基于食品包裝產(chǎn)品的高分子材料成分快速鑒別方法研究

【摘要】高分子材料是食品包裝產(chǎn)品中的重要材料類型。在開展食品包裝各項(xiàng)理化安全檢測(cè)之前，高分子材料成分的快速鑒別研究是重要驗(yàn)證和把關(guān)基礎(chǔ)，本文以相關(guān)高分子材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征、理化性能為依據(jù)，分別從紅外光譜技術(shù)、觀察法、燃燒試驗(yàn)、溶解試驗(yàn)等方面開展了快速鑒別研究，方法科學(xué)快捷可靠。

【關(guān)鍵詞】食品包裝；高分子材料；成分；快速鑒別

在食品包裝及接觸材料中，高分子類材質(zhì)占比非常多。在日常實(shí)際檢驗(yàn)監(jiān)管中，不同高分子材料對(duì)應(yīng)不同的理化檢測(cè)安全限量指標(biāo)，在抽樣和監(jiān)督檢查工作中，核實(shí)并快速鑒別材料類別，對(duì)于做到精準(zhǔn)檢測(cè)、做好執(zhí)法把關(guān)工作意義重大。高分子材料種類繁多，從常用的通用塑料到工程塑料、橡膠、纖維樹脂等，每種材料都有各自獨(dú)特的化學(xué)構(gòu)成、微觀結(jié)構(gòu)，也具有不同的理化性能。本部分圍繞部分特定的幾類常見高分子材料，重點(diǎn)研究并總結(jié)其快速鑒別方法。

1.紅外光譜技術(shù)在快速鑒別中的應(yīng)用研究

本部分采用傅立葉紅外光譜法對(duì)相關(guān)的食品包裝材料進(jìn)行快速鑒別。將一束不同波長(zhǎng)的紅外射線照射到物質(zhì)的分子上，某些特定波長(zhǎng)的紅外射線被吸收，形成這一分子的紅外吸收光譜。每種分子都有由其組成和結(jié)構(gòu)決定的獨(dú)有的紅外吸收光譜，據(jù)此可以對(duì)分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和鑒定。紅外吸收光譜是由分子不停地作振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，分子振動(dòng)是指分子中各原子在平衡位置附近作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，多原子分子可組成多種振動(dòng)圖形。

按量子力學(xué)的觀點(diǎn)，當(dāng)分子吸收紅外光譜發(fā)生躍遷時(shí)，要滿足一定的要求，即振動(dòng)能級(jí)是量子化的，可能存在的能級(jí)滿足下式：

E 振 =（V+1/2）hn

n ：化學(xué)鍵的 振動(dòng)頻率； V ：振動(dòng)量子數(shù)。

任意兩個(gè)相鄰的能級(jí)間的能量差為：（用波數(shù)表示）

其中：K為化學(xué)鍵的力常數(shù)，與鍵能和鍵長(zhǎng)有關(guān)；m為雙原子的折合質(zhì)量。

發(fā)生振動(dòng)能級(jí)躍遷需要能量的大小取決于鍵兩端原子的折合質(zhì)量和鍵的力常數(shù)，即取決于分子的結(jié)構(gòu)特征。紅外光譜分析可用于研究分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，也可以作為表征和鑒別化學(xué)物種的方法，紅外光譜具有高度特征性。

1.1 試驗(yàn)處理及準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)儀器：傅立葉紅外光譜儀Varain 670IR

對(duì)食品包裝材料表面進(jìn)行溶脹處理，其目的是盡可能地去除食品包裝材料里的添加的其它的成分，其方法是選擇合適的有機(jī)溶劑對(duì)樣品進(jìn)行浸泡或回流處理，使樣品溶脹。將樣品表面溶脹的部分刮下，去除溶劑，粉碎后，按紅外測(cè)定的溴化鉀壓片法制樣，上機(jī)分析，適當(dāng)扣背景，并與標(biāo)準(zhǔn)紅外譜進(jìn)行比對(duì)分析。

1.2 聚丙烯材料紅外光譜檢測(cè)

從紅外譜圖1分析可以看出：2900-2850cm-1是甲基和亞甲基伸縮振動(dòng)的吸收峰；1702cm-1是測(cè)試方法引入的C=O的伸縮振動(dòng)的吸收峰；1469cm-1-1431cm-1是CH2、CH3面內(nèi)彎曲和面內(nèi)彎曲反對(duì)稱的吸收峰；1378cm-1是CH3面內(nèi)彎曲對(duì)稱振動(dòng)吸收峰；經(jīng)比對(duì)表譜，和聚丙烯的相似度較高。產(chǎn)品的主成分聚丙烯樹脂。

1.3 聚苯乙烯樣品材料的紅外光譜

從紅外譜圖2分析可以看出：3081cm-1、3060cm-1、3025cm-1是芳環(huán)骨架振動(dòng)的吸收峰；2923-2850cm-1是甲基和亞甲基伸縮振動(dòng)的吸收峰；1943、1871、1799cm-1是芳環(huán)骨架泛頻的吸收峰；1703cm-1是測(cè)試方法引入的C=O的伸縮振動(dòng)的吸收峰；1658cm-1、1544cm-1、1451cm-1是芳環(huán)骨架振動(dòng)的吸收峰；1373cm-1是芳環(huán)的面外彎曲振動(dòng)吸收峰，722cm-1芳環(huán)-CH-面外彎曲振動(dòng)吸收峰。經(jīng)比對(duì)表譜，和聚苯乙烯樹脂的相似度較高。產(chǎn)品的主成分聚苯乙烯材質(zhì)。

由于食品包裝材料的多樣性及構(gòu)成食品包裝材料的材料復(fù)雜，使得采用傅立葉紅外光譜法對(duì)相關(guān)的食品包裝材料進(jìn)行快速鑒別時(shí)，進(jìn)行前處理時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)。但是當(dāng)選擇合適的試劑后，試驗(yàn)證明，分析結(jié)果比較理想，快速鑒別應(yīng)用技術(shù)科學(xué)可靠。

2.基于理化性能差異的快速驗(yàn)證鑒別方法

2.1 觀察法

各種聚合物都具有各自的外觀性狀特征，可以依據(jù)這些特征對(duì)聚合物進(jìn)行初步的鑒別。塑料薄膜主要有PE、PP、PVC和PET（聚酯），粘膠纖維和醋酸纖維膜等六種。它們各自的特點(diǎn)如下：PET薄膜：其特點(diǎn)是較硬，拿在手中快速晃動(dòng)能發(fā)出嘩嘩的響聲，受力折疊以后易留下折疊痕跡。PVC薄膜：按照食品安全法規(guī)定：普通懸浮聚合聚氯乙烯由于單體殘留較高而不允許作為食品包裝。不過允許單體含量較低的本體聚合聚氯乙烯用物食品包裝。仔細(xì)比較可以發(fā)現(xiàn)：聚氯乙烯薄膜比聚乙烯薄膜稍硬，但是最準(zhǔn)確的鑒別還是燃燒法。PP和PE薄膜：目前主要是以高壓聚乙烯（即低密度聚乙烯）制作的食品包裝膜。聚丙烯薄膜由于其結(jié)晶度較高而表現(xiàn)明顯的各向異性。粘膠纖維膜和醋酸纖維膜（俗稱玻璃紙）：前者是天然纖維素經(jīng)堿化以后再與二硫化碳反應(yīng)生成水溶性的纖維素黃原酸鹽，最后在硫酸浴中通過狹縫成膜；后者是纖維素經(jīng)乙酰化以后采用溶液法成膜。粘膠纖維膜是一類最傳統(tǒng)、最安全的糖果包裝透明薄膜。它的特點(diǎn)是沒有PE膜那么柔軟，與聚酯薄膜相比較粘膠纖維薄膜在不怎么受力的情況下也很容易起皺紋，整理過程中同樣能發(fā)出聲音。燃燒試驗(yàn)?zāi)軌蚵劦脚c燃燒棉纖維類似的氣味。

2.2 燃燒試驗(yàn)法

不同種類聚合物具有不同的燃燒特征和氣味，依據(jù)此特征可以有效鑒別聚合物，下面列表予以比較。

2.3 溶解試驗(yàn)法

各種聚合物的溶劑和溶解特性各不相同，可根據(jù)它們?cè)诔Ｒ娙軇┲械娜芙獗憩F(xiàn)作出初步鑒別，現(xiàn)列表比較。

3.結(jié)論

研究表明，對(duì)于食品包裝產(chǎn)品的高分子材料，運(yùn)用紅外光譜技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，從而有效的可以對(duì)成分加以快速鑒別，同時(shí)，結(jié)合材料的理化性能特性，運(yùn)用觀察法、燃燒法、溶解試驗(yàn)法，均是快速鑒別技術(shù)方法的有效佐證，快速方法的建立對(duì)于進(jìn)一步有效的做好高分子類食品包裝檢測(cè)把關(guān)工作具有實(shí)際指導(dǎo)意義。