CN100415508C - 一种高阻隔性自组装多层复合薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高阻隔性自组装多层复合薄膜的制备方法。这种薄膜是由基材和自组装层与热封层组成的多层复合薄膜。它是首先将基材通过预处理,使其带有正或负电荷,然后通过阴和阳两种聚电解质层层交替吸附过程,形成多层阴阳电解质自组装膜,最后复合上热封层,得到高阻氧阻水的多层复合薄膜。本发明利用自组装技术制备超薄自组装膜,氧气、二氧化碳等气体小分子很难通过。将阴阳聚电解质自组装膜高阻隔性与传统的阻水包装材料复合,获得高阻隔性能的包装材料,有效解决食品、医药行业的阻隔问题。基材和聚电解质膜层间不用胶粘剂,不排放有机溶剂,没有污染。高阻隔性薄膜可以有效的减少包装层的厚度,促进包装轻量化、薄壁化。
Description
技术领域
本发明涉及软包装领域,尤其涉及一种高阻隔性自组装多层复合薄膜的制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高,对食品的保鲜和营养价值提出了更高的要求。为了满足对人们对食品的种类和营养的要求,世界各地的食品流通增加,与其相应的,食品的存储和保质期要求也延长了。因此,食品加工业对于食品外包装的薄膜有更高的阻隔性的要求,以保证食品的新鲜口味和质量。一些特殊行业的物品包装也需要非常高阻隔性的软包装,如医药和医疗用品。与此同时,从包装环保角度来看,高阻隔性薄膜可以有效的减少包装层的厚度,有利于促进包装轻量化、薄壁化。
自组装形成的多层复合膜是借助静电库仑力,通过阴离子聚电解质和阳离子聚电解质逐层吸附而成的自组装膜,目前已经在渗透汽化膜,反渗透膜、导电膜、生物传感器、表面修饰改性、抗静电涂层、非线光学器件等领域获得了广泛的研究,但是在软包装薄膜领域从未见诸报道。
本发明首先对基材薄膜进行预处理,方法包括电晕处理或化学氧化处理。电晕处理是采用电晕机对薄膜表面进行等离子放电,使薄膜表面基团发生复杂的化学反应;化学氧化处理主要是采用氧化性的化学试剂如浓硫酸或重铬酸钾,对薄膜表面进行氧化。把经过预处理带有正或负电荷的基材浸入到阴或阳离子性聚电解质的水溶液中,反复循环,得到多层自组装阴-阳聚电解质和基材复合薄膜。由于阴阳聚电解质层之间以静电库仑力相结合,根据溶解扩散原理,普通小分子特别是非极性的氧气、二氧化碳等气体小分子很难通过。所以,自组装膜对于氧气、二氧化碳的阻隔性很高,将阴阳聚电解质自组装膜与传统的高阻水材料,如聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜等包装材料在干式复合机上或淋膜机上进行复合,可以获得高阻隔性能的包装材料,在食品、医药等行业将具有十分广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种高阻隔性自组装多层复合薄膜的制备方法。
方法的步骤如下:
1).首先将基材的一面进行电晕处理或化学氧化处理,使基材的表面带有正或负电荷;
2).再把经过处理带有正或负电荷的基材浸入到浓度为0.05~5g/L阴或阳离子聚电解质的水溶液中15~30分钟,平衡吸附后表面带上负或正电荷,用去离子水洗去游离的阴或阳离子,干燥后形成一单层薄膜,再浸入到阳或阴离子性聚电解质的水溶液中15~30分钟,平衡吸附后用去离子水洗去游离的阳或阴离子,干燥后得到一双层阳阴两种聚电解质组装膜,如此循环,得到多层自组装阴阳聚电解质复合薄膜;
3).将上述多层自组装阴阳聚电解质复合薄膜与热封层复合得到高阻氧阻水自组装多层复合薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种高阻隔性自组装多层复合薄膜的制备方法,其特征在于,所述的基材为聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚酯薄膜或尼龙薄膜。
所述的阳离子聚电解质为脱乙酰壳聚糖;阴离子聚电解质为海藻酸钠聚丙烯酸钠。阳离子聚电解质为脱乙酰壳聚糖,乙酰度大于90%,浓度为0.05~4g/L,PH值为3.0~5.7。阴离子聚电解质为海藻酸钠或聚丙烯酸钠,浓度的为0.05~4g/L,PH值为8~10。热封层为聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜或聚(乙烯-醋酸乙烯酯)薄膜。多层阴阳聚电解质组装薄膜的层数为5~50层。多层自组装阴阳聚电解质复合薄膜与热封层复合的方法为干式复合法或挤出复合法。
本发明的优点
1)本发明利用自组装技术,使阴离子聚电解质和阳离子聚电解质逐层吸附,制备超薄自组装膜,由于阴阳聚电解质层之间以静电库仑力相结合,小分子特别是非极性的氧气、二氧化碳等气体小分子很难通过。所以,自组装膜对于氧气、二氧化碳的阻隔性很高,其氧气透过量大大低于市场上的普通阻氧薄膜。将阴阳聚电解质自组装膜高阻隔性与传统的阻水包装材料复合,可以获得高阻隔性能的包装材料,有效解决食品、医药行业的阻隔问题。
2)在基材和聚电解质膜层间不使用任何胶粘剂,而是通过电荷间的静电库仑力吸附形成牢固的界面,因而自组装膜具有高度的稳定性,不排放任何有机溶剂,几乎没有任何污染。
3)利用自组装技术,使阴离子聚电解质和阳离子聚电解质逐层吸附,所得阴阳聚电解质层厚度极薄,该法材料成本低廉。
4)从包装环保角度来看,高阻隔性薄膜可以有效的减少包装层的厚度,有利于促进包装轻量化、薄壁化。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更详细的描述,本发明的范围不受这些实施例的限制,所有在不偏离本发明核心内容的基础上所做的修改和改进,均属于本发明要求保护的范围。本发明的范围在权利要求书中详细提出。
实施例1
将基材聚酯薄膜(PET)进行电晕预处理,使PET薄膜的表面带有正电荷,把带有正电荷的PET薄膜浸入到浓度为0.05g/L、PH为8的海藻酸钠(SPM)阴离子聚电解质的溶液中15分钟,平衡吸附后干燥,形成一个单层薄膜,再浸入浓度为0.05g/L、PH为3的壳聚糖(CS)阳离子聚电解质的溶液中30分钟,平衡吸附后干燥,得到阴和阳两种聚电解质组装的一双层薄膜。如此循环10次,可以得到10层自组装阴阳聚电解质薄膜,再将自组装膜与聚乙烯热封薄膜在干式复合机上复合,得到高阻隔性自组装多层复合薄膜。经测试,氧气透过量0.48ml/m2day,透湿量12.1g/m2day。
实施例2
将基材聚酯薄膜(PET)进行电晕预处理,使PET薄膜的表面带有负电荷,把带有负电荷的PET薄膜浸入到浓度为5g/L、PH为5.7的壳聚糖(CS)阳离子聚电解质的溶液中20分钟,平衡吸附后干燥,形成一个单层薄膜,再浸入浓度为5g/L、PH为8的海藻酸钠(SPM)阴离子聚电解质的溶液中30分钟,平衡吸附后干燥,得到阴和阳两种聚电解质组装的一双层薄膜。如此循环10次,可以得到10层自组装阴阳聚电解质薄膜,再将自组装膜与聚乙烯热封薄膜在干式复合机上复合,得到高阻隔性自组装多层复合薄膜。经测试,氧气透过量0.08ml/m2day,透湿量18.5g/m2day。
实施例3
将基材聚酯薄膜(PET)进行电晕预处理,使PET薄膜的表面带有一定负电荷,把带有负电荷的PET薄膜浸入到浸入到浓度为0.5g/L、PH为5的壳聚糖(CS)阳离子聚电解质的溶液中15分钟,平衡吸附后干燥,形成一个单层薄膜,再浸入浓度为0.5g/L、PH为8的聚丙烯酸钠(PAA)阴离子聚电解质的溶液中30分钟,平衡吸附后干燥,得到阴和阳两种聚电解质组装的一双层薄膜。如此循环5次,可以得到5层自组装阴阳聚电解质薄膜,最后自组装膜与聚乙烯热封薄膜在干式复合机上复合,得到高阻隔性自组装多层复合薄膜。经测试,氧气透过量0.07ml/m2day,透湿量17.8g/m2day。
实施例4
将基材尼龙薄膜(PA)进行重铬酸钾溶液化学预处理,使PA薄膜的表面带有一定负电荷,把带有负电荷的PA薄膜浸入到浓度为5g/L、PH为5的壳聚糖(CS)阳离子聚电解质的溶液中30分钟,平衡吸附后干燥,形成一个单层薄膜,再浸入浓度为5g/L、PH为9的聚丙烯酸钠(PAA)阴离子聚电解质的溶液中20分钟,平衡吸附后干燥,得到阴和阳两种聚电解质组装的一双层薄膜。如此循环10次,可以得到10层自组装阴阳聚电解质层,这样就得到PA和自组装10层膜,再将自组装膜与尼龙热封薄膜在干式复合机上复合,得到高阻隔性自组装多层复合薄膜。经测试,氧气透过量0.11ml/m2day,透湿量12.5g/m2day。
实施例5:
将基材尼龙薄膜(PA)进行重铬酸钾溶液化学预处理,使PA薄膜的表面带有一定负电荷,把带有负电荷的PA薄膜浸入到浓度为0.5g/L、PH为5.7的壳聚糖(CS)阳离子聚电解质的溶液中25分钟,平衡吸附后干燥,形成一个单层薄膜,再浸入浓度为0.5g/L、PH为8海藻酸钠(SPM)阴离子聚电解质的溶液中25分钟,平衡吸附后干燥,得到阴和阳两种聚电解质组装的一双层薄膜。如此循环5次,可以得到5层自组装阴阳聚电解质薄膜,再将自组装膜与聚尼龙热封薄膜在干式复合机上复合,得到高阻隔性自组装多层复合薄膜。经测试,氧气透过量0.66ml/m2day,透湿量6.8g/m2day。
实施例6
将基材双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)进行电晕预处理,使BOPP薄膜的表面带有一定正电荷,把带有正电荷的BOPP薄膜浸入到浓度为0.5g/L、PH为9的聚丙烯酸钠(PAA)阴离子聚电解质的溶液中,平衡吸附后干燥,形成一个单层,再浸入浓度为0.5g/L、PH为4的壳聚糖(CS)阳离子聚电解质的溶液中,平衡吸附后干燥,得到阴和阳两种聚电解质组装的一双层薄膜。如此循环10次,可以得到10层自组装阴阳聚电解质薄膜,再将自组装膜与聚丙烯热封薄膜在干式复合机上复合,得到高阻隔性自组装多层复合薄膜。经测试,氧气透过量1.59ml/m2day,透湿量8.4g/m2day。
实施例7
将基材双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)进行电晕预处理,使BOPP薄膜的表面带有一定正电荷,把带有正电荷的BOPP薄膜浸入到浓度为0.05g/L、PH为10的海藻酸钠(SPM)阴离子聚电解质的溶液中20分钟,平衡吸附后干燥,形成一个单层薄膜,再浸入浓度为0.05g/L、PH为3的壳聚糖(CS)阳离子聚电解质的溶液中30分钟,平衡吸附后干燥,得到阴和阳两种聚电解质组装的一双层薄膜。如此循环20次,可以得到20层自组装阴阳聚电解质薄膜,再将自组装膜与聚丙烯热封薄膜在干式复合机上复合,得到高阻隔性自组装多层复合薄膜。经测试,氧气透过量1.37ml/m2day,透湿量7.8g/m2day。
实施例8:
将基材聚乙烯薄膜(PE)进行电晕预处理,使PE薄膜的表面带有一定正电荷,把带有正电荷的PE薄膜浸入到到浓度为0.5g/L、PH为10的海藻酸钠(SPM)阴离子聚电解质的溶液中15分钟,平衡吸附后干燥,形成一个单层薄膜,再浸入浓度为0.5g/L、PH为4的壳聚糖(CS)阳离子聚电解质的溶液中25分钟,平衡吸附后干燥,得到阴-阳两种聚电解质组装的一双层薄膜。如此循环20次,可以得到20层自组装阴阳聚电解质薄膜,再将自组装膜与聚乙烯热封薄膜在干式复合机上复合,得到高阻隔性自组装多层复合薄膜。经测试,氧气透过量1.42ml/m2day,透湿量5.6g/m2day。
实施例9:
将基材聚乙烯薄膜(PE)进行电晕预处理,使PE薄膜的表面带有一定正电荷,把带有正电荷的PE薄膜浸入到浓度为0.05g/L、PH为10的聚丙烯酸钠(PAA)阴离子聚电解质的溶液中20分钟,平衡吸附后干燥,形成一个单层薄膜,再浸入浓度为0.05g/L、PH为5的壳聚糖(CS)阳离子聚电解质的溶液中30分钟,平衡吸附后干燥,得到阴-阳两种聚电解质组装的一双层薄膜。如此循环50次,可以得到50层自组装阴阳聚电解质薄膜,再将自组装膜与聚乙烯热封薄膜在干式复合机上复合,得到高阻隔性自组装多层复合薄膜。经测试,氧气透过量1.42ml/m2day,透湿量5.6g/m2day。
Claims (6)
1. 一种高阻隔性自组装多层复合薄膜的制备方法,其特征在于,方法的步骤如下:
1).首先将基材的一面进行电晕处理或化学氧化处理,使基材的表面带有正或负电荷,基材为聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚酯薄膜或尼龙薄膜;
2).再把经过处理带有正或负电荷的基材浸入到浓度为0.05~5g/L阴或阳离子聚电解质的水溶液中15~30分钟,平衡吸附后表面带上负或正电荷,用去离子水洗去游离的阴或阳离子,干燥后形成一单层薄膜,再浸入到阳或阴离子性聚电解质的水溶液中15~30分钟,平衡吸附后用去离子水洗去游离的阳或阴离子,干燥后得到一双层阳阴两种聚电解质组装膜,如此循环,得到多层自组装阴阳聚电解质复合薄膜,阳离子聚电解质为脱乙酰壳聚糖,阴离子聚电解质为海藻酸钠或聚丙烯酸钠;
3).将上述多层自组装阴阳聚电解质复合薄膜与热封层复合得到高阻氧阻水自组装多层复合薄膜。
2. 根据权利要求1所述的一种高阻隔性自组装多层复合薄膜的制备方法,其特征在于,所述的阳离子聚电解质为脱乙酰壳聚糖,乙酰度大于90%,浓度为0.05~4g/L,PH值为3.0~5.7。
3. 根据权利要求1所述的一种高阻隔性自组装多层复合薄膜的制备方法,其特征在于,所述的阴离子聚电解质为海藻酸钠或聚丙烯酸钠,浓度的为0.05~4g/L,PH值为8~10。
4. 根据权利要求1所述的一种高阻隔性自组装多层复合薄膜的制备方法,其特征在于,所述的热封层为聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜或聚(乙烯-醋酸乙烯酯)薄膜。
5. 根据权利要求1中所述的一种高阻隔性自组装多层复合薄膜的制备方法,其特征在于,所述的多层阴阳聚电解质组装薄膜的层数为5~50层。
6. 根据权利要求1中所述的一种高阻隔性自组装多层复合薄膜的制备方法,其特征在于,所述的多层自组阴阳聚电解质复合薄膜与热封层复合的方法为干式复合法或挤出复合法。
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