劉志剛等3種聚烯烴抗氧劑遷移的試驗(yàn)分析及數(shù)值模擬包裝科學(xué)與工程3種聚烯烴抗氧劑遷移的試驗(yàn)分析及數(shù)值模擬劉志剛,胡長鷹2,王志偉1.江南大學(xué),無錫2141222.暨南大學(xué),廣州510632∷3.暨南大學(xué)包裝工程研究所,珠海519070)摘要∶聚烯烴是食品包裝廣泛應(yīng)用的一類塑材抗氧劑又是聚烯烴塑材最常使用的一類添加劑因此抗氧劑向食品的遷移是影響食品安全的重要因素。借助HLC分析伩器試驗(yàn)研究了不同溫度條件下3種抗氧劑BHT、 Irganox1076及 Irgafos 168向100%乙醇的遷移并對(duì)實(shí)驗(yàn)值與數(shù)值模擬結(jié)果作了對(duì)比分析。關(guān)鍵詞:遷移;抗氧劑;數(shù)值模擬;塑料包裝;食品安全中圖分類號(hào):TQ325.1;TQ050.425文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼∶A文章編號(hào):1001-356320071-0001-03Experimental Analysis and Numerical Simulation on Migrationof Three antioxidants in polyolefinsLIU Zhi-gang, HU Chang-yng", WANG Zhi-wei(I. Southern Yangtze University Wuxi 214122, China 2, Jinan University Guangzhou 510632, China3. Jinan University, Zhuhai 519070, ChinaAbstract: Polyolefins are widely used in food packaging industry in which antioxidants are usually appliedHPLC we studied the migration of three antioxidants, BHT, Irganox 1076 and Irgafos 168 into 100% ethanol un-der different temperatures, And comparison is made between experimental and numerical resultsKey words: migration antioxidants numerical simulation plastic packaging food safety聚烯烴塑材〔聚乙烯和聚丙烯)是最重要的包裝材料之廣泛應(yīng)用于食品和藥品包裝領(lǐng)域。為了改善聚烯烴材料的1實(shí)驗(yàn)材料及儀器設(shè)備加工性能和提高制品的使用性能等通常會(huì)使用一些添加劑其中常用的一類添加劑是抗氧劑?？寡鮿┑淖饔迷谟谒芟?.1原材料除老化反應(yīng)中生成的過氧化游離基、還原烷氧基游離基等隊(duì)從塑料母料為 LLDPE線性低密度聚乙烯)和HDP(低壓而使氧化的連鎖反應(yīng)終止達(dá)到防止高聚物氧化老化的目的。高密度聚乙烯)3種抗氧劑為BH、 Irganox1076和 Irgafos常見的抗氧劑有取代酚類、芳香族胺類、亞磷酸酯類、含硫酯類168見表l。等幾種。1.2薄膜制作鑒于包裝材料對(duì)食品安全的重要影響近40年來美國食分3次制作薄膜1種薄膜內(nèi)只含1種抗氧劑)其一在華品與藥品管理局( Food and Drug Administration FDA廂和歐盟委南理工大學(xué)聚合物成型加工工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室制作BHT員會(huì) Commission of European Union ,EC)等開展了大量包裝材與 LLDPE粉料高混并造粒烘干后將含BHT的 LLDPE10%料化學(xué)物包括塑料添加劑、單體、低聚體等〕的遷移理論與實(shí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)后同)粒料和HDP%%)粒料混勻然后制成厚度驗(yàn)研究1而國內(nèi)相關(guān)的研究尚屬少見。本文試驗(yàn)研究了不為40μm的薄膜BH實(shí)際含量為0.95%湯外2次在廣州飛同溫度條件下3類抗氧劑BHT、 Irganox1076及 Irgafos168向達(dá)塑料包裝有限公司定制塑料母料為HDPE添加劑分別為00%乙釀高脂肪、油性食品模擬物2)的遷移基于有限差 Irganox1076和 Irgafos168,薄膜內(nèi)實(shí)際含量分別為1.05%和分方法借助 MATLAB科學(xué)軟件對(duì)這一過程進(jìn)行了數(shù)值模擬并1.1%厚度為50μm。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果作了對(duì)比分析中國煤化工收稿日期:200612-19CNMHG基金項(xiàng)目:珠海市科技計(jì)劃項(xiàng)目資跏PB20051013)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究課題基金資助KFO6O402)作者簡介:劉志剛1978-),男無錫人,江南大學(xué)博士研究生,主攻食品與藥品包裝。通訊作者:王志偉男教授博土生導(dǎo)師。包裝工程 PACKAGING ENGINEERING Vol.28No.12007.0l表1塑料原料及抗氧劑信息Tab 1 Information of plastic materials and antioxidants inuse類別項(xiàng)目LLDPE 7042HDPE 9001BHIrganox 1076化學(xué)名線性低密度聚乙烯低壓高密度聚乙烯26二叔丁基對(duì)甲酚以35-二叔丁基-4-羥(24-二叔丁基苯基)基苯基)丙酸十八碳醇酯亞磷酸三酯化學(xué)式C1s H24OCa H6303F分子量無熔指2g/10min,熔指0.05g/10min熔點(diǎn)69-70℃熔點(diǎn)49℃-54℃熔點(diǎn)183-186℃,本特性密度0.918gcm3密度0.95g/cm密度1.048g密度:.02g/o密度1.03g/cm3臺(tái)灣云林縣德國拜取薄膜內(nèi))瑞土汽巴薄膜內(nèi)瑞士汽凹薄膜內(nèi))產(chǎn)品來源廣州石化臺(tái)塑工業(yè)園瑞士 Fluka色譜標(biāo)樣) Sigma- Aldrich(色譜標(biāo)樣) Sigma- Aldrich(色譜標(biāo)樣)3試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)條件主要試驗(yàn)設(shè)備包括髙硼硅酸玻璃制遷移試驗(yàn)單元最大容量50mLυRK204A型溥膜測(cè)厚儀濟(jì)南德瑞克儀器有限公(a0)=(C,-C,),x=b(3)司)AI204型電子天平(梅特勒-托利多儀器上海公司)式中為為傳質(zhì)系數(shù)cm/s),C,為t時(shí)刻溥膜與食品接HSG-H16型電熱恒溫水浴鍋(上海儀表集團(tuán)供銷公司);KH觸面上化學(xué)物濃度mgcm3)k為分配系數(shù)無量綱)等于4FAS型電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱上海訊能電熱設(shè)備有限公司平衡時(shí)化學(xué)物在包裝材料和食品內(nèi)的濃度比值,C為t時(shí)刻1.4色譜儀器及分析條食品內(nèi)化學(xué)物濃度mg/cm3色譜儀器島津2010α(暨南大學(xué)醫(yī)藥生物技術(shù)研發(fā)中心)+UV紫外檢測(cè)器;色譜柱: Hypersil ODS2C18-4.6mmx2.3差分格式建立對(duì)薄膜在厚度方向劃分網(wǎng)格將L等分為m份同時(shí)將遷150mmid5μn(大連依利特產(chǎn)品移時(shí)間T等分為n份采用 Crank- Nicolson有限差分格式求解分析條件流動(dòng)相均色譜級(jí))對(duì)于BT為88%(體積分?jǐn)?shù)后同)醇+12%水對(duì)于 Irganox07和go68為9%乙醇+式1)得10%水流量為lml/min柱溫為25℃進(jìn)樣量為10m(自動(dòng)進(jìn)2C#+(1+)-2C#=2C:+(1-)x+樣)波長為278m保留時(shí)間分別為52、10.9和9.3min。1≤j≤m-1,0≤k≤n-1(4)2數(shù)值模擬式中為為空間步長;時(shí)間步長無量綱數(shù)r=Dpr/h2C為k時(shí)刻薄膜內(nèi)h處的化學(xué)物濃度(mg/cm3)2.1擴(kuò)散模型當(dāng)時(shí)間步k取0時(shí)式4)右邊可引入初始條件。相比邊實(shí)驗(yàn)表明包裝材料化學(xué)物的遷移過程符合Fick擴(kuò)散定界條件要復(fù)雜得多可通過 Taylor展開進(jìn)行處理律3-以。王志偉等介紹了幾類常用的解析模型,劉志剛當(dāng)空間步j(luò)取1時(shí)由左邊界條件得等山]基于無量綱方法對(duì)其作了更深入的分析認(rèn)為解析模型=(C+C1)/2(5)存在諸多不足。因此當(dāng)要求反映真實(shí)食品-包裝接觸條件下當(dāng)j取m時(shí)由右邊界條件得的遷移時(shí)必須應(yīng)用數(shù)值方法。對(duì)于薄膜,般認(rèn)為遷移僅發(fā)生Cm=(2h,hKpr Cpo Vp-(ohmhKpF+hh Kpr )Ch在厚度方向上可用一維常系數(shù)二階偏微分方程式(1)進(jìn)行描(hha cmh Kpr )C+I-hmh'Kpp Ch(2DV+2Vphmh+hmh-Kpp)式中功為擴(kuò)散系數(shù)cm2/s)式中為薄膜體積(cm3);為食品(模擬物)體積2.2定解條件考慮初始化學(xué)物時(shí)刻均布于包裝材料有初始條件中國煤化工x)=C0,0