CN108047474B - 一种抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于薄膜制备的技术领域，提供了一种抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜及制备方法。该方法将累托石在石英砂辅助下研磨成纳米微粒，加入淀粉水溶液和十二烷基硫酸钠，得到悬浮液，然后低温干燥，得到淀粉包覆的纳米累托石，加入偏二氯乙烯乳液中搅拌制得复合乳液，然后将复合乳液涂布于基材薄膜上，干燥后即得抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜。通过淀粉对累托石所分离纳米微粒的包覆，在利用累托石本身优良的紫外线阻隔能力的同时，保护了复合乳液体系，改善了累托石在乳液中的分散性，从而有效促进了紫外线阻隔效率，并且整个过程较为简单，易操控，成本较低，实用前景广阔。

Description

一种抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜及制备方法
技术领域
本发明属于薄膜制备的技术领域，提供了一种抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜及制备方法。
背景技术
20世纪以来，由于工业发展带来的环境污染，大量氟里昂等化合物滞留在空气上空，被紫外线分解成活性卤，它们进而与臭氧发生连锁反应，导致大气臭氧层严重破坏，使到达地面的紫外线随之增加。由于臭氧层浓度的减少，太阳光中辐射到地面的短波长紫外线增加，紫外线量增加和短波化会对人类(包括生物界)产生重大危害和影响，因此对紫外线吸收或阻隔技术的研究受到越来越多的关注。
紫外线吸收剂是一种光稳定剂，能吸收阳光及荧光光源中的紫外线部分，而本身又不发生变化。塑料和其他高分子材料在日光和荧光下，因紫外线的作用，产生自动氧化反应，导致聚合物的降解而劣化，使外观及机械性能变坏。加入紫外线吸收剂后可选择性地吸收这种高能量的紫外线，使之变成无害的能量而释放或消耗。现有的紫外线吸收剂按化学结构可分为以下几类：水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类和其他类，但普遍存在的问题是具有一定的毒性，无机紫外吸收剂多为金属氧化物，与高分子材料之间相容性不好。在紫外线阻隔方面，常用的材料有铝箔、聚乙烯醇、乙烯—乙烯醇共聚物、偏氯乙烯共聚物、聚萘二甲酸乙二醇酯、特殊尼龙、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。阻隔材料可以作为夹层薄膜与其他材料复合构成复合材料，也可作为涂层涂覆于其他材料上使用，同时还可以作为阻透性薄膜的阻隔性材料，当一般存在制作工艺复杂，材料均匀性差，阻隔不稳定。
现阶段兼具紫外线吸收和阻隔的新型材料研究已成为重要方向，如累托石，作为一种晶体结构特殊的铝硅酸盐矿物，具备良好的紫外线阻隔能力，对短波长光线或射线的吸收阻隔效果显著，同时为数不多的易分离成纳米级微片的天然矿物材料之一，经过一定处理，可更好地实现紫外线的阻隔和吸收双重效果。
目前国内外在抗紫外线塑料薄膜，尤其是利用累托石制备紫外线阻隔薄膜方面已取得了一定成效。其中张复光发明了一种抗紫外线复合塑料薄膜（中国发明专利申请号201710822819.X），成分包括：聚丙烯、玉米淀粉、蒙脱土、竹炭粉、增塑剂、鱼磷胶、胶原纤维、弹性体、聚乳酸、植物纤维、纳米二氧化钛、防水剂、茶多酚、过氧化物、抗静电剂，此发明利用蒙脱土屏蔽紫外线的特性和茶多酚的抗氧化性所得薄膜的抗紫外线、耐氧化性能好。另外，陈喆等人发明了一种累托石薄膜的制备方法（中国发明专利申请号201510033483.X），步骤如下：铸膜液的调制：将累托石置入溶剂中超声搅拌得到均匀的累托石分散液，将聚乙烯醇搅拌，将两种溶液混合，得到不含团聚的累托石铸膜液；甩膜工序：用旋转涂膜机将液滴在支持体的表面甩成均匀累托石铸膜液薄膜；干燥工序：将累托石铸膜液薄膜挥发得到干燥薄膜；剥离工序：将干燥薄膜从支持体剥离即制得累托石薄膜。
可见，现有应用较多的紫外线吸收剂与高分子材料之间相容性差，致使吸收效果不佳，另外紫外线阻隔材料加工复杂，材料的均匀性和稳定性差是主要存在的问题，而传统的兼具吸收和阻隔的材料（如累托石）因相容性或材料本身问题，材料在基体树脂中分散不均且会破坏材料本身性质，抗紫外线能力较差。
发明内容
针对现有累托石用于塑料膜中分散不均且会破坏材料本身性质，抗紫外线能力较差的缺陷,本发明提出一种抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜的制备方法，其技术特点是利用淀粉包覆累托石加入聚偏二氯乙烯乳液中涂敷在薄膜上制备具有抗紫外和高阻隔性的复合薄，其显著优点是通过淀粉对累托石所分离纳米微粒的包覆，在利用累托石本身优良的紫外线阻隔能力的同时，保护了复合乳液体系，改善了累托石在乳液中的分散性，从而有效促进了紫外线阻隔效率，并且整个过程较为简单，易操控，成本较低，实用前景广阔。
本发明涉及的具体技术方案如下：
一种抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜的制备方法，将累托石在石英砂辅助下研磨成纳米微粒，加入淀粉水溶液和十二烷基硫酸钠，得到悬浮液，然后低温干燥，得到淀粉包覆的纳米累托石，加入偏二氯乙烯乳液中搅拌制得复合乳液，然后将复合乳液涂布于基材薄膜上，干燥后即得抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜，制备的具体步骤如下：
（1）将累托石与石英砂混合，在石英砂的辅助下，采用球磨机进行研磨，使累托石的间层结构分离成类云母的纳米微粒；所述石英砂的加入量为累托石质量的1～2%；
（2）将步骤（1）所得的累托石纳米微粒、淀粉加入到水中，并加入十二烷基硫酸钠，然后搅拌均匀，制得稳定的悬浮液；其中累托石纳米微粒为22～28重量份、淀粉为25～30重量份、水为40～52重量份、十二烷基硫酸钠为1～2重量份；
（3）采用高压喷雾干燥机对步骤（2）所得的悬浮液进行干燥，使淀粉固化，得到淀粉包覆的层状结构的纳米累托石，然后加入聚偏二氯乙烯乳液中，搅拌均匀制得复合乳液；
（4）将基材薄膜预处理,然后将步骤（3）制得的复合乳液均匀涂布于基材薄膜的表面，采用红外线辐照干燥，得到聚偏二氯乙烯/纳米累托石复合材料，并与基材薄膜一起组成抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜。
优选的，步骤（1）所述累托石为钠累托石、钾累托石或钙累托石中的至少一种。
优选的，步骤（1）所述球磨机为行星式球磨机、搅拌式高能球磨机或振动式高能球磨机中的一种，电机功率为5～8kW。
优选的，步骤（2）所述淀粉为水溶性淀粉，在冷水中的溶解度不低于60g/100g。
优选的，步骤（2）所述搅拌速度40～50r/min，搅拌时间10～15min。
优选的，步骤（3）所述聚偏二氯乙烯乳液中，聚偏二氯乙烯的质量分数为40～50%。
优选的，步骤（3）所述复合乳液中，淀粉包覆的层状结构的纳米累托石的质量分数为15～25%。
优选的，步骤（4）所述基材薄膜为聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜、聚酯薄膜或聚酰胺薄膜中的一种。
优选的，步骤（4）所述基材薄膜的预处理可采用电晕处理或涂布粘合剂中的一种；所述粘合剂为丙烯酸树脂、醋酸乙烯树脂或环氧树脂中的一种。
优选的，步骤（4）所述红外线辐照中，红外线频率为30～50Hz，干燥时间为10～20min。
本发明还提供一种上述制备方法制备得到的抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜。
纳米累托石为层状结构，具有优良的紫外线阻隔性能，累托石层状结构中含有金属离子加入乳液中会对产生破乳，破坏乳液体系，本发明通过淀粉对纳米累托石进行包覆，隔绝了离子的扩散保护了乳液体系，同时改善累托石在乳液中的分散性。以聚乙烯为基材薄膜，将本发明的方法制备的薄膜与填料共混法或夹层法制备的薄膜的抗紫外线等级、氧气透过率、分散性进行对比，本发明方法得到的包装膜表现出显著的优势。
本发明提供了一种抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1.本发明的制备过程中，将累托石间层结构分离成类云母的纳米微粒，极大提高了薄膜的紫外线阻隔能力。
2.本发明的制备过程中，通过淀粉对纳米累托石的包覆，隔绝了累托石层状结构中金属离子的扩散，能够保护乳液体系不被破坏。
3.本发明的方法可有效改善累托石在复合乳液中的分散性，从而有效保证了对紫外线的阻隔效率。
4.本发明的制备方法过程较为简单，原料成本较低，具有较好的经济优势。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
将100kg钠累托石与2kg石英砂混合，在石英砂的辅助下，采用行星式球磨机进行研磨，使累托石的间层结构分离成类云母的纳米微粒；将28kg累托石纳米微粒及25kg淀粉加入44kg水溶液中，并加入2kg十二烷基硫酸钠，然后以40r/min的速度搅拌15min，制得稳定的悬浮液；采用高压喷雾干燥机对所得的悬浮液进行干燥，使淀粉固化，得到淀粉包覆的层状结构的纳米累托石，然后加入聚偏二氯乙烯乳液中得到复合乳液，复合乳液中淀粉包覆的层状结构的纳米累托石的质量分数为15%；对聚乙烯薄膜进行电晕预处理，然后将制得的复合乳液均匀涂布于基材薄膜的表面，采用频率为50Hz的红外线辐照干燥10min，得到聚偏二氯乙烯/纳米累托石复合材料，并与聚乙烯薄膜一起组成抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜；
实施例1得到的薄膜，测试抗紫外线等级、氧气透过率，得到的结果如表1所示。
实施例2
将100kg钙累托石与1kg石英砂混合，在石英砂的辅助下，采用搅拌式高能球磨机进行研磨，使累托石的间层结构分离成类云母的纳米微粒；将28kg累托石纳米微粒及30kg淀粉加入41kg水溶液中，并加入1kg十二烷基硫酸钠，然后以45r/min的速度搅拌12min，制得稳定的悬浮液；采用高压喷雾干燥机对所得的悬浮液进行干燥，使淀粉固化，得到淀粉包覆的层状结构的纳米累托石，然后加入聚偏二氯乙烯乳液中得到复合乳液，复合乳液中淀粉包覆的层状结构的纳米累托石的质量分数为20%；对聚乙烯薄膜进行涂布丙烯酸树脂预处理，然后将制得的复合乳液均匀涂布于基材薄膜的表面，采用频率为40Hz的红外线辐照干燥18min，得到聚偏二氯乙烯/纳米累托石复合材料，并与聚乙烯薄膜一起组成抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜；
实施例2得到的薄膜，测试抗紫外线等级、氧气透过率，得到的结果如表1所示。
实施例3
将100kg钾累托石与1.5kg石英砂混合，在石英砂的辅助下，采用振动式高能球磨机进行研磨，使累托石的间层结构分离成类云母的纳米微粒；将26kg累托石纳米微粒及25kg淀粉加入47kg水溶液中，并加入2kg十二烷基硫酸钠，然后以42r/min的速度搅拌12min，制得稳定的悬浮液；采用高压喷雾干燥机对所得的悬浮液进行干燥，使淀粉固化，得到淀粉包覆的层状结构的纳米累托石，然后加入聚偏二氯乙烯乳液中得到复合乳液，复合乳液中淀粉包覆的层状结构的纳米累托石的质量分数为25%；对聚乙烯薄膜进行电晕预处理，然后将制得的复合乳液均匀涂布于基材薄膜的表面，采用频率为35Hz的红外线辐照干燥15min，得到聚偏二氯乙烯/纳米累托石复合材料，并与聚乙烯薄膜一起组成抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜；
实施例3得到的薄膜，测试抗紫外线等级、氧气透过率，得到的结果如表1所示。
实施例4
将100kg钙累托石与1kg石英砂混合，在石英砂的辅助下，采用振动式高能球磨机进行研磨，使累托石的间层结构分离成类云母的纳米微粒；将25kg累托石纳米微粒及30kg淀粉加入43kg水溶液中，并加入2kg十二烷基硫酸钠，然后以45r/min的速度搅拌12min，制得稳定的悬浮液；采用高压喷雾干燥机对所得的悬浮液进行干燥，使淀粉固化，得到淀粉包覆的层状结构的纳米累托石，然后加入聚偏二氯乙烯乳液中得到复合乳液，复合乳液中淀粉包覆的层状结构的纳米累托石的质量分数为15%；对聚乙烯薄膜进行涂布环氧树脂预处理，然后将制得的复合乳液均匀涂布于基材薄膜的表面，采用频率为45Hz的红外线辐照干燥18min，得到聚偏二氯乙烯/纳米累托石复合材料，并与聚乙烯薄膜一起组成抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜；
实施例4得到的薄膜，测试抗紫外线等级、氧气透过率，得到的结果如表1所示。
实施例5
将100kg钠累托石与2kg石英砂混合，在石英砂的辅助下，采用振动式高能球磨机进行研磨，使累托石的间层结构分离成类云母的纳米微粒；将22kg累托石纳米微粒及25kg淀粉加入52kg水溶液中，并加入1kg十二烷基硫酸钠，然后以40r/min的速度搅拌15min，制得稳定的悬浮液；采用高压喷雾干燥机对所得的悬浮液进行干燥，使淀粉固化，得到淀粉包覆的层状结构的纳米累托石，然后加入聚偏二氯乙烯乳液中得到复合乳液，复合乳液中淀粉包覆的层状结构的纳米累托石的质量分数为25%；对聚乙烯薄膜进行电晕预处理，然后将制得的复合乳液均匀涂布于基材薄膜的表面，采用频率为50Hz的红外线辐照干燥10min，得到聚偏二氯乙烯/纳米累托石复合材料，并与聚乙烯薄膜一起组成抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜；
实施例5得到的薄膜，测试抗紫外线等级、氧气透过率，得到的结果如表1所示。
对比例1
将100kg钠累托石采用振动式高能球磨机进行研磨，达到纳米微粒；将22kg累托石纳米微粒及25kg淀粉加入52kg水溶液中，并加入1kg十二烷基硫酸钠，然后以40r/min的速度搅拌15min，制得稳定的悬浮液；采用高压喷雾干燥机对所得的悬浮液进行干燥，使淀粉固化，得到淀粉包覆的层状结构的纳米累托石，然后加入聚偏二氯乙烯乳液中得到复合乳液，复合乳液中淀粉包覆的层状结构的纳米累托石的质量分数为25%；对聚乙烯薄膜进行电晕预处理，然后将制得的复合乳液均匀涂布于基材薄膜的表面，采用频率为50Hz的红外线辐照干燥10min，得到聚偏二氯乙烯/纳米累托石复合材料，并与聚乙烯薄膜一起组成抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜；
对比例1得到的薄膜，测试抗紫外线等级、氧气透过率，得到的结果如表1所示。
对比例2
将100kg钠累托石与2kg石英砂混合，在石英砂的辅助下，采用振动式高能球磨机进行研磨，使累托石的间层结构分离成类云母的纳米微粒；将22kg累托石纳米微粒加入52kg水溶液中，并加入1kg十二烷基硫酸钠，然后以40r/min的速度搅拌15min，制得稳定的悬浮液；采用高压喷雾干燥机对所得的悬浮液进行干燥，得到改性的层状结构的纳米累托石，然后加入聚偏二氯乙烯乳液中得到复合乳液，复合乳液中改性的层状结构的纳米累托石的质量分数为25%；对聚乙烯薄膜进行电晕预处理，然后将制得的复合乳液均匀涂布于基材薄膜的表面，采用频率为50Hz的红外线辐照干燥10min，得到聚偏二氯乙烯/纳米累托石复合材料，并与聚乙烯薄膜一起组成抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜；
对比例2得到的薄膜，测试抗紫外线等级、氧气透过率，得到的结果如表1所示。
表1：
Figure DEST_PATH_IMAGE001

Claims (10)

1.一种抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜的制备方法，制备的具体步骤如下：
（1）将累托石与石英砂混合，在石英砂的辅助下，采用球磨机进行研磨，使累托石的间层结构分离成类云母的纳米微粒；所述石英砂的加入量为累托石质量的1～2%；
（2）将步骤（1）所得的累托石纳米微粒、淀粉加入到水中，并加入十二烷基硫酸钠，然后搅拌均匀，制得稳定的悬浮液；其中累托石纳米微粒为22～28重量份、淀粉为25～30重量份、水为40～52重量份、十二烷基硫酸钠为1～2重量份；
（3）采用高压喷雾干燥机对步骤（2）所得的悬浮液进行干燥，使淀粉固化，得到淀粉包覆的层状结构的纳米累托石，然后加入聚偏二氯乙烯乳液中，搅拌均匀制得复合乳液；
（4）将基材薄膜预处理,然后将步骤（3）制得的复合乳液均匀涂布于基材薄膜的表面，采用红外线辐照干燥，得到聚偏二氯乙烯/纳米累托石复合材料，并与基材薄膜一起组成抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜。
2.根据权利要求1所述一种抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述累托石为钠累托石、钾累托石或钙累托石中的至少一种。
3.根据权利要求1所述一种抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述球磨机为行星式球磨机、搅拌式高能球磨机或振动式高能球磨机中的一种，电机功率为5～8kW。
4.根据权利要求1所述一种抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述淀粉为水溶性淀粉，在冷水中的溶解度不低于60g/100g。
5.根据权利要求1所述一种抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述搅拌速度40～50r/min，搅拌时间10～15min。
6.根据权利要求1所述一种抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述聚偏二氯乙烯乳液中，聚偏二氯乙烯的质量分数为40～50%。
7.根据权利要求1所述一种抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述复合乳液中，淀粉包覆的层状结构的纳米累托石的质量分数为15～25%。
8.根据权利要求1所述一种抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述基材薄膜为聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜、聚酯薄膜或聚酰胺薄膜中的一种；所述基材薄膜的预处理可采用电晕处理或涂布粘合剂中的一种；所述粘合剂为丙烯酸树脂、醋酸乙烯树脂或环氧树脂中的一种。
9.根据权利要求1所述一种抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述红外线辐照中，红外线频率为30～50Hz，干燥时间为10～20min。
10.权利要求1-9任一项所述方法制备得到的抗紫外线、高阻隔性的包装薄膜。
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