基于食品包装产品的高分子材料成分快速鉴别方法研究

【摘要】高分子材料是食品包装产品中的重要材料类型。在开展食品包装各项理化安全检测之前，高分子材料成分的快速鉴别研究是重要验证和把关基础，本文以相关高分子材料的化学结构特征、理化性能为依据，分别从红外光谱技术、观察法、燃烧试验、溶解试验等方面开展了快速鉴别研究，方法科学快捷可靠。

【关键词】食品包装；高分子材料；成分；快速鉴别

在食品包装及接触材料中，高分子类材质占比非常多。在日常实际检验监管中，不同高分子材料对应不同的理化检测安全限量指标，在抽样和监督检查工作中，核实并快速鉴别材料类别，对于做到精准检测、做好执法把关工作意义重大。高分子材料种类繁多，从常用的通用塑料到工程塑料、橡胶、纤维树脂等，每种材料都有各自独特的化学构成、微观结构，也具有不同的理化性能。本部分围绕部分特定的几类常见高分子材料，重点研究并总结其快速鉴别方法。

1.红外光谱技术在快速鉴别中的应用研究

本部分采用傅立叶红外光谱法对相关的食品包装材料进行快速鉴别。将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定。红外吸收光谱是由分子不停地作振动和转动运动而产生的，分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动，多原子分子可组成多种振动图形。

按量子力学的观点，当分子吸收红外光谱发生跃迁时，要满足一定的要求，即振动能级是量子化的，可能存在的能级满足下式：

E 振 =（V+1/2）hn

n ：化学键的 振动频率； V ：振动量子数。

任意两个相邻的能级间的能量差为：（用波数表示）

其中：K为化学键的力常数，与键能和键长有关；m为双原子的折合质量。

发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。红外光谱分析可用于研究分子的结构和化学键，也可以作为表征和鉴别化学物种的方法，红外光谱具有高度特征性。

1.1 试验处理及准备

实验仪器：傅立叶红外光谱仪Varain 670IR

对食品包装材料表面进行溶胀处理，其目的是尽可能地去除食品包装材料里的添加的其它的成分，其方法是选择合适的有机溶剂对样品进行浸泡或回流处理，使样品溶胀。将样品表面溶胀的部分刮下，去除溶剂，粉碎后，按红外测定的溴化钾压片法制样，上机分析，适当扣背景，并与标准红外谱进行比对分析。

1.2 聚丙烯材料红外光谱检测

从红外谱图1分析可以看出：2900-2850cm-1是甲基和亚甲基伸缩振动的吸收峰；1702cm-1是测试方法引入的C=O的伸缩振动的吸收峰；1469cm-1-1431cm-1是CH2、CH3面内弯曲和面内弯曲反对称的吸收峰；1378cm-1是CH3面内弯曲对称振动吸收峰；经比对表谱，和聚丙烯的相似度较高。产品的主成分聚丙烯树脂。

1.3 聚苯乙烯样品材料的红外光谱

从红外谱图2分析可以看出：3081cm-1、3060cm-1、3025cm-1是芳环骨架振动的吸收峰；2923-2850cm-1是甲基和亚甲基伸缩振动的吸收峰；1943、1871、1799cm-1是芳环骨架泛频的吸收峰；1703cm-1是测试方法引入的C=O的伸缩振动的吸收峰；1658cm-1、1544cm-1、1451cm-1是芳环骨架振动的吸收峰；1373cm-1是芳环的面外弯曲振动吸收峰，722cm-1芳环-CH-面外弯曲振动吸收峰。经比对表谱，和聚苯乙烯树脂的相似度较高。产品的主成分聚苯乙烯材质。

由于食品包装材料的多样性及构成食品包装材料的材料复杂，使得采用傅立叶红外光谱法对相关的食品包装材料进行快速鉴别时，进行前处理时时间较长。但是当选择合适的试剂后，试验证明，分析结果比较理想，快速鉴别应用技术科学可靠。

2.基于理化性能差异的快速验证鉴别方法

2.1 观察法

各种聚合物都具有各自的外观性状特征，可以依据这些特征对聚合物进行初步的鉴别。塑料薄膜主要有PE、PP、PVC和PET（聚酯），粘胶纤维和醋酸纤维膜等六种。它们各自的特点如下：PET薄膜：其特点是较硬，拿在手中快速晃动能发出哗哗的响声，受力折叠以后易留下折叠痕迹。PVC薄膜：按照食品安全法规定：普通悬浮聚合聚氯乙烯由于单体残留较高而不允许作为食品包装。不过允许单体含量较低的本体聚合聚氯乙烯用物食品包装。仔细比较可以发现：聚氯乙烯薄膜比聚乙烯薄膜稍硬，但是最准确的鉴别还是燃烧法。PP和PE薄膜：目前主要是以高压聚乙烯（即低密度聚乙烯）制作的食品包装膜。聚丙烯薄膜由于其结晶度较高而表现明显的各向异性。粘胶纤维膜和醋酸纤维膜（俗称玻璃纸）：前者是天然纤维素经碱化以后再与二硫化碳反应生成水溶性的纤维素黄原酸盐，最后在硫酸浴中通过狭缝成膜；后者是纤维素经乙酰化以后采用溶液法成膜。粘胶纤维膜是一类最传统、最安全的糖果包装透明薄膜。它的特点是没有PE膜那么柔软，与聚酯薄膜相比较粘胶纤维薄膜在不怎么受力的情况下也很容易起皱纹，整理过程中同样能发出声音。燃烧试验能够闻到与燃烧棉纤维类似的气味。

2.2 燃烧试验法

不同种类聚合物具有不同的燃烧特征和气味，依据此特征可以有效鉴别聚合物，下面列表予以比较。

2.3 溶解试验法

各种聚合物的溶剂和溶解特性各不相同，可根据它们在常见溶剂中的溶解表现作出初步鉴别，现列表比较。

3.结论

研究表明，对于食品包装产品的高分子材料，运用红外光谱技术进行结构表征，从而有效的可以对成分加以快速鉴别，同时，结合材料的理化性能特性，运用观察法、燃烧法、溶解试验法，均是快速鉴别技术方法的有效佐证，快速方法的建立对于进一步有效的做好高分子类食品包装检测把关工作具有实际指导意义。