聚合物的无定形的阶段,而不是在其结晶区。水晶部分增加了气体扩散的有效路径长度,它似乎减少非晶相的聚合物链流动因为chain-ends阻塞在水晶阶段薄片。

Cocca et al。29日报告还水晶多态性的影响(和形式)屏障性能和力学性能保利(L-lactic酸)(PLA)的生物可降解聚合物实际上考虑食品包装领域。他们发现多态结构的水蒸气渗透性有很大的影响,减少对包含很大一部分的电影晶体相关包装更严格的分子链段,一起与大分子的无定形部分强耦合,降低吸附水蒸气的扩散。

Mrkićet al。1]报道了,,参数的聚合物PE、PA、PA /聚乙烯、BOPP、和BOPP /聚乙烯的研究,也使气体的相关属性,显示了阿伦尼乌斯行为研究的温度范围内。他们发现一个优秀的实验和计算值之间的相关性。

Kanehashi et al。30.),在一个非常有趣的手稿,处理300年的依赖晶体和液体结晶聚合物渗透和扩散系数的行为,指出价值如何减少与增加结晶度更高的结晶度范围。相反,较低的结晶度范围值几乎不变或略有增加。

5。模拟条件和食品包装模拟的交互

一些最常见的聚合物用于食品包装领域测试模拟准备食物疗法如微波、巴氏灭菌法,和冷冻治疗食品保存,也可以使用一个家庭。这些类型的研究尤为重要,因为包装食品的储存在不规则的情况下可能会导致不良的副作用(如氧化,颜色和香味的修改,改变感官属性,等等),可能会消极地影响食品质量。此外,研究高分子材料稳定的热实验是一个至关重要的因素来理解如果包是否足够保护食物。Kljusurić[31日)热研究,通过差示扫描量热法(DSC),在一些商业聚合物电影PP、PE、PHB, PP / PE, PP聚丙烯聚偏二氯乙烯。过程/作者发现障碍之间的关联属性和物理数据测试的电影,像结晶度。结果表明,模拟对聚合物稳定过程有较大的影响,通过测量计算焓值的变化。反正DSC技术本身并不能证明包装实际上迁移数据的适用性的材料至关重要的食品,反之亦然也评价聚合物是否适合食物。亲水聚合物,包装材料的防护能力取决于环境的相对湿度和水分活度的食物,所以它是非常重要的,以确定其行为对水的吸附和对渗透率的影响特征。

研究高分子材料的渗透性特征与食品模拟物,通常包含水,是一个重要的关键和食品包装了解其适用性。渗透率的变化数据与食品接触后模拟的主要是由于肿胀的影响水分子。通常情况下,法律允许的模拟的(32)乙醇的水溶液(15% v / v)或醋酸3% (w / v)和蒸馏水。当然实验是也考虑温度增量,通常从20到60°C。

Galić和Ciković23]报道了实验研究的透气性等商业聚合物PE、PP、聚偏二氯乙烯涂层(商业名称XSAT),过程透明纸/聚乙烯,PA / PE接触食物之前和之后确定模拟的欧共体指令(允许)和N₂、有限公司₂阿,₂气体。他们发现,所有调查样本的这些气体渗透率显著增加接触食品模拟的显示后,根据文献[33),在水的作用下聚合物膨胀和改变其结构,使气体或蒸汽的扩散更容易。很明显,重要的是要考虑聚合物的化学结构和它的疏水或亲水性质。亲水聚合物的磁导率,如PA在PA / PE共聚物和XSAT,很大程度上取决于其含水量,和液体水的博览会媒体,像一个食品解决方案模拟的强烈降低其屏障属性,促进非常高渗透率的增加。对PE和PP、疏水薄膜,气体渗透率值(N₂、有限公司₂阿,₂)是在接触食品模拟的强烈影响。差异的原因可能是由于结晶度和形态的电影以及添加剂的存在,残余单体或低聚物。

无论如何,所使用的不同食物的影响模拟的几乎是相同的所有研究聚合物除了纸/聚乙烯,显示不同类型的食品模拟的使用,价值最高的渗透率变化暴露在醋酸溶液中,可能由于小稳定的单体醋酸乙醇而不是解决方案。

此外,实验表明,在聚合物水溶液渗透的效果类似于产生的温度增量:渗透率随温度的增加主要是由于聚合物的增强运动链和增加能量水平渗透分子(34]。的渗透过程的价值减少聚合物在接触食品模拟的。

在一个非常古老的出版物,伍德沃德et al。35)报道,水半结晶聚合物的引入影响主要是无定形的地区,摧毁了高分子链之间的氢键和给予,因此,减少屏障材料的属性。

6。透气性Silicon-Oxide-Coated聚合物膜和等离子体预处理

在包装行业中,沉积非晶硅的氧化物()和其他陶瓷聚合物增加工程感兴趣的电影是为了防止渗透通过气体的材料像氧气,二氧化碳,水蒸气。障碍的电影,10 - 100纳米厚,是由溅射,电子束蒸发,或等离子体增强化学汽相淀积(PECDV),这是一个相对低价的技术。通常一个薄层之间或高分子薄膜,技术仍在发展。氧化是一种惰性接受来自欧盟指令在迁移36]。x值,氧气氧化量出现在网络中,范围从1.5到1.8,不仅高x值给最好的氧气阻隔效应也最高的泛黄的倾向(14]。在文献[13)据报道,这种涂层气体传输速率可以大幅减少,降低的程度依赖于聚合物薄膜厚度、渗透气体,屏障膜质量。但是,当陶瓷用于改善气体屏障属性,还有一个因素,极大地影响和主导透气性参数,即存在和氧化膜的缺陷,如气孔、晶界、微裂隙。罗伯茨et al。37)已经表明,对于惰性气体,通常使用在食品包装领域,贡献的缺陷渗透增加而增加原子/分子半径(他< < Ar = O₂),与氧气完全defect-dominated渗透。Gruniger和冯•罗尔(13]应用数值计算预测缺陷障碍的影响高分子材料的性质。呈现的结果可以应用于一个障碍/聚合物配置的渗透屏障材料本身和它的厚度可以被忽视。他们发现良好的渗透行为的最佳解决方案是保护陶瓷薄膜通过将这两个聚合物层之间,做一个三明治结构,聚合物层低渗透毗邻障碍。

Hedenqvist和约翰逊38]研究了氧气输送SiO的属性_x涂料在宠物、LDPE、HDPE、PP电影,获得采用冷等离子体技术,对比实验获得的数据与那些获得使用计算机模型。此外,第一次,他们获得的氧扩散系数和溶解度SiO_x在一层聚合物涂层。他们发现,涂膜的氧扩散系数是关于四个数量级低于聚合物衬底,而氧气溶解度高于PP的电影。这些结果被解释为通过涂料不连续的空洞的存在。此外,SiO_x涂料在包装电影在处理机械的影响很敏感,喜欢包转换,弯曲/折叠操作,航运,等等。当然氧气渗透性增加单调增加衬底表面的粗糙度,因为气体分子之间可以更加灵活的路径。

Galić和Ciković14]研究了气体屏障属性三层膜涂上硅氧化物(宠物/宠物+ SiO_x/ PE)前后接触食品模拟物,在不同的温度下从20到60°C。他们发现暴露在溶液中不影响涂层的渗透性特征电影仍然能够保持最初的屏障属性对气体保护产品在加工、处理和在与液体接触媒体。不幸的是,据我们所知,没有研究溶剂吸收机制旨在解释Si-O网络可以影响电影的屏障作用。

在一个最近的研究帕洛格等。39)处理如何使用等离子技术插入纳米SiO_x层到宠物衬托增强水蒸气的屏障属性,减少超过2因素的渗透与裸露的宠物相比。聚合物薄膜的等离子体预处理可以改善屏障是一个有用的关键属性的食品包装系统(40]。

7所示。聚合物纳米复合材料的渗透行为食品包装

可能提高食品聚合物包装的屏障性能的纳米复合材料的应用是一个非常有吸引力的领域,因为它是一个低成本的过程。好理解渗透行为和聚合物的化学结构矩阵的作用,必须考虑影响渗透率的主要因素与聚合物和纳米复合材料,如聚合物的结晶度和结晶阶段,流动的非晶相,分散的水平,和取向的纳米复合材料聚合物矩阵。

Russo et al。19研究新的copolyamide-based纳米复合材料薄膜,使用尼龙6的统计共聚物具有部分芳香结构随机插入到聚合物链和商业organo-modified蒙脱石纳米复合材料。他们发现氧障碍之间的关联属性和机械性能。渗透率数据插值使用不同的理论方法,而不是直接在实验电影有或没有接触食品或模拟的解决方案。所以,这将会是很有趣的测试这些新材料在现实生活条件。然而他们发现最高的纳米复合材料薄膜分子量共聚酰胺决定最重要的氧势垒的改进,说明聚合物的分子量为屏障属性矩阵是一个关键因素。显然,阿₂障碍增加随着纳米复合材料内容的重量百分数增加,因为它是证明的计算O₂扩散系数减少的值作为纳米复合材料重量百分比增加。众所周知,气体渗透是极大地依赖于气体的扩散过程通过聚合物和纳米复合材料的出现,使更多的扩散路径浸透的气体通过聚合物在其运输困难,扩散系数可以强烈影响nanomorphology实现聚合物样品膜。增强的O₂障碍似乎与晶体的结晶度学位或阶段的相关材料,但纳米粒子的分散和方向矩阵。

最近评论出现在粘土纳米复合材料的聚合物渗透处理纳米粒子如何提高聚合物的屏障属性由于延长的扩散渗透的曲折的道路。更多的测量需要理解纳米颗粒的影响在不同的渗透过程矩阵或相同的矩阵,但不同的无机粒子和/或不同浓度(41]。还Azeredo [42)写一个有趣的评论如何处理纳米复合材料可用于改善高分子材料的性能不仅在食品包装领域用于气体屏障也在其他领域如抗菌活性、酶固定化、氧清除能力,和若。所以,纳米复合材料不能仅仅被动地保护食物免受环境因素也纳入属性食品的包装材料增强稳定性(41,43,44]。

纳米技术也被用于提高性能的可降解淀粉/粘土纳米复合材料的电影,电影获得的聚合物熔体处理技术(45),测试这些材料的合格食品包装领域,符合实际的欧洲法规和指令。同时,聚乳酸(PLA) (46)和聚ε己内酯)47)增强了纳米粒子和机械,热,和屏障属性产生的材料进行分析,以研究性能。

也可食用的电影与纳米粒子的结构出现在文学,确认这个领域研究者越来越多的兴趣。获得电影的屏障和机械性能(羟丙甲纤维素chitosa /三聚磷酸盐纳米粒子)显示良好的价值,根据要求在食用食品接触聚合物指出纳米技术可以提高食用电影的功能(48]。

8。结论

据我们所知,没有数据在与食品接触材料的行为在现实条件下,在处理和分布。大部分在这个方向上的研究已经进行了兴奋剂的解决方案。

此外实验通常从20到60°C和执行有必要考虑渗透率数据也在这些温度的值,在新鲜食品通常可以接受。渗透率数据存储粮食温度完全不同于注册在环境温度(23°C),特别是当包装材料接触食品和封闭在一个潮湿的环境。

重要的是要知道有食品和包装之间的交互,从而理解的因素可以影响传输机制通过材料。温度和相对湿度在这个领域发挥关键作用。至于最常见的商业高分子聚烯烃,渗透率相对湿度有相当大的影响和吸附特征。

新的聚合物nanocomposite-based电影领域的极具吸引力的食品聚合物包装,因为他们现在改善气体屏障属性。实际上他们可以使用作为一个创新的解决方案来满足最重要的包装要求,比如保护、机械和热阻、低成本和回收。

引用

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