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纸塑复合包装材料UV墨光引发剂迁移试验与理论研究

黄秀玲  
【摘要】: 紫外光(Ultraviolet,简称UV)固化墨以其本身的优异特性被广泛用于食品包装印刷,虽然它不存在溶剂挥发问题,但是所用的低分子量光引发剂具有一定毒性,对皮肤有一定的刺激性,而且容易挥发和迁移,给被包装食品带来难闻气味,甚至毒性,对人体健康是一种威胁。 论文就纸塑复合包装材料纸中助剂及光引发剂的检测技术、光引发剂迁移试验及理论迁移预测模型的建立进行了系统性的研究,主要内容包括以下几个方面: 1. GC-FID(gas chromatography-flame ionization detection气相色谱-氢火焰离子化检测器)检测方法的确立 研究确定UV墨中光引发剂α-羟基环己基苯基甲酮(184)和2,2-二甲氧基-苯基甲酮(651)标准品GC-FID检测条件; 研究确定纸塑复合包装材料纸中助剂、光引发剂184和651的GC-FID检测条件:HP-5毛细管柱,检测器温度250℃,进样口温度250℃,不分流进样,进样量1μL,载气为氮气,升温程序:初始温度100℃,以5℃/min升至200℃,保持2min,再以35℃/min升至300℃,保持5min。 2. UV墨光引发剂稳定性试验研究 试验研究了20℃、40℃和60℃温度条件下184和651在10%、95%乙醇水溶液和异辛烷中的避光稳定性,同时考察了光稳定剂对羟基苯甲醚(HQMME)的加入在避光条件下对稳定性的影响。结果表明,避光条件下,光稳定剂对184和651的稳定性影响不显著;除60℃温度条件下651在10%乙醇水溶液中存在不稳定外,其它条件下184和651都是稳定的;利用GC-MS对651的分解产物进行了定性分析。 3.纸塑复合包装材料纸中光引发剂的迁移试验研究 试验研究了20℃、40℃和60℃温度条件下,纸塑复合材料4015、6515中184和651向10%、95%乙醇和异辛烷的迁移;材料4025中184和651向10%乙醇和异辛烷的迁移;材料3312中184和651向95%乙醇和异辛烷的迁移。结果表明,同一污染物向同一食品模拟物的迁移受温度影响显著;在同样的试验条件下分子量大的651的迁移速率低于分子量小的184的迁移速率;同一污染物在同一试验温度下向异辛烷中的迁移速度最快,向10%乙醇水溶液中的迁移速度最慢;随着低密度聚乙烯(low density polyethylene,LDPE)淋膜量的加大,迁移量明显减少;聚丙烯(polypropylene, PP)的阻隔特性优于LDPE的阻隔特性;同种试验条件下,松厚度大的纸中污染物的迁移速度相对较快;迁移量随污染物初始浓度的增大明显增大。文中还从“微观”角度分析了温度、污染物分子结构、食品模拟物的溶胀、淋膜层厚度、淋膜层种类和纸张性质对迁移的影响。 4.迁移预测模型的建立 建立了无限厚纸层迁移预测模型和有限厚纸层迁移预测模型,模型分别将纸的厚度作为无限厚(相对于塑料涂层厚度)和有限厚进行考虑,包装食品体系作为有限包装-无限食品进行研究。模型引入新的参量纸和塑料界面处的分配系数kCP、考虑了污染物在纸和塑料涂层中不同的扩散系数DP、DC,最终给出扩散方程、初始条件和边界条件,用拉普拉斯和反拉普拉斯变换对方程求一系列解析解,并分析了各参量kCP、DP、DC和纸中污染物初始浓度CP0等对迁移行为的影响。 5.有限厚纸层迁移预测模型通用性及与实验值的对比分析 讨论了有限厚纸层迁移预测模型简化后作为双层复合塑料和单层塑料中污染物向食品中迁移的预测模型通用性。简化的双层塑料预测模型表达式最终与著名的Laoubi-Vergnaud模型一致,简化的单层塑料预测模型最终为著名的Crank迁移扩散表达式。 根据试验测定的纸塑界面处分配系数及结合其它参数,将不同纸塑复合包装材料中污染物184和651向不同食品模拟物的迁移实验值与有限厚纸层迁移模型预测值进行了对比,得出结论:当预测模型中采用的污染物在塑料涂层中的扩散系数为高估扩散系数时,预测模型能最大限度的保证包装的使用安全性。另外,得出结论:无限厚纸层迁移预测模型不适合纸厚度较薄的纸塑复合包装材料中污染物向食品(或食品模拟物)中迁移量的预测。


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