塑料包裝的熱性能

大多數塑膠包裝聚合物和產品的性能，尤其是熱塑性，取決於生產、儲存、應用過程和分發過程中的溫度。塑膠包裝領域的主要熱性能不僅包括熔點、玻璃轉化、結晶溫度和分解溫度等基本熱性能，還包括實際熱性能，如熱膨脹率和熱變形溫度 (HDT)。這些性能通常由被稱為熱分析儀的精密儀器來測量，即差示掃描量熱儀 (DSC)、熱重分析儀 (TGA)、熱機械分析儀 (TMA) 和動態機械分析儀。本章將簡要討論基本熱性能和實際熱性能，並介紹在實際包裝領域中常用的各種測試方法。

塑膠聚合物的熔融過程，簡稱為 Tm，是一個與結晶相反的過程，但比低摩爾品質晶體的熔解過程更為複雜。從技術上講，在一定溫度範圍內從結晶或半結晶結構到固體非晶態結構的相變被稱為塑膠聚合物的熔解溫度。由於分子量 (MW) 分佈廣泛，及其化學和結構性能，相變並不是在單一溫度下發生的，而是在一個較寬的溫度範圍內發生的。在塑膠包裝聚合物中，只有半結晶或結晶體 (在現實世界中是不可行的) 的熱塑性可以有熔解溫度範圍。熱固性塑膠包裝材料受分解溫度而不是熔解溫度的影響。低於熔解溫度，熱塑性聚合物會進入另一個相變，這是一個非常普遍的特徵。

通常，從玻璃狀態到類似於橡膠狀態的相變被稱為玻璃轉化，它是半結晶和非晶態塑膠聚合物中非晶態區的可逆轉變。一般來說，聚酯具有較高的玻璃轉化溫度 (Tg) 和較高的脆性，由於其韌性和耐用性，它常被用於硬包裝。玻璃轉化溫度可以通過改變聚合物中的分支或交聯程度，或通過填料或增塑劑等添加劑而有所變化。

用於測試熱性能的方法為測量“能量吸收或釋放的變化”。在包裝界廣泛應用差示掃描量熱法 (DSC) 來測定塑膠包裝材料的各種基本熱性能。DSC 通常測量以下參數：

• 熔融溫度 (Tm)
• 熔解熱
• 溶解潛熱
• 反應能量和溫度
• 玻璃轉化溫度 (Tg)
• 晶體相變溫度和能量
• 沉澱能和溫度
• 生物聚合物包裝材料的變性溫度
• 誘導氧化次數
• 比熱或熱容

基於這些研究，我們可以測定一般熱穩定性、材料的反應動力學、聚合物固化的放熱能 (如環氧樹脂膠粘劑) 以及固化的程度和速率。除此之外，這種方法還可以用作識別未知材料的多種技術之一，也可以單獨用於確認正在測試的材料是否是預期的材料。

熱變形溫度 (HDT)

塑膠包裝產品的熱穩定性通常用 HDT 表示。通過對形態的改變，例如控制結晶區或半結晶區的數量、添加諸如玻璃纖維等增強材料或使用其他先進的穩定劑，可以提高塑膠製品的熱穩定性。最大熱穩定性可以通過研究聚合物在受控應力下變形的溫度來測量。