《包装设计制作工艺与检测技术标准实用手册》

第三篇 包装材料及容器

第四章　塑料包装材料

第三节　包装用塑料的主要品种及其性能

一、聚乙聚（PE）

聚乙聚是乙烯的高分子聚合物的总称，其结构方式为CH2CH2n。目前，聚乙烯是产量最大的塑料品种，也是用量最大的塑料包装材料，约占羔包装材料消耗量的30％。聚乙烯因制造方法不同，最终产品的密度也有一定的差异，所以聚乙烯的品种很多，其性能上有共性，但也各有特点。

（一）聚乙烯的一般性质

聚乙烯为白色蜡状固体，呈半透明，几乎是无味无毒。聚乙烯大分子链的柔顺性好，很容易结晶，常温下聚乙烯由部分结晶和部分处于高弹态的无定形体构成，因此它属于性塑料。

聚乙烯属于非极性高分子聚合物，所以它的透温率低，具有很好的防潮性，且化学性质稳定，能耐水、酸碱水溶液和60℃以下的大多数溶剂。聚乙烯具有较好的耐寒性，低温下机械性能变化极小，其脆化温度一般在60℃以下。此外，聚乙烯还具有较好的耐幅射和电绝缘性。

作为包装材料，聚乙烯的主要缺点是：气密性不良；强度较低，耐热性较差；不耐浓硫酸、浓硝酸及其他氧化剂的侵蚀，受热时会受到某些脂肪烃和氯化烃的侵蚀，耐环境应力开裂性较差，且容易受光、热和氧的作用而引起降解，使其性能降低。此外，聚乙烯的印刷性能差，因表面呈非极性，所以在印刷或粘接前必须经化学处理、火焰处理或电晕处理，以提高其粘接性和对油墨的亲和性。

（二）聚乙烯的品种及性能

聚乙烯根据密度不同分为低密度聚乙烯（LDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）和高密度聚乙烯（HDPE）。不同密度的聚乙烯在性能上的差异，主要取决于其分子结构的不同，如图3－4－1是几种聚乙烯分子结构示意图。低密度聚乙烯的分子结构中含有较多的长支链，如图3－4－1（a），这种支链型的结构使它不易产生结构致密的晶体，所以它的结晶底较低，是一种柔韧的可延伸的材料。低密度聚乙烯具有较好的透明性，但它的气密性差，抗张强度较代，且耐热温度不高，耐化学药品性、耐溶剂性也不及高密度聚乙烯，且容易吸收油脂溶胀，使制品发粘。但低密度聚乙烯的加工性能好，适于制作各种包装薄膜、容器和泡沫塑料缓冲材料。

图3－4－1　几种聚乙烯的分子结构示意图

中密度聚乙烯的分子结构中支链较低密度聚乙烯少，其结晶度略高，它的性能介于低密度聚乙烯和高密度聚乙烯之间，是一种较坚韧的材料，具有较好的抗应力开裂性和刚性，适用于制作包装容器和薄膜。

中密度聚乙烯的分子结构中支链较低密度聚乙烯少，其结晶度略高，它的性能介于低密度聚乙烯和高密度聚乙烯之间，是一种较坚韧的材料，具有较好的抗应力开裂性和刚性，适用于制作包装容器和薄膜。

高密度聚乙烯的分子结构如图3－4－1（b），呈线型结构，只含有较少的短支链，这使它的分子堆砌得较紧密，所以它的结晶最高，是一种坚韧的刚性材料。高密度聚乙烯的强度、耐热性好，最高温度可达120℃，但它的透明性、弹性和加工性能较差。高密度聚乙烯的密度聚乙烯主要用于制作包装容器和薄膜。

近年来又发展了线型低密度聚乙烯（LLDPE），被称为第三代聚乙烯，如图3－4－1（c）所示。线型低密度聚乙烯的分子结构近于高密度聚乙烯的线型结构，而密度（0．92～0．93g／cm3）又与低密度聚上近，所以称为线型低密度聚乙烯。它兼有低密度聚乙烯和高密度聚乙烯的性能，但也有其特性，它的熔点比低密度聚乙烯高10℃～20℃，而脆化温度又低了30℃～40℃，所以线型低密度聚乙烯的使用温度范围比低密度聚乙烯宽得多。线型低密度聚乙烯的抗冲击强度、耐应力开裂性与高密度聚乙烯相近，而透明度、硬度和加工性能则在高密度和低密度聚乙烯之间。线型低密度聚烯的伸长率和耐穿刺性是各种聚乙烯中最好的，特别适宜制作包装薄膜，其厚度可比低密度聚乙烯减薄20％，所以它是一种很有发展前途的塑料包装材料。

（三）聚乙烯的改性

聚乙烯具有许多优良的性能，且价格低、加工容易，在包装中得到了广泛的应用，但它也存在着强度低、耐热性较差等缺点。采用增强塑料强度和分子交联的方法可以改善聚乙烯的性质，如在聚乙烯中加入20％的玻璃纤维，可使其抗张强度提高2倍，抗冲击强度提高4倍，热变形浊国庆节提高10％以上，但伸长率则显著下降。采用分子交联法是通过化学或辐射的方法使聚乙烯分子链之间相互交联，形成网状结构，从而提高其抗张强度、耐热性、耐环境应用开裂性、耐老化性和化学稳定性。总之，经改性的聚乙烯具有较好的机械强度、耐热性和耐老化性等性能，适于制作大型包装容器和热收缩薄膜等。

二、聚丙烯（PP）

聚丙烯是丙烯的高分子聚合物，结构式为CH2CHCH3n，与聚乙烯相似。聚丙烯在常温下也是由部分晶体和部分高弹态无定形体构成，所以它也属于一种韧性塑料。

聚丙烯为白色蜡状固体，无味无毒，外观似聚乙烯，但比聚乙烯更透明更轻。聚丙烯的密度为0．90g／cm3，是通用塑料中最轻的一种。它的结晶高达86％～96％，具有较好的防潮性、抗水性和防止异味透过性，可以热封合。聚丙烯的抗张强度和硬度均优于聚乙烯，其耐热性是通用塑料中最高的，可在100℃～120℃长期使用，特别是在高温时抗张强度保留谐调，如在100℃时仍可保留常温时抗张强度的一半。聚丙烯具有极好的耐弯曲疲劳强度，能经受万次的折叠弯曲，可起到铰链作用，如聚丙烯包装盒就利用了这一特性。聚丙烯能耐80℃以下酸、碱、盐液及大多数有机溶剂，在很多溶剂和去污剂、洗涤剂中不发生应力开裂。所以聚丙烯容器常用于包装化妆品、药品和洗涤剂等。

聚丙烯的主要缺点是耐寒性、耐老化性差，气密性不良，不适宜在低温下使用，且容易受光、氧的影响使其性能变差。某些氯代化合物、芳烃和高沸点脂肪酸能使聚丙烯发生溶胀并轻微地侵蚀其表面。聚丙烯属非极性材料，所以在粘接或印刷前必须经过表面处理。

综上所述，聚丙烯中广泛用于制作食品、化工产品、化妆品等包装容器，如周围箱、瓶子、编织袋以及包装用薄膜、打包带和泡沫塑料缓冲材料等。

三、聚苯乙烯（PS）

聚苯乙烯是苯乙烯单体的高分子聚合物，其结构式为CH2CHn。在聚苯乙烯的分子结构中含有大量的体积庞大的苯环，所以它不易结晶，且苯环的存在使大分子链变得僵硬，因此，常温聚苯乙烯处于无定形的玻璃态。它是一种无色透明、类似于玻璃状的材料，无味无毒。聚苯乙烯的着色和印刷性好，可制所各种色彩鲜艳的制品。聚苯乙烯的吸水率很低，仅为0．03％～0．05％，具有较好的尺寸稳定性、刚挺而无延展性。聚苯乙烯能耐有机酸、碱、盐、低级醇及其水溶液。

聚苯乙烯作为包装材料的主要缺点是：耐冲击强度低，表面硬度小，易划痕磨毛；防潮性、耐热较差，连续使用温度为60℃～80℃。聚苯乙烯容易受许多烃类、酮类、高级脂肪酸等的分割而软化，苯烃如苯、甲苯、乙苯及苯乙烯单体等能溶解聚苯烯，且耐油性不好。

由于聚苯乙烯具有透明、无毒等优良性能，所以它广泛地用于制作食品、医药品以及日用品等小型包装容器，如盒、杯、等和食器包装用薄膜。此外，聚苯乙烯大量用于制作泡沫塑料缓冲材料等，用于仪器、仪表、电器产品等的缓冲防震包装等。

为了改善聚苯乙烯脆弱性大等缺点，可采用共聚或共混方法制成改性聚苯乙烯，如采用丙烯醇、丁二烯和苯乙烯三种单体共聚便得到共聚物ABS。ABS塑料兼有三种组分的综合性能，具有坚韧、质硬、刚性好等特性，并具有较好的低温抗冲击性能和耐化学腐蚀性，可用于制作小型包装容器如杯、盒等。在聚苯乙烯中加入15％～20％的丁苯橡胶共混，利用橡胶的高弹性来改进聚苯乙烯的脆性，制成抗冲击聚苯乙烯。

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