摘要：包裝材料在材料工業中占據非常重要的位置。發達國家的包裝工業值已經占國內生產總值（GDP）的2%以上。近年來， 以阻隔性，保鮮性，耐熱性，可食性，分解性， 納米包裝材料等為代表的功能性包裝材料的出現，更是推動包裝行業的迅猛發展。 

關鍵詞：包裝工程 功能材料  阻隔性包裝材料  保鮮性包裝材料  選擇吸收性包裝材料  耐熱性包裝材料 可食性包裝材料  分解性包裝材料  納米包裝材料

　　包裝材料在材料工業中占據非常重要的位置。發達國家的包裝工業值已經占國內生產總值（GDP）的2%以上。目前我國每年也要消耗大量的商品包裝。近年來，隨著人們生活水平的提高，特別是人們對環境的保護程度愈來愈受到重視，因此對包裝也有了更高的要求，綠色包裝的呼聲愈來愈高，于是，就推動了以包裝材料為方向的材料科學的迅猛發展，作為包裝行業的基礎產業，更是帶動了包裝行業的騰飛。

　　包裝材料按傳統的材料分類方法，可以分為：紙質材料，合成高分子材料，金屬材料，玻璃與陶瓷材料，復合材料，纖維材料，木材，其他材料。但是隨著材料科學的發展，特別是新材料的不斷涌現，包裝行業的材料出現了功能材料的說法，按照功能包裝材料的概念，功能性包裝材料包括：可食性包裝材料，分解性包裝材料，保鮮性包裝材料，選擇吸收性包裝材料，阻隔性包裝材料，耐熱性包裝材料，無菌和抗菌性包裝材料，導電性包裝材料以及納米性包裝材料。

可食性包裝材料

　　隨著高科技在食品包裝領域的不斷發展利用，各種能食用的包裝材料相繼問世，這些可食性包裝材料一般以人體能吸收消化的天然可食性物質，如蛋白質、淀粉、多糖植物纖維及其他天然物質為基礎原料，通過不同分子間的相互作用，制成具有多孔網絡結構，不影響食品風味的包裝薄膜�？墒承员∧ひ黄鹪�料豐富，可以使用，對人體無害，具有一定的強度，等特點，作為包裝行業的一種功能材料，近年來獲得迅猛的發展，廣發應用于食品，醫藥的包裝。

　　作為包裝薄膜，可食性包裝薄膜有以下幾個特點：阻水性，可延緩食品中水及油以及其他成分的遷移核擴散；可選擇的透氣性和抗滲透能力，阻止食品中的風味物質的揮發；有較好的物理和機械性能，具有較好的表面機械強度，便于加工成型；可作為食品色，香，味，營養物質強化和抗氧化物質等添加劑的載體；可以食用，對環境無污染等優異特性。目前，可食性包裝包裝材料從原料來看，主要是蛋白質、淀粉、甲殼素以及其它天然原料。

　　用蛋白質制作可食性包裝材料，由動物蛋白和植物蛋白之分。動物蛋白質取材于動物的皮、骨、軟骨組織等。這類材料具有很好的強度性質，抗水性和透氧性，適宜于肉類食品的包裝。例如，一種動物蛋白膠原料制備成的可食性包裝薄膜具有強度高，耐水性，和隔絕水蒸氣的性能，解凍烹調事會自動融化，用于包裝油類食品，不會改變食品的風味。

　　由植物蛋白制成的可食性包裝薄膜，具有很好的抗潮能力，并具有一定的抗氧化性能。適合含脂肪食品的包裝，能保持水分，保證食品的原味不變。目前主要是大豆蛋白可食性包裝薄膜、蛋白質、脂肪酸、淀粉可食性包裝薄膜、耐水蛋白質薄膜、玉米醇蛋白可食性包裝薄膜、蛋白質涂層包裝紙等。此外，還有一些替代的可食性包裝薄膜，例如牛奶蛋白、酪蛋白等。

　　用大豆提煉的蛋白質制造出類似塑料的物質作為可食性包裝材料，來替代過去以石油為原料合成的塑料。這種制作技術是將大豆浸泡，隨后分理出蛋白質，將蛋白質烘干，除去其中的水分，然后用蛋白質粉和其他成分以及添加劑混合，制成可食性包裝薄膜或者涂層用于包裝食品，有優良的強度，彈性和防潮性能。

　　玉米蛋白質包裝薄膜主要用于快餐盒食品的包裝涂層，該膜是紙和玉米蛋白質的合成材料，在鍋中煮沸也不改變其性質。最新研制的一種具有抗菌功能的蛋白質可食性薄膜，是在玉米醇蛋白或者大豆蛋白單膜中添加溶菌酶或者維生素等抑菌成分，可控制食品中病原菌的生長和由微生物引起的食品變質。

　　以玉米、小麥、土豆、薯類等農作物作為基材的可食性包裝材料中，以玉米淀粉改性加工成的可食性包裝薄膜最為典型。根據其中加入的添加劑、酸堿處理、酶處理或者氧化處理的方法不同，淀粉類食品可食性包裝材料可分為以豆渣為原料的可食性包裝紙和玉米淀粉、海藻酸鈉或者聚糖符合包裝薄膜等。用淀粉作原料，添加其他一些可食性的物質加工成包裝紙，用于包裝快餐面、調味品等，可以直接放入鍋中烹調，而不需要將包裝袋除去，得到環保和節約的雙重功效。

高阻隔性塑料包裝材料

　　高阻隔性塑料包裝材料是隨著食品工業的迅速發展而發展起來的，在包裝工業特別在食品包裝行業獲得了迅速發展和廣泛應用。它對食品起到了保質、保鮮、保風味以及延長貨架壽命的作用。保存食品的技術多種多樣，像真空包裝、氣體置換包裝、封入脫氧劑包裝、食品干燥包裝、無菌充填包裝、蒸煮包裝、液體熱充填包裝等等。在這些包裝技術中許多都要使用到塑料包裝材料，雖要求其具備多種性能，但重要的一點是都須具備良好的阻隔性。在包裝行業，比較常見的高阻隔性薄膜材料有如下幾種： 
    
　　尼龍類包裝材料。尼龍類包裝材料以前一直使用“尼龍6”。但是“尼龍6”的氣密性不理想。有一種從間二甲基胺和己二酸縮聚而成的尼龍（MKD6）的氣密性比“尼龍6”高10倍之多，同時還有良好的透明性和耐破裂性。主要被用于高阻隔性包裝薄膜，用于阻隔性要求很高的食品軟包裝。其食品衛生性也得到FDA的許可。它作為薄膜的最大特點是阻隔性不隨濕度的上升而下降。在歐洲，由于環境保護問題突出，作為PVDC類薄膜的替代產品，MXD6尼龍的使用量是很大的。由MXD6尼龍和EVOH復合而成的具有雙向延伸性的新型薄膜，作為一種高阻隔性的尼龍類薄膜。復合的方法有多層化復合，也有采用將MXD6尼龍和EVOH共混拉伸的方法。 
           
    PVDC類材料（聚偏氯乙烯）。聚偏氯乙烯（PVDC）樹脂，作為復合材料或單體材料及共擠薄膜片，是在包裝行業使用最多的高阻隔性包裝材料。其中又以PVDC涂覆薄膜使用量最多。PVDC涂覆薄膜是使用聚丙烯（OPP）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）等作為基材的。但是由于純PVDC軟化溫度高，且與其分解溫度接近，又與一般增塑劑相容性差，故加熱成型困難而且難以直接應用，實際使用的PVDC薄膜多為偏氯乙烯（VDC）和氯乙烯（VC）的共聚物，以及和丙烯酸甲酯（MA）共聚制成的阻隔性比較好的薄膜。 

    EVOH類材料。EVOH一直是應用最多的高阻隔性材料。這種材料的薄膜類型除了非拉伸型外，還有雙向拉伸型、鋁蒸鍍型、黏合劑涂覆型等。雙向拉伸型中還有耐熱型的用于無菌包裝制品。EBOH樹脂與聚烯烴、尼龍等其他樹脂共擠制得的薄膜主要用于畜產品包裝。
 
    近年來，國際社會對綠色包裝的呼聲越來越高，但是作為高阻隔性的包裝材料被廣泛應用的PVDC的廢棄物在燃燒處理時會產生HCI而導致環境污染問題，因此現有被其他包裝材料替代的趨勢。比如，在其他基材的薄膜上鍍覆SIOX（氧化硅）后制得的所謂鍍覆薄膜受到了重視，除了氧化硅鍍膜以外，還有氧化鋁蒸鍍薄膜，其氣密性能與同法獲得的氧化硅鍍膜相同。同時由于多層復合、共混、共聚、蒸鍍技術發展極為迅速，高阻隔性包裝材料如共聚物EVOH、聚偏氯乙烯（PVDC）、聚胺（PA）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）的多層復合材料及硅氧化合物蒸鍍薄膜等得到進一步開發，其中尤以下列產品更為引人注目：MXD6聚酰胺包裝材料、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、硅氧化物蒸鍍薄膜等。 


新型保鮮性包裝材料 
               
    這些年來，由于農業生產的專業化，以及人們對生活質量提高的要求，新鮮果蔬的遠距離運輸越來越多，使得對能夠使新鮮果蔬保存期和貨架期延長的保鮮性包裝材料的需求越來越大。新鮮水果和蔬菜的一個共同特點是采摘后仍繼續呼吸，而呼吸同時伴隨新陳代謝、水分蒸發及乙烯生成，促使果蔬進一步成熟直至衰亡。同時，這種環境還使細菌很容易滋生，并迅速繁殖，導致果蔬很快腐爛。為了延長果蔬儲存和貨架壽命，國內外都加強了新型多功能保鮮性包裝材料的研究開發 ，其中大部分的保鮮技術就是通過微孔或改進薄膜配方結構、改良包裝袋內的氣調環境（氛圍）以及使用除氧劑與選擇性透過薄膜組合的方法來達到保鮮的目的，其中尤以下列產品會受到更大的關注。

    功能性保鮮薄膜。日本一家公司推出了一種強密封性包裝袋，它是用一種叫做“奇克倫”的塑料制成的，具有極好的防氧化作用，用它來包裝新大米，保鮮效果特別好，可長久保持大米的色、香、味不變，而且袋內產生的二氧化碳還有防蟲、防霉的作用。日本另外一家造紙公司生產一種水果保鮮包裝箱，它是在瓦楞紙箱的瓦楞紙襯紙上，加一層聚乙烯膜，然后再涂上一層含有微量水果消毒劑的防水蠟涂層，以防止水果水分蒸發并抑制呼吸達到保鮮目的。用這種包裝箱包裝水果，可使水果在一個月內保持新鮮。 

    美國一家公司推出了一種新型的果蔬保鮮塑料袋，它可延長水果、蔬菜的保鮮期，減少果蔬因熟化程度過快而造成的損失。這種包裝袋用天然活性陶土和聚乙烯混合而成，猶如一個極細微的過濾篩，果蔬在熟化過程中產生的氣體和水分可以透過包裝袋，袋內不容易滋生真菌，從而可使果蔬的保鮮延長1倍以上。另外有一家美國公司研制出一種保鮮時間可長達3年的塑料保鮮袋。這種保鮮袋是在普通塑料袋內側附上一層塑料薄膜，薄膜中含有吸氧劑，它能吸收在食品包裝過程中進入的氧氣，這就使導致食品腐爛的微生物因缺氧而無法生存。 

 選擇吸收性包裝材料

　　生鮮食品包裝很重視氣體的透過性，并以此選擇不同的塑料材料。隨著食品工業的發展以及材料科學的進步，作為食品包裝材料不僅要求高阻氣性，而且進一步要求發展選擇透過性的功能，即根據包裝內容物的要求，僅僅允許需要的（或不需要的）氣體分子通過，建立一個適宜的氣調環境。這類選擇透過性包裝材料在國外已進入實用化階段，主要有添加溶解氣體物質的薄膜，添加多孔沸石或氧化硅等粉末的薄膜，用γ射線照射使薄膜性質發生變化以及利用擴散系數對含水率的依存性、引入含有羥基基團和酰胺基基團的薄膜等。此外還可以在薄膜中加入一些抗菌劑和防腐劑，來抑制細菌和霉菌的生長繁殖。例如：美國一家公司發明了一種在包裝箱里減少氧含量、增加氮含量，以使果蔬保鮮的新方法。該方法在運輸中使用具有氣調性能的新型包裝箱，這種包裝有一層特制的薄膜，薄膜能夠吸收氧分子，而讓氮氣通過。這樣在空氣通過薄膜進入包裝箱后，箱內的氮氣含量可高達98％以上，從而使果蔬的呼吸作用減慢，達到較長時間保鮮目的。

　　另外一種叫做硅窗氣調保鮮袋，這種氣調保鮮袋是在塑料薄膜袋上裝上合適面積的硅橡膠薄膜。硅橡膠薄膜對氧氣、二氧化碳和氮氣有選擇性的滲透，這種硅窗氣調保鮮袋在水果儲藏取得了良好的效果。應用它在一定的儲藏條件下，確定好適宜的硅窗面積，封閉一定時間后，即可將包裝內的氧氣和二氧化碳的濃度自動調節在自動需要的水平。一般儲藏1000千克蘋果，設硅窗面積0．6平方米，可使氧氣和二氧化碳維持在適宜水平，呼吸作用產生的過多二氧化碳可通過硅窗排出，袋內氧氣不足時，可由硅窗透入。硅窗氣調技術，關鍵是選用硅窗膜，確定硅窗面積和適合的儲藏量及儲藏的溫度。


分解性包裝材料

　　現在全世界每年的塑料產量已經達到1*10T，塑料制品約5*108T。安提計算，其用量在20世紀80年代已經超過了金屬材料。塑料具有原料多，已于生產，性能優異，成本低廉，重量輕，便于成型，不腐蝕，容易著色等優異特性，被廣泛應用于包裝的各個領域，使金屬，木材，天然纖維，天然橡膠的優秀替代品。

　　塑料的產量和用量不斷的增加，隨之而來的問題也不斷增加，主要是廢棄塑料的不斷增加。通常說的廢棄塑料主要有三個方面：一種是聚乙烯，主要用來做手提袋，農用薄膜等；另一種是聚丙烯，；一般用作包裝的打包帶等；還有一種是聚苯乙烯，用作包裝的泡沫減震材料，快餐飯盒，包裝填充物等。這三類成分占了廢棄塑料的70%--80%。近一半的新塑料制品在兩年后就會變成廢塑料，廢塑料在自然的環境下很穩定，不易腐蝕，降解，對環境影響非常嚴重，構成了典型的白色污染，因此，近年來，在塑料行業，呼吁能夠降解的功能性塑料的出現也是理所當然。

　　塑料的降解按照降解機理，可以分為：化學降解，熱降解，氧化降解，輻射降解，光降解，機械降解以及生物降解。

　　生物降解塑料時只能通過自然界的微生物，如細菌，霉菌等作用后可被完全降解為低分子化合物的塑料材料，特具有以下幾種特點：可制成堆肥，回歸大自然；因降解而是體積減少，延長填埋場地的使用壽命；不存在普通塑料的焚燒問題；可減少隨意丟棄而造成的野生動植物的危害；儲存運輸方便；應用廣泛等優點。

　　根據降解機理和破壞形式，包裝行業適用的生物降解塑料可分為：完全生物降解塑料和生物破壞性（或者稱崩潰興）塑料。完全生物降解塑料在微生物的作用下，在一定的時間內完全分解為二氧化碳和水等小分子化合物，完全破壞性塑料則僅分解成為散亂碎片。按照制造方法，生物降解塑料可分為：天然高分子類，微生物合成類和人工合成類。

　　天然高分子材料可以作為講解材料的有纖維素，淀粉，甲殼素，木質素等。來自于自然界，游客生物降解與自然界，但其本省并不具有塑性，所以通過自然的化學改性或與聚合物共混，共聚改性或添加到聚合物中給形成為可降解高分子材料。

　　微生物合成類主要是采用生物工程來合成生物降解高分子材料，已得到更加廉價的可降解塑料產品，其主要成分是微生物聚酯。例如，運用遺傳工程把白楊木的葉子干燥，磨碎成細粉末，然后萃取出葉綠體，就可以從白楊木的葉綠體中得到聚烴基丁酸（PHB）的母顆粒，從而得到PHB降解塑料。

　　人工合成類可降解化學合成高分子材料中有生物可降解高分子材料和光降解高分子材料。其中生物可降解高分子材料有聚乙烯醇（PVA）,聚乙二醇等水溶性高分子和已內酯（PCL），目前達到商業性開發的有：聚酯聚酰胺共聚物（CPAE），脂肪族和芳香族共聚酯（CPE）,聚氨基酸，聚原酸酯，聚酯型聚氨酯等。

耐熱性包裝材料 
               
　　耐熱性塑料軟包裝材料以前多為耐蒸煮殺菌用，滿足耐蒸煮殺菌的包裝要求在120℃、10～20分鐘蒸煮殺菌或加熱的情況下，外觀形狀、品質均無明顯的變化，包裝食品在儲存過程中不產生容器破損、內容物泄漏、微生物二次污染以及光和熱使內容物變質等情況�；�本是以具有遮光性的鋁箔為中間層，高阻隔性塑料PA、PET為外層，具有熱封性的PE、PP為內層的多層復合蒸煮膜制成的蒸煮袋使用的最多。一些新型的含高阻隔性材料的EVOH、PVDC、MXD6、硅氧化物蒸鍍膜等的多層復合材料也日見使用。 

    隨著電磁灶、微波爐使用的日益普及，對適用于電磁灶、微波爐使用的包裝容器的需求越來越大。而電磁灶、微波爐對包裝材料的要求是在高溫下使用不顯著變形、破損、內容物（添加劑）不揮發，尤其是微波爐的加熱特性，不允許包裝材料中含有金屬材料，這樣，就限制了以鋁箔為中間層，PE、PP為內層的蒸煮袋的使用。所以，現在多使用以PP、無機物填充PP的多層復合材料及結晶聚酯（CPET）片材制得的包裝容器。耐更高溫度的新型耐熱包裝材料如聚酯薄膜、聚醚酰亞胺、聚4-甲基戊烯（TPX）／紙板等材料也得到開發，它們都能夠耐180℃以上的溫度。足夠滿足電磁灶、微波爐對包裝材料的要求。

無菌和抗菌塑料包裝材料 
               
    無菌包裝可以在無菌條件下，不用添加防腐劑，在常溫下就能最大限度地保留食品原有的營養成分和風味�？裳娱L貨架壽命，方便運輸和儲存。無菌包裝主要應用于食品、調味品、醫藥及化妝品等領域。所使用的軟包裝材料為紙、塑、鋁塑復合膜，含高阻隔性塑料的多層共擠無菌包裝片材等。 

    抗菌塑料包裝材料則是對塑料包裝材料賦予一定的抗菌性能，現在已經開發了以含銀離子為無機抗菌劑的全新型母料，銀離子具有顯著的抗菌作用，其特點為抗菌效果持續時間長，不會因氣化和遷移而高，不會污染環境。用添加的含銀離子的母料（含量1％～3％）制得的薄膜或表面復合一層這種薄膜的容器，經試用表明，在無營養源的情況下，含1％銀離子母料的薄膜能在1～2天內完全殺死會引起食品中毒的菌類，廣泛用于熟食肉類、水產品和液體食品包裝。另外，在國外從某些植物中的提取物作為抗菌劑的薄膜也已有生產，這類抗菌膜主要用于新摘蔬菜及水果等包裝。 

納米復合包裝材料 
               
    納米技術是近年來興起的一門高新科學技術，研究最多的納米復合包裝材料是聚合物基納米復合材料（PNMC）。常用的聚合物有PA、PP、PVC、PET等，納米復合塑料包裝材料的可塑性、耐磨性、硬度、強度都有明顯的提高和增強。日本首先研制成功的PA6納米復合包裝材料與普通復合PA包裝材料比較，拉伸強度和拉伸模量分別提高110MPa和2．1GPa，熱變形溫度提高到150％，熱膨脹系數和吸水率大幅度降低。據報道，我國也已研制出新型的納米復合包裝材料，即將投入規模生產。 

　　總體上來說，目前，國內外新開發的包裝材料的發展趨勢均是朝著高性能、無毒無害、綠色環保、物美價廉、方便使用等綠色包裝方向發展。其中的功能性包裝材料已由過去的以單一行業為主進一步向工業包裝、醫藥包裝、建材包裝、化妝品包裝，食品包裝等包裝領域發展，其使用范圍和用量將越來越大。另外目前研制的智能性功能包裝材料，通過用光電、溫敏、濕敏等功能材料與包裝材料復合制成的。它可以識別和指示包裝空間的溫度、濕度、壓力以及密封的程度、時間等一些重要參數，更為發展智能包裝材料提供了廣闊的舞臺。(peter)