塑料包装材料中化学添加剂向食品的迁移引起人们的广泛关注。几十年来,相关研究者开展了大量的实验工作,研究添加剂迁移对食品的影响以及对消费者健康造成的危害。通过毒理学和迁移实验,可以全面评估添加剂的危害性、监控包装中添加剂在特定条件下向食品迁移的量。但是迁移实验耗时费力,对检测仪器和测试条件要求较高,因此基于一定假设的数学模型应运而生。数学模型多为经验或半经验公式,通过估算迁移过程中重要的力学参数,对添加剂的迁移进行预测。由于许多重要的材料参数难以确定,数学模型只能提供较为粗糙的预测。更重要的是,这两种方法都是从宏观上研究添加剂的迁移,无法了解聚合物的微观结构以及添加剂迁移的动力学机理。近年来,随着力学理论和计算机技术的发展,基于经典力学的分子动力学模拟已用于聚合物材料中气体和水等小分子的扩散研究。通过动力学模拟可以获得实验上无法得到的物质微观结构及粒子运动等信息,从分子水平解释一些物理化学现象。但是关于较大分子量有机分子的动力学模拟研究鲜有报道,而添加剂从聚合物向食品迁移的动力学模拟更是空白。因此,本研究对两种常用塑料包装[聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚丙烯(PP)]中添加剂的扩散以及添加剂向食品模拟物的迁移进行分子动力学模拟,计算重要的动力学参数——扩散系数,从分子水平研究添加剂扩散及迁移的影响因素,在此基础上对添加剂分子扩散及迁移的力学机理进行探讨。本文首先构建了含有三种添加剂(紫外线吸收剂UV-P、抗氧化剂BHT、增塑剂DEHP)的PET元胞以及含有五种添加剂(抗氧化剂BHT和紫外线吸收剂UV-P、UV-327、UV-329、UV-531)的PP元胞,进行PET和PP中添加剂扩散的分子动力学模拟。通过均方位移曲线,计算了添加剂分子在两种聚合物材料中的扩散系数。着重从添加剂的分子量和分子形状,添加剂与聚合物的相互作用,自由体积及聚合物链的流动性等微观角度讨论添加剂在聚合物中的扩散。结果表明扩散受这些因素的综合影响,具有大分子量/半径及刚性结构的分子需要更大的自由体积进行扩散,常常表现出较小的扩散系数;扩散分子与聚合物间较强的相互作用会阻碍分子的扩散;温度升高使得更多的聚合物链段参与运动,自由体积再分配频率加快,利于添加剂的扩散。通过观察添加剂分子的运动轨迹,发现其在聚合物中并不是连续的跳动,长时间内添加剂分子所占据的空穴之间存在能垒,分子陷入局部的空穴来回蠕动或振动;随着聚合物和扩散分子发生热涨落,相应的能垒被克服,当添加剂分子周围产生了足以容纳其大小的空穴且分子获得足够能量时,分子就以跳动或者平移的形式进入新的空穴。活跃扩散分子的运动轨迹分布范围较广、重叠较少,与扩散系数结果呈现的规律相一致。在单相模拟的基础上,构建了PET-食品模拟物和PP-食品模拟物两相分子动力学模型,进行添加剂由第一相(聚合物)向第二相(食品模拟物)迁移的动力学模拟。基于Einstein和Arrhenius公式分别计算迁移过程中添加剂的扩散系数及迁移活化能。通过计算添加剂分子的拓扑结构参数,添加剂与聚合物相互作用能,添加剂、聚合物、食品模拟物的溶解度参数以及两相系统的自由体积,进一步建立了迁移扩散系数与添加剂分子、聚合物、食品模拟物极性、温度等因素的内在关系。添加剂分子在两相模型中的运动轨迹表明其迁移的微观力学机理与扩散相似,长时间内分子陷入局部的空穴来回蠕动或振动。构建的分子动力学模型直观的显示了添加剂分子在聚合物-食品模拟物两相间的微观运动情况。基于高效液相色谱建立了塑料包装材料中常见的四类共计27种化学添加剂的分析检测方法。在此基础上,对照动力学模拟章节,制作了含有相对应的添加剂的PET和PP样品。根据欧盟塑料食品接触材料法规(EU)10/2011,进行不同温度下添加剂向多种食品模拟物迁移的实验。根据实验结果计算了迁移平衡时添加剂在聚合物和食品模拟物两相间的分配系数;利用Fick扩散定律拟合迁移数据得到了添加剂的实验扩散系数。此外,采用常用的两种数学模型估算了添加剂在PET和PP材料中的扩散系数,结果表明Piringer模型对聚合物材料中添加剂扩散系数的预测较Limm-Hollifield模型更为理想。对实验拟合、模型估算及分子动力学模拟的结果进行比较,发现两相分子动力学模型模拟得到的扩散系数与实验值处于同一数量级,相应的迁移活化能也有较好的一致性。表明聚合物材料中添加剂的迁移可以用经典力学的方法进行描述,两相分子动力学模型较单相模型和Piringer模型可以更好地预测添加剂的迁移,分子动力学模拟的方法可以进一步用于塑料包装材料的安全性评估。