一次性纸杯相关微塑料污染物及其对人体健康的影响

Microplastics associated contaminants from disposable paper cups and their consequence on human health

纸杯主要用于饮用饮料。这些杯子内层涂有聚乙烯和共聚物制成的疏水薄膜。在与热水或饮料接触时,会释放出亚硝酸根、氯离子、氟离子和微塑料颗粒到水中。这些颗粒的沉积对人体健康有严重影响。因此,本研究的目的是评估微塑料颗粒在接触热水后的降解情况。方法:采用紫外-可见光谱、扫描电子显微镜、气相色谱-质谱联用、傅里叶变换红外光谱和电感耦合等离子体发射光谱等不同表征技术来识别微塑料颗粒。关于此类样品中微塑料含量的信息有限,但大多数分析方法都非常耗时。结果:样品制备和检测需要复杂的分析工具,最终需要用户具备高水平的知识。这项研究表明,微塑料可以在一次性杯子内层在与热水接触几分钟内渗入饮料中。 GCMS 报告显示,邻苯二甲酸盐化合物和化学物质暴露会影响内分泌系统,干扰激素功能。当接触热水时,塑料涂层开始分解,在热水中发现了如邻苯二甲酸二乙酯、丁基化羟基甲苯、苯并三唑、苯乙烯、氯乙烯等化合物。一些科学家表明,某些细菌酶可以水解和降解微塑料化合物。结论:本研究通过计算机模拟讨论了纸杯微塑料化合物与解毒酶相互作用的结合亲和力。然而,本研究建议选择由玻璃、钢铁等更安全材料制成的可重复使用杯。

由于微塑料相对于其他感兴趣物质的浓度较低,因此在环境中检测微塑料极其困难。迄今为止,只有少数论文发表过关于在真实环境样品中量化微塑料的研究。

由于目前尚未完全开发出用于采样、检测、定量和表征微颗粒和纳米颗粒(尤其是纳米级颗粒)的充分且标准化的分析工具,因此通过被认为的主要吸收途径——摄入和吸入——的人体暴露关键数据仍有待确定。所有这些相互矛盾的结果,可能由于所使用的微颗粒的差异。 然而,微塑料的准确分析方法是小塑料污染治理的关键和基础。基于这一点,近年来已开发出多种用于微塑料分析的技术。 根据获得的不同微塑料信息,我们将微塑料分析技术分为具有化学成分鉴定技术的物理表征技术。

此外,仅使用一种表征方法可能导致对微塑料的信息不完整。 并且使用单一技术容易受到假阳性或假阴性信号的干扰,降低分析的准确性。然而,微塑料具有成分复杂、粒径小、分布广泛和形状多样的特点。 此外,微塑料容易受到外部因素的影响。因此,很难将微塑料从实际环境中完全分离。

 

研究发现,常见的家用塑料与全球数千人死于心脏病有关

作者:

将食物储存在塑料容器中会使您接触到可能具有潜在危险的化学物质,这些化学物质可能会从塑料泄漏到食物中。

一项新的研究发现,在食品储存容器、洗发水、化妆品、香水和儿童玩具等消费品中发现的称为邻苯二甲酸酯的合成化学物质,可能导致 2018 年全球 55 至 64 岁男性和女性心脏病死亡人数的 10% 以上。

“邻苯二甲酸盐会导致冠状动脉的炎症和全身炎症,这会加速现有疾病并导致包括死亡在内的急性事件,”资深作者、纽约大学格罗斯曼医学院儿科和人口健康教授莱昂纳多·特拉桑德博士说。他还是纽约大学朗格尼分校环境儿科部和环境危害调查中心的主任,“众所周知,邻苯二甲酸盐会破坏睾丸激素,”特拉桑德说,并补充说,在男性中,“低睾丸激素是成人心血管疾病的预测指标。

在早期研究中,邻苯二甲酸盐与生殖问题有关,例如男婴的生殖器畸形和睾丸未降 ,以及成年男性的精子数量和睾丸激素水平较低。研究还将邻苯二甲酸酯与哮喘 、 儿童肥胖和癌症联系起来。

“这项新研究强调了接触 DEHP 可能带来的巨大健康和经济负担,这与对其风险的现有担忧相一致,”环境工作组的代理首席科学官大卫·安德鲁斯 (David Andrews) 说,该组织是一个监测塑料中邻苯二甲酸盐和其他化学物质暴露情况的消费者组织。他没有参与这项研究。

代表行业的美国化学理事会(American Chemistry Council)拒绝对这项研究发表评论,但通过电子邮件告诉 CNN,该组织的邻苯二甲酸酯含量高小组致力于推广 DINP 和 DIDP 等高邻苯二甲酸酯的好处。

邻苯二甲酸盐暴露和风险:邻苯二甲酸酯通常被称为“ 无处不在的化学品 ”,它们被添加到消费品中,例如 PVC 管道、乙烯基地板、防雨和防污产品、医用管材、花园软管和一些儿童玩具,以使塑料更柔韧,更难破裂。其他常见的接触来自食品包装、洗涤剂、服装、家具和汽车塑料中邻苯二甲酸盐的使用。 邻苯二甲酸盐还被添加到个人护理用品中,如洗发水、肥皂、发胶和化妆品,以使香水更持久。据美国疾病控制和预防中心称,当人们呼吸受污染的空气或食用或饮用与塑料接触的食物时,他们就会暴露在空气中。

周二发表在《eBiomedicine》杂志上的这项新研究研究了一种邻苯二甲酸酯—— 邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯 ,或 DEHP——对 200 个国家和地区的全球死亡人数的影响。Trasande 说,研究人员分析了数十项人口调查的健康和环境数据,其中包括含有 DEHP 留下的化学分解产物的尿液样本,已知 DEHP 与心血管疾病有关。

根据加州 65 号提案 ,邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯也与出生缺陷、癌症和男性生殖危害有关,该法案要求公司在产品上贴上警告标签,告知消费者化学品可能对健康产生影响。

研究人员将暴露情况与收集全球医学信息的美国研究机构健康指标与评估研究所(Institute for Health Metrics and Evaluation)收集的死亡统计数据进行了比较。

分析发现,2018 年全球 55 至 64 岁的男性和女性因暴露于 DEHP 导致 368,764 人死亡。研究发现,非洲占与 DEHP 相关的心脏病死亡人数的 30%,而东亚和中东占死亡率的 25%。

该研究的主要作者、纽约大学格罗斯曼医学院副研究科学家 Sara Hyman 说,这项研究被认为是对暴露于 DEHP 的任何健康结果的首次全球估计。

海曼在一份声明中说:“通过强调邻苯二甲酸酯与全球主要死亡原因之间的联系,我们的研究结果增加了大量证据,表明这些化学物质对人类健康构成巨大威胁。

然而,EWG 的 Andrews 说,这项研究的局限性在于美国使用风险比来估计其他国家的人口归因死亡人数。

“虽然作者承认这一局限性,但它假设 DEHP 暴露与心血管疾病之间的关系在全球范围内是一致的,”他在一封电子邮件中说。“鉴于各国在暴露水平和获得 CVD 检测和治疗的机会方面存在显着差异,这可能并不成立。”

Trasande 和他的团队之前的研究测量了美国 5,000 多名成年人的尿邻苯二甲酸盐浓度,并将这些水平与平均 10 年的早逝风险进行了比较。在那项研究中,研究人员发现邻苯二甲酸酯可能导致 55 至 64 岁的美国人每年约 91,000 至 107,000 人过早死亡 。 根据这项研究,邻苯二甲酸酯水平最高的人因任何原因死亡的风险更大,尤其是心血管死亡。即使在研究人员控制了先前存在的心脏病、糖尿病、癌症和其他常见病症、不良饮食习惯、身体活动和体重以及其他已知激素干扰物(如双酚 A 或 BPA)的水平之后,结果仍然成立。

研究人员估计,这些死亡每年可能会给美国造成约 400 亿至 470 亿美元的经济生产力损失。

专家建议将食物装在金属、陶瓷或玻璃容器中,切勿用微波炉加热塑料食物。要最大限度地减少您对邻苯二甲酸盐和其他内分泌干扰物的接触,“尽可能避免使用塑料。减少对超加工食品的使用可以降低您接触的化学品暴露水平,“Trasande 说。“切勿将塑料容器放入微波炉或洗碗机中,因为热量会分解衬里,使其更容易被吸收。”

以下是减少接触的其他提示:
1、使用无味的乳液和洗衣粉。
2、使用没有气味的清洁用品。
3、使用玻璃、不锈钢、陶瓷或木材来盛放和储存食物。
4、购买新鲜或冷冻的水果和蔬菜,而不是罐头和加工的水果和蔬菜。
5、鼓励经常洗手以去除手上的化学物质。
6、避免使用空气清新剂和所有标有 3 号、6 号和 7 号的塑料。

 

13项突破性的环保包装创新重塑行业

1、 黑蝇塑料(Black Fly Plastic)

2、 甘蔗衍生的聚乳酸(Sugarcane-Derived PLA)

3、植物基聚合物(Plant-Based Polymer)

4、木质素基聚合物(Lignin-Based Polymer)

5、可持续印刷蜡纸和羊皮纸(Sustainable Printed Wax & Parchment Paper)

6、可堆肥涂层纸质包装(Paper-Based Packaging with Compostable Coating)

7、无塑料阻隔涂层和可食用薄膜(Plastic-Free Barrier Coating & Edible Films)

8、ACTGreen阻隔涂层(ACTGreen Barrier Coatings)

9、CareTips 生物聚合物(CareTips Biopolymer)

10、CornNext-17生物聚合物(CornNext-17 Biopolymer)

11、金属化可堆肥薄膜 Metallized Compostable Films

12、回收食用油制成的薯片袋(Chip Bags from Recycled Cooking Oil)

三种氟测试方法团标将于24年6月20日起实施

近日,由IQTC联合知里科技(广东)有限公司提出的三项氟测试方法的团体标准已正式发布,并自2024年6月20日起实施。

这三项标准分别是:
• T/CNFIA 191—2024《食品接触用纸、纸板及纸制品中总氟含量的测定 在线燃烧-离子色谱法》
• T/CNFIA 190—2024《食品接触用纸、纸板及纸制品中总有机氟含量的测定 离子色谱法》
• T/CNFIA 189—2024《食品接触用纸、纸板及纸制品中可提取有机氟含量的测定 在线燃烧-离子色谱法》

制定这三项标准旨在有效控制食品接触用纸和纸制品中的全氟和多氟化合物(PFAS)含量,这些物质在食品包装中广泛使用,但也存在潜在的环境和健康风险。

目前食品接触材料中的氟含量并未有标准测试方法,因此IQTC及其合作伙伴知里科技(广东)有限公司共同提出了制定三项团体标准的立项申请。从2023年9月正式立项,到2024年3月标准正式发布,总共有23家单位参与了这三项标准的起草。

这三项标准,分别测试纸制品中的总氟、有机氟、可提取有机氟含量。总氟是指纸制品中所有形态的氟化合物总量(以氟计),它既包含有机态氟,也包含无机态氟。有机氟是指总氟扣除无机态氟后,剩下的有机态氟化合物含量(以氟计)。可提取有机氟是指在有机态氟化合物中,可被乙醇提取的那一部分氟化合物的含量(以氟计)。这三种不同方式下测得的氟含量将对应纸制品中以不同形态存在的氟,也将对应不同的控制要求。三项标准采用的测试方法均为离子色谱法。

使用显微拉曼光谱技术识别塑料杯中释放的微塑料并确定其特性

IQTC和暨南大学科研团队就淋膜纸杯中微粒塑料的迁移、鉴别及产生机理进行了研究,相关成果以“Identification and characterisation of microplastics released from plastic-coated paper cups using micro-Raman spectroscopy”为题发表在在食品领域知名期刊Food Control (JCR一区,IF=6.652,DOI org / 10.1016 / j.foodcont.2023.109901 ) 上。张天龙和胡佳玲为该论文的共同第一作者,钟怀宁研究员和林勤保研究员为共同通讯作者。该研究得到了IQTC主持的国家重点研发计划课题2022YFF0607202和国家自然科学青年基金42207550的资助。

研究结果:
(1)显微拉曼定性结果表明,淋膜纸杯至少迁移出四种不同的微粒塑料颗粒,其中三种有可定性的拉曼光谱(见图 2):前两种可被定性为聚乙烯(PE)与聚酰胺(PA),其来源应为淋膜纸杯自身及加工中外界环境的引入 ;第三种由于缺少指纹区的特征峰,因而被归为未确定微粒塑料,推测为聚丙烯酸丁酯(PBA)及聚己内酯三元醇(PCL-T)。

(2)对于检测到的微粒塑料统计可得:五款淋膜纸杯迁移出的微粒塑料(大于1um)数量从 5.67±0.33 x 10^5 到 33.67±27.00 x 10^5 个/升,平均值为 12.93±11.69 x 10^5个/升;粒径大小为1-60 um, 平均粒径为18.2±14.5 um。

(3)对五款淋膜纸杯(A-E)根据不同的微粒塑料定性结果,对数量和粒径分布进行统计。除了纸杯A以外,大多数淋膜纸杯中检测到的迁移微粒塑料粒径都小于15 um。且外源性微粒塑料(如PA,未确定微粒塑料等)大多尺寸较大,一般大于20 μm。扫描电镜的结果也证实,暴露后的纸杯涂层上存在微米级(5-20 um)的缺陷或碎片。且通过扫描电镜发现,未暴露的纸杯涂层上存在较高的粗糙度,可能是导致微粒塑料形成的关键因素之。

显微拉曼光谱现已广泛应用于环境及食品科学中微粒塑料的检测,本文首次将其应用于塑料淋膜纸杯的研究,并对检测到的微米级微粒塑料进行准确定性,分析了粒径分布与微塑料种类的相互作用机制,为之后建立统一的食品接触材料中微塑料检测方法规范提供了新的研究思路和技术手段。

IQTC和暨南大学林勤保研究员团队持续关注食品接触材料及环境中微粒塑料的鉴别及检测分析,检测能力涵盖显微红外光谱,显微拉曼光谱,荧光显微镜,扫描电子显微镜,热裂解/气相色谱-质谱联用法等技术。团队前期采用显微拉曼光谱对外卖餐盒中微粒塑料迁移情况进行了检测与分析,研究成果发表于英文期刊Food Additives & Contaminants: Part A。2022年4月20日,来自美国国家标准与技术研究院(NIST)的化学家ChristopherZangmeister团队开展的一项新研究,以食品级尼龙袋和低密度聚乙烯(LDPE)成分的产品作为样本,探究微塑料的来源及释放情况。事实上,以这两种成分为主的塑料用品在日常生活中很普遍,比如烘焙衬垫和一次性外带咖啡杯的内衬塑料薄膜。

此外,研究结果显示,在普通的外带咖啡杯中放一杯100℃的水,静置20min后,研究者在每升水中能检测到万亿个塑料纳米颗粒。也就是说,当你享用喝一杯500ml的热咖啡或热奶茶时,将有5千亿个塑料纳米颗粒进入你的身体内!

不仅如此,其实早在婴儿时期,人们就已经开始摄入微塑料。据Nature Food上刊登的研究Microplastic release from the degradation ofpolypropylene feeding bottlesduring infant formula preparation估计,在使用聚丙烯塑料瓶制备的每升婴儿配方奶粉中,婴儿可能摄入多达1600万个微塑料颗粒。该研究中,研究人员按照世界卫生组织制备婴儿配方奶粉的标准,将聚丙烯婴儿奶瓶消毒、风干,然后倒入加热到70℃的水。在摇晃瓶子一分钟后,他们过滤了液体并在显微镜下进行分析,发现了数以百万计的微塑料颗粒。仅装瓶1分钟就能检测到,证实了微塑料产生的即时性。

此外,研究者还发现,冲奶粉使用的水温会极大地影响释放的污染颗粒的数量。当水温从25℃上升到95℃,每升释放的微塑料颗粒从60万增加到5500万个。也就是说,水温越高,释放的量就会越多。

由于人们不断地吃外卖、喝咖啡、吨瓶装饮料,微塑料自然也不停地被摄入进人体内。加拿大的Kieran D.Cox教授和他的团队以美国人饮食为基础,根据食物消费种类以及不同种类食物所含有的微塑料数量,估算出每人每年会吃掉5万个微塑料颗粒,如果算上漂浮在空气中、被呼吸吸入的微塑料,那么每人每年吃掉的微塑料颗粒数量在7.4万-12.1万之间。按照重量计算的话,每人每周大约吃掉5g微塑料,相当于一张银行卡的重量。

人类血液中首次发现微塑料的存在!2019年,《Annals ofInternal Medicine》在线发表的一项研究显示,健康志愿者的粪便样本中检测到了微塑料。研究人员发现,所有粪便样本都检测出微塑料呈阳性,每10克人类粪便中平均有20个微塑料颗粒。

研究者在22名健康志愿者的静脉血中检测到了5种最常见的塑料成分,分别是PET、PS、PE、PMMA、PP。在严格控制了采样、样品准备及分析过程中的可能存在的塑料污染后,研究者在近8成志愿者的血液里检测到了微塑料的存在(77%,17/22),平均下来,每个志愿者每毫升血样里有1.6ug的微塑料。

这项研究首次在人体血液中发现微塑料的存在,考虑到血液循环在体内四通八达,为各器官供给氧气和营养物质,带走代谢废物,不难想象微塑料也随着血流流经全身。“在血液样本中发现微塑料存在”的事实,也说明了人体清除微塑料的速度是低于从外界摄入的速度。进入血液的微塑料可能通过肾脏过滤或胆汁排泄的方式排出体外,也可能通过有孔的毛细血管沉积在肝脏、脾脏等器官。换句话说,微塑料早已无孔不入,甚至遍布全身。肠道疾病患者粪便中含有的微塑料颗粒是健康的1.5倍。

微塑料究竟会对健康造成什么样的危害呢?这才是人们更为关心的话题此前,已有动物实验证明,微塑料可以扰乱内分泌系统,导致出生缺陷,减少精子的产生,引发胰岛素抵抗,并损害学习和记忆。此外,科学家们还观察到了由于微粒刺破和摩擦器官壁而引起的物理损伤迹象,例如炎症。

为了探究微塑料对人类的影响,来自美国哈佛大学和罗格斯大学的科学家们还构建了模拟消化道的体外系统,结果显示,微塑料的存在会对脂肪吸收带来健康上的负面影响,即当脂肪与微塑料颗粒一起摄入时,脂肪的生物利用度会随之增加,导致更多的脂肪进入血液(这可能就是外卖越吃越胖的原因之一)。此外,该研究中还显示微塑料会影响微量营养素吸收、增加小肠渗透性,以及促进某些细菌繁殖等。

现阶段,有关微塑料对人体健康影响的试验有限,但已初见端倪。2021年12月,发表在《Environmental Science & Technology Letters》期刊上的一项学术研究显示,炎症性肠病(IBD)(包括克罗恩病和溃疡性结肠炎)患者的粪便中的微塑料比健康对照组多,表明这些微塑料可能与疾病的发展过程存在相关性。
研究团队从不同地区的50名健康人和52名IBD患者中获取了粪便样本。分析结果表明,IBD患者的粪便中含有的微塑料颗粒是健康受试者粪便的1.5倍。患者体内的微塑料含量越高,疾病相关的腹泻、直肠出血和腹部绞痛症状就越明显。

众所周知,塑料降解速度很慢,通常会持续数百年甚至数干年,这也增加了微塑料被摄入并累积在许多生物体和组织中的可能性。为了避免人类的五脏六腑变成“塑料制品”,最简单的办法就是尽量在生活中减少塑料制品的使用并及时治理塑料污染,别让地球被塑料“攻陷”之后再追悔莫及。

冰鲜乳制品纸浆模塑包装的挑战和机遇

Aarhus大学和芬兰VTT研究中心(VTT technical research centre of Finland)合作在2023年5月22日到23日在Auditório Carvalho Guerra举行了一次以可持续、食品接触新材料为主题的讨论会,丹麦技术研究所(DTI,Danish Technological Institute)做了以《纤维素基材料在食品包装中的应用进展》为主题的报告,介绍了DTI的最新的纸浆模塑阻隔涂层技术,报告由Alexander Leo Bardenstein进行演讲。下面是简要介绍:

1、介绍了阻隔涂层对提升纸浆模塑产品阻隔性的挑战;
2、介绍了纸浆模塑不同的成型技术,包括干压、湿压和浆板热压成型;
3、介绍了DTI的迷你纸浆模塑成型机;
4、介绍了热压成型技术和涂布加工处理对纸浆模塑阻隔性的必要性,以及主流液体阻隔涂层及其功能和涂布方式示例;
5、水性阻隔涂层和纸浆模塑产品表面的交互过程;
a.纸浆模塑基质结构对阻隔性的影响,例如粗糙度、孔隙率、亲水性和吸水性、表面几何形状;
b.具有阻隔性能的纸浆模塑涂层的厚度研究;
c.减少粗糙度、孔隙度和吸水性可以提升对水分的阻隔性能;
d.AKD的作用;
6、由Cellucomp研发的从植物根部提取的微纤维素小板,注册商品名为Curran®;
7、Curran®对改善纸浆模塑表面的作用;
8、介绍由丹麦绿色发展与示范项目(GUDP)资助的一个产品开发项目的成果SinProPack草浆;
9、SinProPack草浆在湿压中的表现;
10、溶胶凝胶(Sol-gel coating)涂层在纸浆模塑的表面处理;
11、Curran®和溶胶凝胶的组合使用效果;
12、等离子体增强化学气相沉积(PECVD,Plasma enhanced chemical vapor deposition)阻隔涂层介绍。
13、DTI的常压PECVD技术;
14、DTI的PECVD技术和溶胶凝胶的组合使用。

美国Smart Planet公司推出基于矿物质涂层的纸杯

总部位于加利福尼亚州的 Smart Planet Technologies 公司推出了矿物质纸杯,以促进回收利用。

鉴于最近关于咖啡杯回收率低的争议,Smart Planet 称 ReCups 更易于回收。英国允许根据纸杯材料的可回收性宣布纸杯可回收,即使它们没有被回收。

实际上,传统纸杯很难回收利用,正如英国广播公司(BBC)的 “向浪费宣战”(War on Waste)节目所展示的那样。在英国,大部分咖啡杯都被填埋;最近成立的 “纸杯宣言”(Paper Cup Manifesto)正在解决这一问题。

ReCUP 可在现有回收基础设施中回收利用,而这正是纸杯回收利用面临的最大挑战之一。

Smart Planet Technologies 公司总裁 Will Lorenzi 告诉《包装新闻》,ReCUP 已通过可回收性试验,使用现有的生产设备,成本不高,塑料用量少得多,而且和普通纸杯一样好用。

ReCup 的地球涂层是一种矿物混合塑料,由 40% 的碳酸钙和 60% 的低密度聚乙烯制成。

EarthCoating 是一种矿化树脂,可用作各种纸板包装的阻隔涂层。

这家包装技术公司表示,ReCup 的涂层在回收过程中可以分解成细小、致密的颗粒,使材料更容易加工。

如果杯子的涂层完全由塑料制成,就会碎成片状,从而堵塞回收设备。

Smart Planet 开发 ReCup 已有两年时间。How2Recycle 公司已独立确定该涂层无污染。

洛伦兹补充说:”既然我们能够证明我们的纸杯可以通过英国的标准回收基础设施进行处理并从中获利,那么可回收标签就适合我们在英国的纸杯,因此这将是解决纸杯回收不足问题的第一步。

二氧化硅制成的阻隔涂层Qwarzo

Qwarzo 是一种由二氧化硅制成的阻隔涂层,可用于替代纸张、纺织品和金属上的塑料和全氟辛烷磺酸,目前已得到联合利华和 Innocent 等品牌的认可。

Qwarzo 称,涂有其产品的产品符合食品接触材料的规定,因为它们具有 “高度耐热 “性、耐寒性、耐水性、耐油性、耐蒸气性、耐化学性和耐破损性,而且无味、不可见、无异味。

该公司的产品可以利用现有的生产线或集成的定制机器进行生产。在潜在应用方面,该涂层可用于为纸杯、餐具、盘子、吸管、搅拌器及其他食品和饮料容器提供防潮防油屏障。

Qwarzo 声称,这种涂层可以帮助产品保持其可回收和可堆肥的特性。该产品可用于各种形式,如卷筒和片材涂层、纸张模切和热成型,也可用于纸张以外的各种材料。

重要的是,联合利华表示,新勺子完全可回收和堆肥,同时还能防水和防油脂。

“Qwarzo的技术可以为纸张提供阻隔性能,使其防水防油。这些特性使其非常适合与我们美味的冰淇淋接触。重要的是,这样做不会影响纸张固有的可回收性和可堆肥性,”联合利华食品创新中心 Hive 的全球研发包装材料专家 Facundo Beltramino 说。

氧气透过率(OTR)和水汽透过率(MVTR)

在开发用于货架稳定和延长保质期食品的材料时,需要使用通过高性能材料和多层共挤阻隔结构实现的阻隔包装材料解决方案,以确保产品安全无虞,免受氧气和湿气渗透导致食品变质的有害影响。在食品包装行业中,有两种最重要、使用最广泛的测试方法和标准用于确定阻隔性能,从而确定保质期预期,它们是氧气透过率(OTR)和水汽透过率(MVTR)。

氧气透过率 (OTR) 是指在给定时间内透过某种物质的氧气量。塑料薄膜材料的氧气透过率是指在特定条件(温度和相对湿度)下氧气透过薄膜的稳定速率。OTR 的测量适用于不同的食品(固体和液体)和医疗包装材料,如木材、软木、玻璃、铝、塑料(硬质和软质)等。在食品包装中,随着时间的推移,氧气在包装中的渗透会导致被称为氧化的食品腐烂过程,因此,通过定制的材料阻隔结构来降低氧气渗透速度,从而延长产品的保质期,对于保持食品的安全和质量至关重要。

食品类的包装对WVTR和OTR的要求如下:

OTR:102 cc/m2/24hrs

WVTR:102 g/m2/24hrs

湿(水)气透过率(MVTR/WVTR)是指在一定时间内透过物质的水蒸气量。与 OTR 相似,MVTR 也是在特定条件下测量的,如温度和相对湿度,以复制实际使用条件或进行加速测试以计算保质期。

美国材料试验协会(ASTM)和国际标准化组织(ISO)制定了各种标准测试方法,用于测量材料的 OTR 和 MVTR。根据最终应用和包装产品所需的测试结果的准确性来选择测试方法:

OTR 测量:
无论是薄膜、片材还是托盘、杯子、瓶子等成型部件,都有测量包装材料 OTR 的标准测试方法。在进行氧气透过率测试时,将阻隔薄膜或部件密封在一个含氧室和一个无氧室之间,由库仑传感器测量在选定温度和湿度下氧气透过材料的情况。当传感器检测到空氧室中的氧气量恒定时,测试在平衡点或稳定状态下完成。OTR 测试的标准测试条件是 73°F (23°C) 和 0% 相对湿度,最终结果值以毫升/100 英寸2/24 小时(美国标准)和毫升/平方米/24 小时(公制单位)表示。根据行业标准,当材料或包装的 OTR 小于 1 cc/100in2/24hr 或 15.5 cc/m2/24hr 时,该材料或包装即被视为高氧气阻隔性包装。

MVTR 测量:
标准测试方法可用于测量包装材料的 MVTR,无论是薄膜、片材还是成型部件(如托盘、杯子、瓶子等)。在 MVTR 测试中,将阻隔薄膜或部件密封在高湿度室(湿室)和干室之间,然后用压力调节传感器测量在选定温度和湿度下通过材料传输的湿度。当红外线传感器检测到水分子以恒定的速度离开干燥室时,测试在平衡点或稳定状态下完成。MVTR 测试的标准测试条件是华氏 100 度(摄氏 37.8 度)和相对湿度 90%,最终结果值按美国标准以 g/100in2/24hr 表示,按公制单位以 g/m2/24hr 表示。由于没有固定的标准值来决定一种材料是否具有较高的 MVTR 率,业界认为定向聚丙烯(OPP)是 MVTR 率最高的阻隔材料。

有各种 ASTM 和 ISO 测试方法可用于 OTR 和 MVTR。在北美,ASTM 测试方法是测试任何材料的任何特定材料特性的标准:
OTR:
ASTM D3985 是塑料行业使用最广泛的测试方法,它采用库仑传感器法精确测量塑料薄膜和薄片的氧气透过率。
F1307 使用库仑计传感器测定干包装氧气透过率的标准测试法
F1927 使用库仑计检测器测定氧气气体在受控相对湿度下通过阻隔材料的传输速率、渗透性和渗透率的标准测试法
F2622 使用各种传感器测定氧气透过塑料薄膜和薄片的速率的标准测试法
其它参考方法:JIS K7126, ISO 15105-2

MVTR:
ASTM D1434 是塑料行业使用最广泛的测试方法,可使用红外传感器精确测量塑料薄膜和薄片的透湿性。
ASTM E96 材料水蒸气透过率标准测试方法
ASTM E398 利用动态相对湿度测量板材材料水蒸气透过率的标准测试法
ASTM F1249 使用调制红外传感器测定塑料薄膜和薄片水蒸气透过率的标准测试法
其它参考方法:JIS K7129, ISO 15106-2

是什么影响了材料的 OTR 和 MVTR?
一般来说,OTR 和 MVTR 是材料的固有属性,设计等因素在其中发挥着重要作用,因为大多数功能性阻隔多层包装材料都是通过将具有优异 OTR 和 MVTR 阻隔性的材料组合在一起来生产可用包装的。其他因素也会影响包装材料的 OTR 和 MVTR:
1、厚度
一般来说,材料越厚,OTR 和 MVTR 率越高,但由于工艺和成本的限制,包装中材料的厚度也会受到限制。例如,EVOH 具有优异的 OTR 性能,但它是一种昂贵的材料,而且性质较脆。因此,在多层共挤或挤压层压结构中使用的 EVOH 层很薄。EVOH 还具有吸湿性。因此,在使用前必须将材料烘干,并在 EVOH 的两侧使用聚丙烯等材料作为防潮层,以减少 EVOH 材料中可能影响包装中 OTR 功能的水分吸收。

2、加工过程
在 EVOH 的实际原材料生产过程中,需要在 OTR 阻隔性和加工之间进行权衡,因为乙烯摩尔百分比越低,阻隔性越高,但加工难度越大,反之亦然。除此以外,材料的取向也会影响并降低 MVTR 率,因为取向会使分子链排列整齐,并为蒸汽分子的通过创造一条不那么曲折的路径。

总之,渗透理论非常复杂,测试过程耗时(平均测试时间为 3 天至 3 周),而且难以执行,因为在测试过程中密封附近的任何泄漏都会导致测试失败。不过,氧气和水蒸气渗透率测试是设计、开发和生产延长保质期和货架稳定型阻隔食品包装应用的关键因素,是保持最终使用产品的质量、安全和性能的一种手段。

解读美国的 PFAS 食品包装法规

被称为 “永远的化学品 “的全氟和多氟烷基物质 (PFAS) 自 20 世纪 40 年代以来一直在使用。它们被添加到各种产品中,使其具有耐热、耐水、耐油和耐腐蚀性能。PFAS 化学物质不仅存在于消防泡沫中,还存在于众多消费品中,包括食品包装。食品包装中对 PFAS 的限制主要针对植物纤维制成的包装,其中包括纸或纸板,因为这些材料通常都经过 PFAS 化学品处理,以达到防油、防油脂或防水的目的。

由玻璃、金属或塑料等其他材料制成的食品包装通常不在限制范围内,但各州的情况可能有所不同。对食品包装中 PFAS 的限制并不局限于餐饮场所使用的产品,消费者的食品包装产品,如零售用的纸盘、纸杯和纸碗通常也在限制范围内。

美国国会尚未通过全面禁止 PFAS 化学品的立法,但它在 2020 年底颁布了一项法律,禁止在提供给军队的食品包装中使用 PFAS。 在没有联邦法规的情况下,至少有 12 个州已着手对食品包装中的 PFAS 进行监管,还有许多州正在考虑这样做。大多数已通过立法的州只对 “有意添加 “的 PFAS 进行监管,但加利福尼亚州也对食品包装中的 PFAS 设立了最高阈值。各州的实施时间表各不相同,详情如下。

  • 已经或将要立法规定在食品包装中使用全氟辛烷磺酸的国家按从旧到新的顺序排列如下:
  • 纽约:目前禁止分销和销售含有有意添加的全氟辛烷磺酸的食品包装。
  • 加利福尼亚州:加州禁止任何人分发、销售或提供销售任何含有 PFAS(有意添加或含量达到或超过百万分之 100 (ppm))的食品包装。
  • 华盛顿州:华盛顿州的食品包装禁令规定,一旦华盛顿州生态部确定了更安全的替代品,将分级禁止生产、销售和分销任何 “有意添加何数量 PFAS 化学品的食品包装”。首批禁令于 2023 年 2 月生效,适用于包装、盘子、食品船或披萨盒;随后将于 2024 年 5 月对包装袋和套管(由柔性材料制成)、碗、扁平餐具(如托盘和盘子)、敞口容器和封闭容器实施禁令。
  • 佛蒙特州:自 2023 年 7 月 1 日起,佛蒙特州法律禁止生产、销售和分销任何有意添加 PFAS 的食品包装。
  • 康涅狄格州:截至 2023 年 12 月 31 日,康涅狄格州的法律禁止在生产或销售过程中有意添加 PFAS 的食品包装。
  • 科罗拉多州:科罗拉多州禁止在食品包装中有意添加 PFAS 的禁令于 2024 年 1 月 1 日生效。
  • 马里兰州:自 2024 年 1 月 1 日起,马里兰州法律禁止生产或销售任何有意添加 PFAS 的食品包装。
  • 明尼苏达州:从 2024 年 1 月 1 日起,明尼苏达州的法规禁止生产、销售或分销含有有意添加的 PFAS 的食品包装。
  • 罗得岛州:自 2024 年 1 月 1 日起,罗得岛州禁止在生产或销售过程中有意添加 PFAS 的食品包装。
  • 夏威夷州:截至 2024 年 12 月 31 日,夏威夷法律规定,制造、销售或分销”(b) 小节中规定的任何食品包装(包装纸和内衬、盘子、食品船和比萨饼盒),只要其中有意添加了任何数量的 PFAS 化学物质,均属违法行为”。
  • 俄勒冈州:自 2025 年 1 月 1 日起,俄勒冈州的法律禁止销售或分销有意添加 PFAS 的食品容器,食品供应商也不得使用聚苯乙烯泡沫塑料容器盛装熟食。
  • 缅因州:从 2030 年 1 月 1 日起,在缅因州销售、提供销售或分销的任何产品都不得含有有意添加的 PFAS。缅因州环境保护部进一步发布了食品包装中 PFAS 化学物质的监管法规草案;这些法规草案将适用于销售额超过 10 亿美元的制造商。

今后如何应对 PFAS?

制造商应考虑产品测试,要求产品部件制造商测试其部件并提供合格证 (CoC)。为了可能避免责任或将风险降至最低,分销商和零售商应要求制造商提供适当的 CoC。企业应与法律顾问和其他专家合作,以便在制造、分销和销售含有 PFAS 化学品的食品包装时做出明智的选择。