CN108058464A - 包装膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包装领域，公开了一种包装膜及其制备方法。所述包装膜包括：上塑料热封层(11)、下塑料热封层(12)，以及层叠在上塑料热封层(11)和下塑料热封层(12)之间的塑料阻隔层(2)，其中所述上塑料热封层(11)的上表面设置有第一疏水层(31)，所述下塑料热封层(12)的下表面设置有第二疏水层(32)，所述第一疏水层(31)和第二疏水层(32)各自包括粒径为3‑100nm的疏水纳米材料。所述包装膜具有疏水性强、加工工艺简单、生产效率高、成本低等优点，满足当今的市场需求，特别适合作为五金、塑料化工、建材、农副产品和医药行业等商品的包装膜。

Description

包装膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及包装领域，具体涉及一种包装膜及其制备方法。
背景技术
包装膜主要由几种不同牌号的聚乙烯树脂混合挤出而成，具有抗穿刺，超强度高性能，对堆放在托板上的货物进行缠绕包装，使包装物更加稳固整洁，更超强防水作用，被广泛使用，在外贸出口、造纸、五金、塑料化工、建材、食品医药行业。
食品包装分类方法很多。如按技法分为：防潮包装、防水包装、防霉包装、保鲜包装、速冻包装、透气包装、微波杀菌包装、无菌包装、充气包装、真空包装、脱氧包装、泡罩包装、贴体包装、拉伸包装、蒸煮袋包装等。上述各种包装皆是由不同复合材料制成的，其包装特性是对应不同食品的要求，能有效地保护食品品质。
食品包装是食品商品的组成部分。食品包装和食品包装盒保护食品，使食品在离开工厂到消费者手中的流通过程中，防止生物的、化学的、物理的外来因素的损害，它也可以有保持食品本身稳定质量的功能，它方便食品的食用。
一些农副产品，易腐败变质，不易远边运输，如水果和水产品等，在产地制成各种罐头，就能减少浪费，降低运输成本，并能促进食品流通的合理性和计划性。为了充分满足当前不同食品的保存需要，包装膜的疏水性能尤为重要。
现有技术中，通常通过设计高分子聚合物薄膜的分子结构以改善包装膜的表面性能，但是其表面的疏水性能的改善效果有限，并且通过设计高分子聚合物薄膜的分子结构以改善包装膜的表面性能的方法需要多步反应，步骤繁琐，生产效率低，成本高，耐久性差，无法满足日益提高的食品保存需求。
基于以上技术缺陷及市场需求，亟需一种具有高疏水性表面、加工工艺简单、生产效率高、成本低的包装膜及其制备方法的开发。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的包装膜表面疏水性能不高、加工成本高、耐久性差的缺陷，提供一种包装膜及其制备方法，所述包装膜具有疏水性强、加工工艺简单、生产效率高、成本低等优点，满足当今的市场需求，特别适合作为五金、塑料化工、建材、农副产品和医药行业等商品的包装膜。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种包装膜，所述包装膜包括：上塑料热封层11、下塑料热封层12，以及层叠在上塑料热封层11和下塑料热封层12之间的塑料阻隔层2，其中所述上塑料热封层11的上表面设置有第一疏水层31，所述下塑料热封层12的下表面设置有第二疏水层32，所述第一疏水层31和第二疏水层32各自包括粒径为3-100nm的疏水纳米材料。
本发明第二方面提供一种制备上述包装膜的方法，该方法包括以下步骤：
(i)分别在塑料阻隔层2的上、下表面形成上塑料热封层11和下塑料热封层12；
(ii)使用含有疏水性氧化物微粒、硅烷偶联剂、树脂和溶剂的涂布液分别在步骤(i)形成的上塑料热封层11的上表面和下塑料热封层12的下表面上通过卷对卷涂布的方式形成第一疏水层31和第二疏水层32。
本发明提供的包装膜或由本发明提供的方法制备的包装膜，通过将含有疏水性氧化物微粒、硅烷偶联剂、树脂和溶剂的涂布液以卷对卷的方式在上塑料热封层11的上表面和下塑料热封层12的下表面形成第一疏水层31和第二疏水层32，并且制备过程中所述第一疏水层31、上塑料热封层11、塑料阻隔层2、下塑料热封层12和第二疏水层32以特定的厚度比例贴合，使制得的包装膜具有较高的疏水性能，使其可广泛应用于防水、防污、自清洁、流体减阻、抑菌等领域，此外，由本发明提供的包装膜的制备工艺简单、操作方便、生产效率高、成本低，适合大规模批量生产，因此所述包装膜在现实生产和生活中具有广阔的应用前景。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是由本发明提供的包装膜的组成结构示意图。
附图标记说明
11、上塑料热封层 12、下塑料热封层 2、塑料阻隔层
31、第一疏水层 32、第二疏水层
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指相对于本发明中的包装膜的组成结构示意图的方位。
本发明提供了一种包装膜，如图1所示，所述包装膜包括：上塑料热封层11、下塑料热封层12，以及层叠在上塑料热封层11和下塑料热封层12之间的塑料阻隔层2，其中所述上塑料热封层11的上表面设置有第一疏水层31，所述下塑料热封层12的下表面设置有第二疏水层32，所述第一疏水层31和第二疏水层32各自包括粒径为3-100nm的疏水纳米材料。
在本发明中，由于所述包装膜中，所述上塑料热封层11的上表面和所述下塑料热封层12的下表面各自设置有第一疏水层31和第二疏水层32，且所述第一疏水层31和第二疏水层32各自包括粒径为3-100nm的疏水纳米材料，可以使所述包装膜兼具较高的韧性和表面疏水性，防水防潮防污性能好，减少所述包装膜表面流体粘滞等优良特性。
在本发明中，为了进一步提高所述包装膜的表面疏水性，甚至使所述包装膜表面具有自清洁的功能，所述疏水纳米材料为疏水性气相白炭黑。疏水性气相白炭黑是通过亲水性疏水性气相白炭黑与活性硅烷(例如氯硅烷或六甲基二硅胺烷)发生化学反应而制得，其具有疏水性(憎水性)，而且不能在水中分散。通过用硅烷或硅氧烷处理改性亲水级别的气相法白炭黑生产疏水性的疏水性气相白炭黑，在最终的产品中，化学处理剂以化学键方式结合在原来的亲水性氧化物上。除了亲水性产品的上述优点外，疏水性气相白炭黑产品的特点是：低吸湿性、很好的分散性、即使对于极性体系也有流变调节能力。
在本发明中，为了增强所述第一疏水层31和第二疏水层32与所述上塑料热封层11和下塑料热封层12的黏结性，所述疏水性气相白炭黑表面具有硅烷偶联剂。
在本发明中，所述第一疏水层31和第二疏水层32优选由含有疏水性氧化物微粒、硅烷偶联剂、树脂和溶剂的涂布液形成，在所述含有疏水性氧化物微粒、硅烷偶联剂、树脂和溶剂的涂布液中，所述疏水性氧化物微粒的含量优选为3-4wt％。由含有疏水性氧化物微粒、硅烷偶联剂、树脂和溶剂的涂布液形成的所述第一疏水层31和第二疏水层32的表面具有所述疏水性气相白炭黑的凸起结构，当水滴与所述凸起结构接触时，可以在接触表面产生微小气囊，减小水滴与所述第一疏水层31和第二疏水层32表面的有效接触面积，且所述凸起结构可以有效降低所述第一疏水层31和第二疏水层32表面的表面张力，根据表面润湿机理，使所述第一疏水层31和第二疏水层32表面具有较强的疏水效果，从而提升所述包装膜的内外表面的疏水效果。当所述疏水性氧化物微粒的含量为3-4wt％时，所述第一疏水层31和第二疏水层32的表面疏水性能最优。
在本发明中，为了所述疏水性氧化物微粒良好分散，所述溶剂的种类优选为乙二醇、水、乙醇和异丙醇中的至少一种。
在本发明中，为了加速所述第一疏水层31和第二疏水层32固化，并使所述第一疏水层31和第二疏水层32具有一定的粘结力，所述树脂的种类优选为水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性丙烯酸改性环氧树脂和水性丙烯酸改性醇酸树脂中的至少一种。
在本发明中，为了在保障所述包装膜的韧性的前提下，使所述包装膜具有最优的疏水性，所述第一疏水层31、上塑料热封层11、塑料阻隔层2、下塑料热封层12和第二疏水层32的厚度比优选为0.05-1：1-10：1：1-10：0.05-1。
优选情况下，所述第一疏水层31和第二疏水层32的厚度可以为0.05-1μm；所述上塑料热封层11和下塑料热封层12的厚度可以为1-10μm；所述塑料阻隔层2的厚度可以为0.5-1.5μm。
在本发明中，所述上塑料热封层11和下塑料热封层12优选为柔性透明材料；更优选地，所述上塑料热封层11和下塑料热封层12为聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸、聚丙烯和聚乙烯化合物中的至少一种。上述材料具有较高的阻气性、疏水性和韧性，适用于多种产品的包装。最优选地，所述上塑料热封层11和下塑料热封层12为聚萘二甲酸乙二醇酯，聚萘二甲酸乙二醇酯突出的特点是阻气性好，同样厚度的膜，聚萘二甲酸乙二醇酯的气密性远高于聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等薄膜材料。实验表明，聚萘二甲酸乙二醇酯对O2、CO2和水蒸气的阻隔性较高，使用其作为所述包装膜的上塑料热封层11和下塑料热封层12时，所述包装膜的气体阻隔性显著增强。
在本发明中，所述塑料阻隔层2为含有聚乳酸和聚乙烯醇共混挤出物的材料，其中，所述聚乳酸和聚乙烯醇的用量的重量比优选为0.8-3：1，更优选地，所述塑料阻隔层2中还含有增韧剂，所述聚乳酸、聚乙烯醇和增韧剂的用量的重量比优选为0.8-3：0.5-1.5：1。所述增韧剂可以为环氧树脂、酚醛树脂和不饱和聚酯树脂中的至少一种。在本发明中，所述聚乳酸的重均分子量为80000-600000g/mol，所述聚乙烯醇的重均分子量为16000-20000g/mol。
在本发明中，所述第一疏水层31和第二疏水层32通过卷对卷涂布的方式形成。
本发明还提供了一种制备前述包装膜的方法，该方法包括以下步骤：
(i)分别在塑料阻隔层2的上、下表面形成上塑料热封层11和下塑料热封层12；
(ii)使用含有疏水性氧化物微粒、硅烷偶联剂、树脂和溶剂的涂布液分别在步骤(i)形成的上塑料热封层11的上表面和下塑料热封层12的下表面上通过卷对卷涂布的方式形成第一疏水层31和第二疏水层32。
在本发明提供的制备包装膜的方法中，在步骤(i)中形成上塑料热封层11和下塑料热封层12的过程可以包括：在加工温度为250-300℃、挤出压力为10-30kg/cm2、加工速度为20-40m/min的条件下进行复合挤出，在塑料阻隔层2的上表面形成1-10μm厚的上塑料热封层11；重复前述步骤，在塑料阻隔层2的下表面形成1-10μm厚的下塑料热封层12。
在步骤(ii)中形成第一疏水层31和第二疏水层32的过程可以包括：在形成有上塑料热封层11和下塑料热封层12的塑料阻隔层2在涂布线上放卷，经过涂布头，涂布所述涂布液，然后进行干燥固化，形成0.05-1μm厚的第一疏水层31和第二疏水层32，优选地，所述放卷的车速为5-15m/min。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下各实施例和对比例中，包装膜的静态接触角和滚动角通过JC2000C1B接触角测量仪测得，测量静态接触角时，每滴液滴的体积为5μL，在样品表面3个不同位置进行测试，取平均值作为测试结果；测量滚动接触角时，将样品台倾斜，水滴即将滚动时，样品台倾斜的角度即为滚动角。
以下各实施例和对比例中，包装膜的拉伸强度根据GB/T 13022-1991，用万能材料试验机在拉伸速率为10mm/min的条件下测试。
以下各实施例和对比例中，疏水性气相白炭黑购自于德固赛公司。
以下各实施例和对比例中，聚乳酸的重均分子量为80000-600000g/mol。
以下各实施例和对比例中，聚乙烯醇的重均分子量为16000-20000g/mol
以下各实施例和对比例中，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)购自于国药集团化学试剂有限公司，CAS号为25853-85-4。
实施例1-4和对比例1-3
如图1所示，本发明提供的制备包装膜的方法包括以下步骤：
(i)在加工温度为275℃、挤出压力为20kg/cm2、加工速度为30m/min的条件下进行复合挤出，在塑料阻隔层2的上表面形成上塑料热封层11；
(ii)重复步骤(i)，在塑料阻隔层2的下表面形成下塑料热封层12；
(iii)将上、下表面形成有上塑料热封层11和下塑料热封层12的塑料阻隔层2在涂布线上放卷，放卷的车速为10m/min，经过涂布头，涂布含有疏水性氧化物微粒、硅烷偶联剂、树脂和溶剂的涂布液，然后依次经过三个温度分别为100℃、120℃和100℃干燥箱进行干燥固化，在上塑料热封层11的上表面形成第一疏水层31；
(iv)重复步骤(iii)，在下塑料热封层12的下表面形成第二疏水层32。
各实施例和对比例中，使用的疏水纳米材料为疏水性气相白炭黑的粒径、浓度、所述第一疏水层31、上塑料热封层11、塑料阻隔层2、下塑料热封层12和第二疏水层32的厚度如表1所示。
测试各包装膜的拉伸强度、静态接触角和滚动角，测试结果如表1所示。
表1
通过表1的结果可以看出，采用本发明提供的包装膜具有较高的疏水性能和较优的拉伸强度，使其可广泛应用于防水、防污、自清洁、流体减阻、抑菌等领域，此外，由本发明提供的包装膜的制备工艺简单、操作方便、生产效率高、成本低，适合大规模批量生产，因此所述包装膜在现实生产和生活中具有广阔的应用前景。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种包装膜，其特征在于，所述包装膜包括：上塑料热封层(11)、下塑料热封层(12)，以及层叠在上塑料热封层(11)和下塑料热封层(12)之间的塑料阻隔层(2)，其中所述上塑料热封层(11)的上表面设置有第一疏水层(31)，所述下塑料热封层(12)的下表面设置有第二疏水层(32)，所述第一疏水层(31)和第二疏水层(32)各自包括粒径为3-100nm的疏水纳米材料。
2.根据权利要求1所述的包装膜，其中，所述疏水纳米材料为疏水性气相白炭黑。
3.根据权利要求2所述的包装膜，其中，所述疏水性气相白炭黑表面具有硅烷偶联剂。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的包装膜，其中，所述第一疏水层(31)和第二疏水层(32)由含有疏水性氧化物微粒、硅烷偶联剂、树脂和溶剂的涂布液形成，在所述含有疏水性氧化物微粒、硅烷偶联剂、树脂和溶剂的涂布液中，所述疏水性氧化物微粒的含量为3-4wt％。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的包装膜，其中，所述第一疏水层(31)、上塑料热封层(11)、塑料阻隔层(2)、下塑料热封层(12)和第二疏水层(32)的厚度比为1-10：0.05-1：1：0.05-1：1-10。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的包装膜，其中，所述上塑料热封层(11)和下塑料热封层(12)为柔性透明材料；
优选地，所述上塑料热封层(11)和下塑料热封层(12)为聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸、聚丙烯和聚乙烯化合物中的至少一种；
更优选地，所述上塑料热封层(11)和下塑料热封层(12)为聚萘二甲酸乙二醇酯。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的包装膜，其中，所述塑料阻隔层(2)为含有聚乳酸和聚乙烯醇共混挤出物的材料。
8.根据权利要求1-3中任意一项所述的包装膜，其中，所述第一疏水层(31)和第二疏水层(32)通过卷对卷涂布的方式形成。
9.一种制备权利要求1-8中任意一项所述的包装膜的方法，该方法包括以下步骤：
(i)分别在塑料阻隔层(2)的上、下表面形成上塑料热封层(11)和下塑料热封层(12)；
(ii)使用含有疏水性氧化物微粒、硅烷偶联剂、树脂和溶剂的涂布液分别在步骤(i)形成的上塑料热封层(11)的上表面和下塑料热封层(12)的下表面上通过卷对卷涂布的方式形成第一疏水层(31)和第二疏水层(32)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，步骤(ii)中，所述卷对卷涂布的方式包括：将上、下表面形成有上塑料热封层(11)和下塑料热封层(12)的塑料阻隔层(2)在涂布线上放卷，经过涂布头，涂布所述涂布液，然后进行干燥固化。
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