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遷移的改進預測模型研究

發布日期:2012-02-08 15:30:54

紙板在食品工業中占據的份額越來越大,它們被大量用作食品包裝材料,尤其是快餐食品(如漢堡紙、匹薩盒)、一次性產品(如紙杯、紙盤)等。為了改善紙張的使用性能,加工過程中往往加入某些功能型助劑如熒光增白劑、消泡劑、殺蟲劑等,然而當其與食品接觸時,紙中的化學物質會透過塑料阻隔層向食品中遷移[1喝],對人體健康造成潛在危害。但這方面的遷移研究不如塑料材料那么廣泛,缺乏理論研究。帶有功能阻隔層的雙層和多層塑料食品包裝材料中化學物遷移預測模型研究已很深入,充氣袋然而這些遷移模型在進行預測時大多考慮的是同種塑料的復合,此類遷移預測模型不能用于評估紙塑復合包裝材料中化學物的遷移。

本文針對紙塑復合包裝材料中化學物的遷移,以真實的紙塑包裝一化學物一食品體系為基礎,彌補前期研究,所建立的遷移預測模型的不足,改進了前期所建模型不適用于紙厚度較薄的情況下化學物的遷移預測,重新建立了遷移預測模型,除了考慮化學物在不同包裝材料中具有不同的擴散系數及紙和塑料界面處的分配系數外,還考慮了紙的厚度為有限厚。另外,進一步討論了所建模型用于雙層同種塑料中化學物的遷移預測通用性。

假設條件模型基本條件是化學污染物從有限厚紙層通過塑料功能層進入食品,作為有限包裝無限食品進行考慮,可作如下假設:(1)初始時刻,化學物均勻分布于紙層,塑料層中的化學物濃度為零;(2)化學物經由包裝材料與食品接觸一側進入食品,另一側不發生傳質;(3)化學物在紙和塑料內的擴散系數D,和Dc為常數;(4)化學物在紙和塑料界面處的分配系數愚cP為常數;(5)食品理想混合,化學物在食品內的擴散系數很大,無濃度梯度,不考慮分配的影響,即認為食品體積無限大;(6)紙/塑一食品(模擬物)接觸面處對流傳質系數遠大于擴散系數,不考慮傳質阻力;(7)紙和塑料內的遷移過程都符合Fick擴散定律;(8)不考慮紙對污染物的吸附過程;(9)集裝箱充氣袋忽略邊界效應及包裝材料與食品間的相互作用。

擴散模型前期研究,朝工作中針對紙塑復合包裝材料中化學物的遷移建立的預測模型,考慮的紙厚度為無限厚,不適用于紙厚度較薄的情況下化學物的遷移預測,此處建立的模型以真實紙塑材料一化學物一食品體系為基礎,考慮了紙厚度為有限厚,仍考慮化學物在紙和蝮料中具有不同的擴散系數Dr和Dc,引入紙和蝮料界面處的分配系數志cP。紙塑復合材料有限厚紙中化學污染物通過功能阻隔層塑料向食品中的遷移模型系統見圖l,其中cP、Cc分別代表化學物在紙和塑料中的濃度。

雙層同種塑料遷移預測模型進行對比分析,此模型的假設條件與本文所建模型簡化后的假設條件相一致,具有可比性。下面對模型做簡要介紹,以便更好地理解和處理2.2節中的通用性研究。模型針對的包裝材料是指含化學物的再生層作為外層且化學物均勻分布,貨柜充氣袋不含任何化學污染物的塑料材料原生層即功能阻隔層作為內層,內層與食品相接觸,包裝模型如圖2。假設包裝材料由兩層相同聚合物組成,即化學物在兩層的擴散系數相同且理想接觸。

對比包裝材料內同一點少,符合實際遷移規律??傊?,圖3說明有限厚紙處污染物濃度隨量綱1時間;的變化趨勢,如層遷移預測模型與模型是一致圖3所示。的,有限厚紙層遷移預測模型可用于雙層塑料包裝圖代表包裝材料內不同位材料內化學污染物向食品中的遷移預測。置處濃度隨量鋼1時間;的變化趨勢,圖3圖3是建立在再生層與原生層厚度相等的前提,變化趨勢的合并圖,下,為了進一步證實有限厚紙層遷移預測模型可用由圖可知,雖然兩個方程受不于雙層塑料包裝材料內化學物向食品中遷移預測的同坐標建立的影響,導致最終表達式不能用同一方正確性,此處又選取了再生層厚度是原生層厚度2程表示,但包裝材料同一位置處的濃度變化趨勢完倍的情況進行研究。

 
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