基于复合材料的食品包装结构性能分析

摘 要：本文阐述复合材料在食品包装领域的应用重要性，详细探讨基于复合材料的食品包装的结构组成，并重点分析其关键性能，如阻隔性能、机械性能、热性能和化学稳定性等，提出基于复合材料的食品包装结构性能优化策略，旨在为基于复合材料的食品包装的设计、生产与应用提供理论依据与技术参考，以推动食品包装行业朝着更高效、更安全、更环保的方向发展。

关键词：复合材料；食品包装；结构性能；阻隔性；机械性能

Structural Properties Analysis of Food Packaging Based on Composite Materials

WANG Zonghua1， WANG Peipei2， JI Xiaofei2

（1.Standard Testing Group Co.， Ltd.， Qingdao 266000， China; 2.Standard Sci-Tech Innovation （Qingdao） Pharmaceutical Technology Co.， Ltd.， Qingdao 266000， China）

Abstract： This paper describes the application importance of composite materials in the field of food packaging， discusses the structural composition of food packaging based on composite materials in detail， and focuses on the analysis of its key properties， such as barrier property， mechanical property， thermal property and chemical stability， and puts forward the optimization strategy of structural properties of food packaging based on composite materials. It aims to provide theoretical basis and technical reference for the design， production and application of food packaging based on composite materials， so as to promote the development of food packaging industry towards a more efficient， safer and more environmentally friendly direction.

Keywords： composite materials; food packaging; structural properties; barrier property; mechanical property

随着食品工业的快速发展以及消费者对食品品质与安全性要求的不断提高，食品包装作为保障食品质量、延长食品保质期、方便储存与运输的重要手段，其性能备受关注。复合材料以其独特的优势，在食品包装领域得到了广泛应用。

1 复合材料在食品包装中的应用重要性

1.1 满足多样化包装需求

食品种类繁多，对包装的要求也千差万别。新鲜的果蔬需要包装材料具有一定的透气性，以维持其正常的呼吸作用，防止厌氧发酵导致腐烂；烘焙食品需要包装材料具有良好的防潮性能，避免因吸收水分而变软、变质。基于复合材料的食品包装将不同的材料巧妙组合，如将透气性好的纸质材料与防潮性强的塑料薄膜复合，或者将具有保鲜功能的涂层与机械性能优异的基材复合，能够精准满足各种食品的包装需求[1]。

1.2 提升包装阻隔性

食品在储存和流通过程中极易受到外界环境因素的影响。氧气会使食品中的油脂氧化酸败、维生素分解、色素褪色，导致食品风味劣变、营养价值降低；水蒸气的侵入使干燥食品受潮结块、发霉变质，或者使高水分食品脱水干缩；异味的侵入会破坏食品原有的香气和口感。对于一些复合材料的食品包装，选用具有高阻隔性能的材料如铝箔、乙烯-乙烯醇共聚物等作为中间层，能有效阻挡氧气、水蒸气和异味的渗透，显著延长食品的货架期，保持食品的新鲜度和品质稳定性[2]。

1.3 增强包装机械性能

在食品的整个供应链中，食品需要经历搬运、装卸、运输和储存等多个环节，受到各种外力的作用。从生产线上的机械推送、堆叠，到运输过程中的颠簸、震动，再到仓库储存时的堆码压力，都要求包装材料具备良好的机械性能。根据具体应用场景，合理选择增强材料，如玻璃纤维、碳纤维等，并优化其与基体材料的复合结构，能够大幅提高包装的拉伸强度、撕裂强度、抗压强度和抗冲击性能，确保包装在复杂的物流环境中有效保护食品不受损坏。

2 基于复合材料的食品包装的结构组成

2.1 基材种类

基材主要包含如下3种。①塑料类。常用的塑料基材有聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。聚乙烯具有良好的柔韧性、耐低温性和化学稳定性，但其阻隔性能相对较差；聚丙烯具有较高的熔点和强度，常用于热灌装食品包装；聚对苯二甲酸乙二醇酯具有优异的透明度、机械性能和阻隔性能，广泛应用于饮料瓶等包装。②纸质类。纸张是一种可再生、可降解的材料，具有良好的印刷性能和一定的机械强度。对于基于复合材料的食品包装，纸张可作为外层材料，提供包装的外观展示和初步的保护作用[3]。③金属类。金属基材主要是铝箔。铝箔具有极低的氧气和水蒸气透过率，能有效阻挡光线、气味和微生物的侵入，是一种优良的阻隔材料。但金属材料成本较高且质地较硬，通常与其他材料复合使用。

2.2 复合方式

基于复合材料的食品包装的复合方式主要有以下3种。①涂布复合。将一种或多种聚合物溶液或乳液涂布在另一种基材表面，经干燥等处理后形成复合层。在纸张表面涂布一层塑料薄膜，以提高其阻隔性能。②层压复合。将不同的基材通过黏合剂层压在一起形成复合材料，这种方法可实现多种材料的多层复合，精确控制各层的厚度和性能，如铝塑复合包装常采用层压复合工艺。③共挤出复合。利用两台或多台挤出机将不同的聚合物材料同时挤出并复合在一起。该工艺生产效率高，各层材料之间结合紧密，可用于生产多层塑料复合薄膜等[4]。

3 基于复合材料的食品包装的关键性能分析

3.1 阻隔性

阻隔性是基于复合材料的食品包装的关键性能之一。由聚乙烯、铝箔和聚对苯二甲酸乙二酯复合而成的包装材料，聚乙烯层可防潮，铝箔能有效阻隔氧气和光线，聚对苯二甲酸乙二酯可提供良好的机械强度和稳定性。这种组合使包装具备卓越的阻隔性能，让食品长时间保持酥脆口感。例如，在包装薯片等膨化食品时，高阻隔性的复合材料可防止氧气进入，避免油脂氧化酸败，延长食品保质期。

3.2 机械性能

良好的机械性能可以确保食品包装在储存、运输和销售过程中承受一定压力、拉力和摩擦力。例如，用于包装肉类的复合材料，外层采用高强度的聚丙烯，赋予包装良好的抗穿刺性和韧性，防止在搬运过程中被尖锐物体划破；内层使用柔软且具有良好热封性能的聚乙烯，便于包装封口。这样的复合材料可承受一定的挤压和揉搓，保护食品的完整性，减少因包装破损导致的食品损耗。

3.3 耐温性

食品包装在加工、储存和使用过程中常面临不同的温度环境，因此耐温性是其关键性能之一。例如，用于微波加热食品的包装，需要在高温下保持形状稳定，不释放有害物质。含有聚碳酸酯成分的复合材料具有较高的耐热性，可在一定高温范围内保持包装结构完整，满足微波加热食品包装的需求。在冷藏食品包装方面，复合材料要在低温下保持柔韧性，防止脆裂。由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物与其他材料复合而成的包装，在低温环境下能保持良好的柔韧性，确保包装在冷藏条件下的可靠性。

3.4 卫生安全性

卫生安全性是食品包装的基本要求。复合材料需确保在与食品接触过程中，不会迁移有害物质到食品中。例如，采用无毒无害的树脂原料，并通过优化复合工艺，减少胶黏剂等助剂的使用量或选择安全性高的助剂，保证包装在长期与食品接触时不会因化学物质迁移影响食品质量和人体健康，为消费者提供安全可靠的食品包装。

4 基于复合材料的食品包装结构性能优化策略

4.1 合理选择基材

合理选择基材是优化基于复合材料的食品包装结构性能的基础。不同的食品具有不同的特性与包装要求，因此需要根据食品的种类、保质期、储存条件等因素选择合适的基材。对于需长期保鲜且对氧气极为敏感的食品，如高端肉制品或橄榄油，可选用乙烯-乙烯醇共聚物作为基材之一。乙烯-乙烯醇共聚物具有卓越的氧气阻隔性能，能有效延缓食品的氧化变质。而对于一些质地较脆、易受挤压损坏的食品，如薯片、饼干等，则可优先考虑将具有良好柔韧性与缓冲性能的聚乙烯或聚丙烯作为基材，它们能在运输与储存过程中为食品提供保护，减少外力冲击导致的破碎风险。

4.2 优化复合方式

优化复合方式是提升基于复合材料的食品包装结构性能的关键举措[5]。传统复合方式可能存在层间结合力不足的问题，影响包装的整体性能。采用先进的共挤出复合技术，能使不同材料在高温高压下充分融合，形成紧密且均匀的复合结构。例如，在包装果汁类产品时，将具有良好阻隔性的材料与耐水性材料共挤出复合，可显著增强包装对液体的阻隔能力和抗渗透性能。此外，胶黏剂复合方式也需优化。选用高性能、食品级的环保胶黏剂，并精确控制涂胶量和复合压力，确保各层材料牢固结合，同时避免胶黏剂迁移影响食品安全性。例如，采用热熔胶复合技术，在保证复合强度的同时减少溶剂残留，提升包装的卫生安全性[6-9]。

4.3 精确控制各层厚度

精确控制各层厚度是优化基于复合材料的食品包装结构性能的重要措施。各层材料的厚度直接影响包装的整体性能与成本。以阻隔层为例，若阻隔材料厚度不足，如铝箔过薄，可能无法达到预期的氧气或水蒸气阻隔效果，导致食品保质期缩短；反之，若厚度过大，则会增加成本且可能影响包装的柔韧性与加工性能[10]。对于增强层，如玻璃纤维增强塑料中的玻璃纤维层，厚度适当增加可提高包装的机械强度，但过厚会使材料变脆，降低包装的抗冲击性能。因此，需要借助先进的生产工艺与精密的检测设备，如在线厚度监测仪，实时监控与调整各层厚度。根据食品包装的具体需求，通过大量实验与模拟计算，确定各层材料的最佳厚度比例，在保证包装性能的前提下，实现成本的有效控制与资源的合理利用[11]。

4.4 结构设计优化

结构设计优化是提升基于复合材料的食品包装结构性能的核心策略之一。可采用多层结构设计，如外层采用具有良好印刷性与耐磨性的材料，便于产品标识与包装外观保护；中层为高阻隔层，防止氧气、水蒸气等的渗透；内层选用与食品相容性好且符合卫生标准的材料，确保食品的质量安全。

5 结语

基于复合材料的食品包装具有多种优异的结构性能，通过合理选择基材、优化复合方式以及精确控制各层厚度等，可提升基于复合材料的食品包装的阻隔性能、机械性能、热性能和化学稳定性等。随着食品包装行业的不断发展，对基于复合材料的食品包装的性能要求将越来越高，深入研究其结构性能，有助于开发出更符合市场需求的高性能、环保、智能的食品包装材料，推动食品包装技术的进步，保障食品的质量与安全，促进食品工业可持续发展。在未来的研究与应用中，应进一步探索新型复合材料的开发、复合工艺的改进以及性能评价体系的完善等，以充分发挥复合材料在食品包装领域的巨大应用价值。

参考文献

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作者简介：王宗华（1991—），女，山东青岛人，本科，工程师。研究方向为食品包装。