聚乙烯醇为载体的吸湿塑料软包装技术

王凤仙，杨福馨

（上海海洋大学，上海 201306）

0 前言

常见的食品防潮包装是将装有干燥剂的小包装和食品同时置于食品袋中，防止食品变质。此类包装在儿童食品的包装中最为常用。干燥剂可能导致儿童和老人误食，影响人身安全。吸湿性包装材料取代干燥剂可以使食品的可食部分增加，节省资源［1］。

聚乙烯醇（PVA）具有较好的化学稳定性、成膜性和亲水性。有关PVA 薄膜的渗透性和应用已有研究报道［2－6］。笔者采用PVA 为原料制备具有吸湿性的薄膜，并研究该薄膜的吸湿性能和力学性能等。

1 实验

1.1 材料

PVA 17－99，上海美梦佳化工科技有限公司；甘油 分析纯，国药集团化学试剂有限公司；甲基纤维素 化学纯，市售。

1.2 仪器设备

GZX－GF 101－3－S－Ⅱ电热恒温鼓风干燥箱，上海贺德实验设备有限公司；DF－101S集热式磁力搅拌器，巩义市科瑞仪器有限公司；WGT－S透光／雾度测定仪，上海精科仪器有限公司；DCP－K 2300电脑测控抗张试验机，四川长江造纸仪器有限责任公司；PERMATRAN－W1／5 水蒸气透过率测试仪，美国膜康有限公司；JA－B分析天平，上海越平科学仪器有限公司。

1.3 吸湿薄膜的制备

将一定量的成膜原料溶于纯水中，在一定温度下搅拌溶解30min，根据需要加入一定量的助剂，并不断搅拌得到胶体，然后流涎成膜，烘箱风干，干燥待用。

1.4 吸湿薄膜的性能测试

1.4.1 薄膜厚度

在需测定的薄膜上任取5个点，用薄膜厚度测定仪测定薄膜厚度，测试结果取其平均值。

1.4.2 薄膜的抗张强度与伸长率［7］将薄膜剪切成15mm×120mm 的长条状，通过电脑测控抗张试验机测试抗张强度和伸长率。设定夹距50mm，速度500mm／min。

1.4.3 薄膜的透光度和雾度［8］

每个样品测试5次，测试结果取其平均值。

1.4.4 薄膜的吸湿性能

将样品在60 ℃的烘箱中烘至恒重，称取2g（精确称量至0.001g），操作尽量迅速，操作环境相对湿度50%。吸湿率按式（1）计算：

式中：Q 为某一时刻的吸湿量，g／g；m1为样品干燥时的质量，g；m2为吸湿后样品的质量，g。

1.4.5 薄膜水蒸气透过率

按ASTM E 398［9］测定，相对湿度100%，温度37.8℃。膜的测试模式continuous，测试时相对湿度50%。

2 结果与分析

2.1 吸湿薄膜成膜材料的选择

PVA 是一种多羟基水溶性聚合物，具有良好的综合性能，可完全生物降解。表1是国内PVA树脂系列产品的技术指标。PVA 17－99产品的聚合度高，醇解度较大，黏度和纯度也高，适合制备吸湿薄膜。

表1 国内PVA树脂系列产品技术指标［10］

2.2 聚乙烯醇对薄膜性能的影响

分别于100mL 蒸馏水中，加入1、3、5、7.9g PVA17－99颗粒，配制成PVA 胶液，然后流涎成膜，取出后，测试薄膜的性能。加入1g PVA 的胶液黏度较低，在流涎成膜时容易向边缘移动，在分析时不予讨论。表2是PVA 对薄膜的光学性能和力学性能的影响。由表2可见：透光率随着PVA的质量增加而增大，而雾度则相反。纯PVA 薄膜的抗张强度较大，但伸长率很低，薄膜较脆，不易加工。

表2 PVA对薄膜性能的影响

2.3 甘油对薄膜性能的影响

于100mL 蒸馏水中，加入7g PVA17－99颗粒，配制成PVA 胶液，加入不同体积的甘油配制成膜液，并流涎成膜。表3为增塑剂甘油对薄膜性能的影响。图1为甘油对薄膜力学性能的影响。由表3和图1可见：甘油对PVA 的力学性能影响较大。添加0.1mL甘油对薄膜的性能改变较小，表现出纯PVA 薄膜的表面特性，呈现脆和坚硬，不利于加工。大于0.2 mL 甘油制备的薄膜开始呈现有弹性。但是当甘油的添加量大于0.8mL 时，薄膜在剥离时却发生卷曲，甚至黏连。

表3 增塑剂对薄膜性能的影响

图1 甘油对薄膜力学性能的影响

2.4 甲基纤维素对薄膜性能的影响

甲基纤维素（MC）是常用的改性纤维素之一。它的部分羟基转变成疏水基团，削弱了氢键，降低了结晶度，增加了水溶性［11－12］。

于100mL 蒸馏水中，加入0.8mL 甘油、7g PVA17－99颗粒，配制成PVA 胶液。在成膜液中添加MC后，溶液的黏度增加；但添加过多，溶液成为凝胶液，且不易消泡。表4为甲基纤维素对薄膜性能的影响。由表4可见：MC 对薄膜雾度的影响较大。图2为甲基纤维素对薄膜力学性能的影响。由表4和图2可以看出：当MC 0.18g时，薄膜的力学性能较好。

2.5 薄膜水蒸气透过率与吸湿性能

薄膜的水蒸气透过率和吸湿率，如图3所示。由图3可知：当MC 0.18g时，薄膜的透气量和吸湿率较高。这可能是MC 用量在一定范围内，PVA 和MC在水溶液和固态下呈现良好的可混合性，且随着混合液中MC量增加，PVA／MC 薄膜的吸水速率和保水性能逐渐提高［13］。

表4 甲基纤维素对薄膜性能的影响

图2 MC对薄膜性能的影响

图3 MC对薄膜的透气量和吸湿率的影响

3 吸湿性塑料软包装应用实例

吸湿性塑料软包装就是在包装内层表面涂覆了高分子吸湿性塑料，具有包装内水分平衡与调节的功能。

水分是影响食品质量的重要因素之一。水是一切生物体生命活动不可缺少的成分，微生物需要一定的水分才能进行一系列正常代谢。如果水分控制不好，很容易造成微生物生长，影响食品的质量。许多食品的化学变化也与水分有关，例如淀粉老化、脂肪酸败、蛋白质变性和褐变等。因此，食品包装的阻隔性对于食品的质量有相当重要的关系。

阻隔性是食品包装中重要的性能之一。很多食品在贮藏与包装中，由于阻隔性差，使食品的风味和品质发生变化，最终影响产品质量。为了满足食品包装的阻隔性要求，一般都是通过包装材料来实现的。因此，具有吸湿功能的薄膜应运而生。

吸湿材料的吸湿动力来自于水的扩散。扩散的本质是材料内部与表面存在渗透压。

Y.Diamant等研究认为：水分子向聚合物的内部扩散过程主要受两个因素控制：一个是聚合物网络结构中与水分子尺寸相仿的微孔；另一个是水分子和聚合物之间的吸引力。聚合物网络结构中的微孔是由材料的结晶度、交联密度、分子链的韧性以及非晶态的堆积密度决定。水分子和聚合物之间的吸引力由聚合物的性质决定。含有羧基、羟基、酰胺基等亲水基团的聚合物的亲水能力强，有利于水分子的吸附。总之，如果想改变材料的吸湿特性可以从两个方面着手：一是材料表面的微孔；二是材料分子中的亲水性基团。

高分子保水材料利用高分子树脂将水分长时间保存在其体内，并在一段时间内保持水分的平衡。当外界水分低于体内水分时，农产品或包装材料载体会释放出一定水分到周边环境中；而当环境水分高于包装内产品水分，包装材料将吸收水分，高分子吸湿材料载体使包装内保持一定的湿度。

吸湿性塑料软包装具有如下功能：

（1）自动调节产品维持生命所需的水分；（2）消除包装内表面的水分，消除露珠和水雾；（3）阻止微生物的潜入；（4）提高软包装的透明度。

利用吸湿性塑料软包装对鲜生姜进行保鲜包装试验，试验取得了很好的效果，能够使去皮的生姜保鲜两个月。两个月后，去皮的生姜不但不腐烂，反而长出新芽。由此可见，吸湿性塑料软包装具有独特的功能。

4 结论

（1）添加增塑剂甘油后，薄膜的抗张强度随着甘油添加量的增加而降低；伸长率却随着甘油添加量的增加而增大。当甘油添加量超过一定限度后，会出现渗析现象。

（2）甲基纤维素不仅增强了薄膜的力学性能，同时也可以防止薄膜卷曲。

（3）生产吸湿薄膜的适宜工艺参数：每100 mL纯水中，PVA 7g，增塑剂甘油0.8mL，甲基纤维素0.18g。

（4）吸湿性塑料软包装应用于生姜保鲜具有良好的效果，能够使去皮的生姜保鲜两个月，在包装内自动调节生姜维持生命所需的水分。

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