食品塑料包裝中納米碳酸鈣的特性范文
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《包裝與食品機械雜志》2015年第一期
1試驗過程
取表面積S為160cm2的樣品，按每cm2加1mL食品模擬液，將樣品全浸泡于容器內，即浸泡液體積V為160mL。試驗分別采用飲用純凈水、4%乙酸液、20%乙醇和正己烷作為模擬液，在20℃，40℃和70℃水浴鍋中浸泡，浸泡時間分別為0．5h，1h，2h，4h和6h。后移取50mL浸泡液，蒸干，用1mL硝酸消解殘渣，后用飲用純凈水定容至50mL，用火焰原子吸收法測定消解液中鈣濃度(C:mg/L)，原子吸收光譜儀工作條件見表1。鈣的遷移量W按下式計算。
2試驗結果與討論
對納米碳酸鈣保鮮盒進行切割，表面去毛刺，然后利用掃描電鏡觀察納米碳酸鈣在其中的形態分布，結果發現顆粒常以團聚物形態存在，如圖1，產品中納米顆粒的粒徑基本處于10μm級，遠遠高于納米碳酸鈣原料60nm水平，且極不均勻。分析認為造成顆粒團聚的主要原因是納米顆粒比表面積大，表面能高，處于能量的不穩定狀態，極易通過團聚達到穩定狀態，團聚消弱了納米顆粒填充的增強作用［8］。要得到分散性好、粒徑小的填充狀態，必須削弱或減小納米作用能。目前一般采取機械分散法，即通過機械力把顆粒聚團打散，或者通過加入分散劑、干燥處理等方式。另外成分對納米顆粒的團聚也有一定影響，成分越均勻，純度越高，團聚的趨勢越低。如圖2、圖3所示，納米碳酸鈣顆粒中鎂、鋁、硅等雜質，進一步加劇了顆粒團聚趨勢。
2．2遷移特性分析
由圖4可以看出，在相同溫度下，隨著浸泡時間延長遷移量有所增加，相同浸泡時間下，浸泡溫度升高，遷移量增大。分析認為:納米碳酸鈣填料分散在塑料制品中，兩者之間沒有緊密的化學結合鍵，高溫、長時間浸泡消弱了兩者之間結合力，導致碳酸鈣向模擬物遷移趨勢增大。圖5是納米碳酸鈣在20%乙醇浸泡液中的遷移情況。在相同溫度下，隨著浸泡時間延長，遷移量緩慢增大，浸泡溫度升高，遷移量明顯增大。分析認為:溫度升高使得乙醇浸泡液濃度升高，乙醇對PP的溶脹作用增強，導致碳酸鈣顆粒與塑料之間的結合力減弱，顆粒更易于遷移。納米碳酸鈣在正己烷中的遷移特性與在20%乙醇中類似，如圖6所示。浸泡溫度偏高時，時間對遷移量的影響較為顯著。由圖7可見，遷移量隨浸泡溫度、浸泡時間的增大而增大，但浸泡時間對遷移量的影響較為顯著。分析認為:碳酸鈣顆粒易溶解于乙酸，屬于化學反應，并隨著溫度升高，時間延長，該溶解反應加劇，表現為遷移量不斷增大。由圖8可見，在相同溫度和時間條件下，4種模擬物中納米碳酸鈣遷移量大小依次為:4%乙酸＞正己烷＞20%乙醇＞水，即酸性食物＞油性食物＞酒類食物＞水性食物。4%乙酸本身對無機填料有溶解作用，且隨著溫度升高，酸溶反應會更快，所以碳酸鈣在酸性模擬物中濃度遠遠高于其它模擬物;另外根據相似相溶原理，正己烷作為油性模擬物，是有機非極性物質，聚丙烯也為有機非極性材質，兩者之間存在溶脹作用，聚丙烯在正己烷溶液中溶脹后，包裹其中的納米碳酸鈣顆粒被釋放出來，因此正己烷模擬液中遷移量相對較高。雖然酒精也屬于有機物質，但與水一樣屬于極性物質，碳酸鈣溶解能力相對較小。納米碳酸鈣在溶脹或溶解同時，也存在擴散行為，根據擴散的菲克理論，擴散量與溫度、時間成正方向關系。
3結束語
綜上所述，納米碳酸鈣填料在食品包裝產品中易發生團聚，導致納米顆粒的分散性差;納米碳酸鈣在水性、油性、酸性及酒精類模擬物中均有遷移，并隨著溫度升高，浸泡時間增大而增大，但遷移特性有所不同，納米碳酸鈣在酸性模擬物中呈現最大遷移量。
作者：曹國洲劉在美肖道清單位：寧波檢驗檢疫科學技術研究院
