CN106042502A

CN106042502A - 一种用于果蔬保鲜的环保包装膜

Info

Publication number: CN106042502A
Application number: CN201610277188.3A
Authority: CN
Inventors: 曾晓红; 罗杰沛
Original assignee: Hunan University of Technology
Current assignee: Hunan University of Technology
Priority date: 2016-04-30
Filing date: 2016-04-30
Publication date: 2016-10-26

Abstract

一种用于果蔬保鲜的环保包装膜，由4层膜复合而成，依次包括底层的淀粉增强膜、聚乳酸阻隔膜、淀粉抗菌膜及外层的聚乳酸耐磨膜，四层膜采用热熔胶封边；其特征在于：所述聚乳酸阻隔膜为以支化聚乳酸、氧化石墨烯、醋酸纤维素、流延成膜；所述淀粉抗菌膜为以直链淀粉、羧甲基壳聚糖、海藻酸钠为原料流延成膜。该复合膜具有较好的强度、优异的阻隔和抗菌性，可运用与高档食品保险包装领域。

Description

一种用于果蔬保鲜的环保包装膜

技术领域

本发明涉及一种膜的制备方法，尤其涉及一种具有良好力学性能、阻隔和抗菌性的生物质环保复合膜的制备方法。

背景技术

塑料材料虽然拥有较优异的性能和广泛的适用性，但其来源于石油产品且无法降解，在资源危机和环境污染越发严重的今天，寻找性能优良且可再生的替代材料则成为目前材料领域研究的重中之重。

目前，包装用膜用量越来越大，而广泛采用的塑料膜如PE膜、PP膜、PET膜等虽然具有良好的力学性能，且制备简易，但无法降解，造成了严重的白色污染。尤其是目前频繁出现的塑化剂事件导致了严重的食品安全问题，食品包装膜中的塑化剂如DOP渗入食品中，造成了极大的致癌和生育损害的问题，采用不产生污染的材料以杜绝污染的源头是食品包装的未来趋势，可食性包装和可降解材料包装成为主流。

在可降解材料中，淀粉因其便宜的价格和广泛的来源已被深入研究并通过改性与复合制备了多种生活与工业用品，如淀粉基膜、淀粉餐具等。但淀粉有其天然的缺陷，它的力学性能差，性能不稳定，只能运用于对力学性能要求低的领域，而要得到具有良好力学性能的膜往往需要加入较大份量的塑料以提高强度，而非可降解塑料再其中无法发生降解，从而引起了二次污染。而聚乳酸的出现改变了这一现状。聚乳酸（PLA）是脂肪族聚酯，以乳酸（2-羟基丙酸）为基本结构单元。PLA可通过发酵玉米等天然原料制得，也可采用乳酸缩聚制得。PLA 及其终端产品可在堆肥条件下自然分解成为CO₂和水，降低了固体废弃物排放量，是一种绿色环保的生物来源材料。聚乳酸虽然具有良好的生物可降解性，可加工性，优良的力学性能，但是其性脆易碎，缺乏弹性和柔韧性，很大程度上限制了聚乳酸膜的应用，所以，聚乳酸膜虽然具有了一定的优势，但同样需要进行改性才可达到使用要求。

就膜需要而言，除了对力学性能有较高要求外，在某些特殊领域还提出了功能性，的要求，如在食品药品包装领域需要防水、隔气、抗菌、防锈等，单纯的可降解材料膜很难实现功能化。采用多层共挤出的方式制备性能优异的多功能膜是一种在薄膜制备领域常见的手段，如CN104191584A公开的一种医用多层共挤膜制造方法，通过内封层、核心层和耐温层的复合，为膜提供了良好的力学与耐热性能。CN103481616A公开了一种防静电多层共挤膜及其制备方法，该复合膜采用多种阻隔抗静电材料有机搭配熔融共挤成膜使得复合膜具有了优异的强度及阻隔抗静电性。

通过多层配合的方式，结合不同层的特性叠加，来实现包括更好的强度、韧性、或其他的功能性如阻隔性、抗菌性等无疑是一种非常简单而实用的方法。

发明内容

本发明的目的是为了单层可降解膜强度差、且无法实现阻隔和抗菌性的缺陷，提供一种具有良好力学性能、阻隔和抗菌性的生物质环保复合膜的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于果蔬保鲜的环保包装膜，由4层膜复合而成，依次包括底层的淀粉增强膜、聚乳酸阻隔膜、淀粉抗菌膜及外层的聚乳酸耐磨膜。

进一步，所述淀粉增强膜以塑化淀粉、纳米植物纤维、聚己内酯为主要原料，通过熔融挤出成膜。其中，塑化淀粉的质量比介于40%-60%之间，纳米植物纤维的质量比介于10%-20%之间，聚己内酯的质量比介于20%-40%之间。

进一步，所述塑化淀粉为以玉米淀粉、木薯淀粉为原料，通过甘油塑化后得到的可加工淀粉，其中，塑化剂甘油的用量介于淀粉质量的20%-35%之间，

纳米植物纤维为以竹纤维、木纤维、稻草纤维、秸秆纤维等为原料，经过机械破碎后，通过化学方法或者物理方法结合化学方法处理后得到的纳米纤维，所述化学方法处理为酸活化法，其典型方法可为将纤维投入55%-65%重量浓度的硫酸中，60℃下处理3-5小时，所述物理方法为蒸汽闪爆法，其典型方法为将机械破碎后的稻草纤维被投入高压蒸汽缸内，缸内充入175℃过热蒸汽，压力控制于0.7-0.8MPa之间，保持蒸汽60分钟，后突释蒸汽产生微蒸汽流以实现闪爆并释放压力。此方式重复多次。

进一步，所述纳米植物纤维的长度介于10nm-500mm之间，长径比介于10-100之间。

进一步，所述淀粉增强膜的制备为将塑化淀粉、纳米植物纤维、聚己内酯在高速共混机中室温内共混后投入挤出机中熔融挤出并拉伸成膜，其加工温度介于140℃-160℃之间。

进一步，所述聚乳酸阻隔膜为以支化聚乳酸、氧化石墨烯、醋酸纤维素为主要原料流延成膜

其中，阻隔膜中支化聚乳酸的质量比介于60%-80%之间，醋酸纤维素的质量比介于20%-40%之间，氧化石墨烯介于1%-1.5%之间。其制备方法为：将支化聚乳酸在50°C下加入一定体积二甲基甲酰胺（DMF）中，搅拌一定时间至支化聚乳酸溶解，后加入醋酸纤维素并进一步搅拌至于溶解，后将温度降低至20°C，加入石墨烯粉末，并超声震荡2小时至石墨烯片层完全剥落形成均一溶液，后在光滑平面如（氟塑料平面）上流延成膜。

进一步，所述淀粉抗菌膜为以水溶性淀粉、羧甲基壳聚糖、海藻酸钠为主要原料流延成膜。膜中各组份的比例为，水溶性淀粉的质量分数介于60-80%之间，羧甲基壳聚糖的质量分数介于10-20%之间，海藻酸钠的质量分数介于10-20%之间，其制备工艺为在室温下将水溶性淀粉、羧甲基壳聚糖、海藻酸钠先后溶于纯水中，后于平滑表面流延成膜。

进一步，所述水溶性淀粉、羧甲基壳聚糖、海藻酸钠均为市售产品。

进一步，所述聚乳酸耐磨膜为以聚乳酸、热塑性聚氨酯弹性体为主要原料，通过熔融挤出成膜。膜中聚乳酸的质量分数介于60%-100%之间，热塑性聚氨酯弹性体的质量分数介于0%-40%之间。

进一步，所述聚乳酸耐磨膜除主料聚乳酸、热塑性聚氨酯弹性外，还可加入不同相容剂，如聚乳酸接枝马来酸酐，相容剂的质量介于主料的2%-4%之间。

进一步，所述淀粉增强膜、聚乳酸阻隔膜、淀粉抗菌膜及聚乳酸耐磨膜的厚度为：淀粉增强膜的厚度介于0.5-1mm之间，聚乳酸阻隔膜的厚度介于0.5-2mm之间，淀粉抗菌膜的厚度介于0.5-1mm之间，聚乳酸耐磨膜的厚度介于1-2mm之间。

进一步，所述四层膜采用水性粘合剂粘合并以热熔胶封边，水性粘合剂可采用丙烯酸类，热熔胶可采用EVA热熔胶。

附图说明

图1为实施例1的截面结构示意图。

图2为实施例2的截面结构示意图。

具体实施方式

以下将详细描述本发明的示例性实施方法。但这些实施方法仅为示范性目的，而本发明不限于此。

实施例1

参照图1，一种用于果蔬保鲜的环保包装膜，由4层膜复合而成，依次包括底层的淀粉增强膜1、聚乳酸阻隔膜2、淀粉抗菌膜3及外层的聚乳酸耐磨膜4。

所述淀粉增强膜1以塑化淀粉、纳米植物纤维、聚己内酯为主要原料，通过熔融挤出成膜。其中，塑化淀粉在膜中的质量分数为46%，植物纤维在膜中的质量分数为18%，聚己内酯在膜中的质量分数为36%。

所述塑化淀粉为以木薯淀粉为原料，通过其质量30%的甘油塑化后得到的可加工淀粉。

纳米植物纤维为以竹纤维为原料，经过机械破碎后，通过酸活化法，即将纤维投入60%重量浓度的硫酸中，60度下处理4小时得到，纳米植物纤维的长度介于50nm-200mm之间，长径比介于20-80之间。

所述淀粉增强膜1的制备为将塑化淀粉、纳米植物纤维、聚己内酯在高速共混机中室温内共混后投入挤出机中熔融挤出并拉伸成膜，其加工温度介于140℃-160℃之间。

所述聚乳酸阻隔膜2为以支化聚乳酸、氧化石墨烯、醋酸纤维素为主要原料流延成膜。

其中，阻隔膜中支化聚乳酸的质量分数为72%，醋酸纤维素的质量分数为26.8%，氧化石墨烯的质量分数为1.2%。其制备方法为：将支化聚乳酸在50°C下加入一定体积二甲基甲酰胺（DMF）中，其质量浓度达到10%，搅拌一定时间至支化聚乳酸溶解，后加入醋酸纤维素并进一步搅拌至于溶解，后将温度降低至20°C，加入石墨烯粉末，并超声震荡2小时至石墨烯片层完全剥落形成均一溶液，后在光滑平面如（氟塑料平面）上流延成膜。

所述淀粉抗菌膜3为以水溶性淀粉、羧甲基壳聚糖、海藻酸钠为主要原料流延成膜。膜中各组份的比例为，水溶性淀粉的质量分数为75%，羧甲基壳聚糖的质量分数为12%，海藻酸钠的质量分数为13%，其制备工艺为在室温下将水溶性淀粉、羧甲基壳聚糖、海藻酸钠先后溶于纯水中，后于平滑表面流延成膜。

所述水溶性淀粉、羧甲基壳聚糖、海藻酸钠均为市售产品。

所述聚乳酸耐磨膜4为以聚乳酸、热塑性聚氨酯弹性体为主要原料，通过熔融挤出成膜。膜中聚乳酸的质量分数为75%，热塑性聚氨酯弹性体的质量分数为25%。

所述聚乳酸耐磨膜除主料聚乳酸、热塑性聚氨酯弹性外，还加入了相容剂聚乳酸接枝马来酸酐，相容剂的质量为主料的3%。

所述淀粉增强膜1、聚乳酸阻隔膜2、淀粉抗菌膜3及聚乳酸耐磨膜4的厚度为：淀粉增强膜1的厚度为0.65mm，聚乳酸阻隔膜2的厚度为0.8mm，淀粉抗菌膜3的厚度为0.7mm，聚乳酸耐磨膜4的厚度为1.2mm。

所述四层膜采用丙烯酸类水性粘合剂粘合并以EVA热熔胶封边。

实施例2

参照图2，一种用于果蔬保鲜的环保包装膜，由4层膜复合而成，依次包括底层的淀粉增强膜1’、聚乳酸阻隔膜2’、淀粉抗菌膜3’及外层的聚乳酸耐磨膜4’。

所述淀粉增强膜1’以塑化淀粉、纳米植物纤维、聚己内酯为主要原料，通过熔融挤出成膜。其中，塑化淀粉在膜中的质量分数为48%，植物纤维在膜中的质量分数为14%，聚己内酯在膜中的质量分数为38%。

所述塑化淀粉为以玉米淀粉为原料，通过其质量30%的甘油塑化后得到的可加工淀粉。

纳米植物纤维为以木粉纤维为原料，经过机械破碎后，通过酸活化法，即将纤维投入60%重量浓度的硫酸中，60度下处理4小时得到，纳米植物纤维的长度介于20nm-200mm之间，长径比介于20-50之间。

所述聚乳酸阻隔膜2’为以支化聚乳酸、氧化石墨烯、醋酸纤维素为主要原料流延成膜。

其中，阻隔膜中支化聚乳酸的质量分数为72%，醋酸纤维素的质量分数为26.8%，氧化石墨烯的质量分数为1.4%。其制备方法为：将支化聚乳酸在50°C下加入一定体积二甲基甲酰胺（DMF）中，其质量浓度达到15%，搅拌一定时间至支化聚乳酸溶解，后加入醋酸纤维素并进一步搅拌至于溶解，后将温度降低至20°C，加入石墨烯粉末，并超声震荡2小时至石墨烯片层完全剥落形成均一溶液，后在光滑平面如（氟塑料平面）上流延成膜。

所述淀粉抗菌膜3’为以水溶性淀粉、羧甲基壳聚糖、海藻酸钠为主要原料流延成膜。膜中各组份的比例为，水溶性淀粉的质量分数为70%，羧甲基壳聚糖的质量分数为15%，海藻酸钠的质量分数为15%，其制备工艺为在室温下将水溶性淀粉、羧甲基壳聚糖、海藻酸钠先后溶于纯水中，后于平滑表面流延成膜。

所述水溶性淀粉、羧甲基壳聚糖、海藻酸钠均为市售产品。

所述聚乳酸耐磨膜4’为以聚乳酸、热塑性聚氨酯弹性体为主要原料，通过熔融挤出成膜。膜中聚乳酸的质量分数为80%，热塑性聚氨酯弹性体的质量分数为20%。

所述淀粉增强膜1’、聚乳酸阻隔膜2’、淀粉抗菌膜3’及聚乳酸耐磨膜4’的厚度为：淀粉增强膜1的厚度为0.6mm，聚乳酸阻隔膜2的厚度为1mm，淀粉抗菌膜3的厚度为0.6mm，聚乳酸耐磨膜4的厚度为1mm。

Claims

1.一种用于果蔬保鲜的环保包装膜，由4层膜复合而成，依次包括底层的淀粉增强膜、聚乳酸阻隔膜、淀粉抗菌膜及外层的聚乳酸耐磨膜，四层膜采用水性粘合剂粘合并以热熔胶封边；其特征在于：所述聚乳酸阻隔膜为以支化聚乳酸、氧化石墨烯、醋酸纤维素为主要原料流延成膜；所述淀粉抗菌膜为以水溶性淀粉、羧甲基壳聚糖、海藻酸钠为主要原料流延成膜。

2.如权利要求1所述的一种用于果蔬保鲜的环保包装膜，其特征在于：所述淀粉增强膜为以塑化淀粉、纳米植物纤维、聚己内酯为主要原料，通过熔融挤出成膜。

3.如权利要求1所述的一种用于果蔬保鲜的环保包装膜，其特征在于：所述聚乳酸耐磨膜为以聚乳酸、热塑性聚氨酯弹性体为主要原料，通过熔融挤出成膜。