CN109397779A - 一种高阻氧薄膜及其制备方法与应用 - Google Patents

一种高阻氧薄膜及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高阻氧薄膜及其制备方法与应用，该高阻氧薄膜由外到内依次包括：外层A；粘结层B1；吸氧层C1；粘结层B2；阻隔层D，包括中间层D2和中间层D2两侧的过渡层D1、D3；粘结层B3；吸氧层C2以及热封层E。其中吸氧层C1、C2由吸氧剂和聚烯烃树脂组成，吸氧剂的主要成分为乙丙烯酸甲酯和/或丙烯酸环己烯基三元共聚物本发明的高阻氧薄膜引入了由吸氧剂和聚烯烃树脂组成的吸氧层，其中吸氧剂在包装前用紫外线照射可产生自由基，该自由基与氧气结合达到吸氧的作用，有效阻隔氧气透过，大大提升薄膜的阻氧性能，而且紫外照射前该薄膜体系在空气中可稳定存在，引发后也不会产生降解副产物。

Description

一种高阻氧薄膜及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于包装薄膜技术领域，涉及一种高阻氧薄膜及其制备方法与应用。
背景技术
EVOH是乙烯与乙烯醇的共聚物，在潮湿的环境下，会与H2O形成氢键，而被吸的水分对于EVOH本身起了增塑作用，使分子间作用力发生变化，从而使其阻氧性能下降很快，含有6μm厚的EVOH材料的高阻隔膜在水浴灭菌前氧气透过率为2cc/[m2day]，是食品包装行业中应用较广的一种具有高阻氧性的食品包装薄膜。通常高阻氧食品包装膜在包装食品后，会先经水浴灭菌，但由于EVOH材料本身会与H2O反应的原因，当温度30℃，湿度80％时EVOH材料的氧气阻隔性能就会急剧下降，氧气透过率为60cc/[m2day]，无法达到原有高阻隔氧气的作用。所以对于水浴灭菌的产品，部分氧气会透过包装膜进入包装袋内，造成包装袋内氧含量过高，影响食品的保质期。
发明内容
针对现有技术中EVOH材料的高阻隔膜会与水反应而氧气阻隔性能降低的技术问题，本发明的第一目的是提供一种高阻氧薄膜，该高阻氧薄膜在水浴灭菌处理后仍能保持较高阻隔氧气的作用，进一步降低包装袋内的氧气含量，延长产品保质期。
本发明的高阻氧薄膜包括：
外层A，材质为聚酰胺、聚烯烃或聚酯；
吸氧层C1，由吸氧剂和聚烯烃组成，其中吸氧剂的主要成分为乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸环己烯基三元共聚物(EMCM)；
粘结层B2，材质为粘合树脂；
阻隔层D，包括中间层D2和中间层两侧的过渡层D1、D3，中间层D2材质为乙烯-乙烯醇共聚物，过渡层D1、D3材质为聚酰胺；
粘结层B3，材质为粘合树脂；
吸氧层C2，由吸氧剂和聚烯烃组成，其中吸氧剂的主要成分为乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸环己烯基三元共聚物；
热封层E，材质为聚烯烃。
本发明的一些较佳实施例中，外层A和吸氧层C1之间还设有粘结层B1，材质为粘合树脂。
本发明所述高阻氧薄膜中各层材质的选择相互独立，其中聚酰胺可选自尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙1010、尼龙11、尼龙12和尼龙1212等。聚烯烃可选自聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯等，其中聚乙烯为线性低密度聚乙烯(LLDPE)、超低密度聚乙烯(ULDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)中的一种或两种以上。聚酯可采用聚对苯二甲酸乙二酯或其他类似的适合制备薄膜的聚合物。粘合树脂则可选自酸酐改性的聚乙烯或聚丙烯。吸氧剂可根据实际需要添加少量的其他常用吸氧剂配合使用，也可以不添加。
优选的，粘结层B1、B2和B3中，所述的粘合树脂为顺丁烯二酸酐改性聚乙烯。
优选的，吸氧层C1中，吸氧剂和聚烯烃的质量比为1:9～1:1；吸氧层C2中，吸氧剂和聚烯烃的质量比为1:9～1:1。
更优选的，吸氧层C1和吸氧层C2中，吸氧剂和聚烯烃的质量比均为3:7。
本发明的一些较佳实施例中，
外层A材质为尼龙6、聚乙烯、聚丙烯或聚对苯二甲酸乙二酯；
粘结层B1材质为顺丁烯二酸酐改性聚乙烯；
吸氧层C1由质量比为1:9～1:1的吸氧剂和聚乙烯或聚丙烯组成；
粘结层B2材质为顺丁烯二酸酐改性聚乙烯；
阻隔层D中，中间层D2材质为乙烯-乙烯醇共聚物，过渡层D1、D3材质为尼龙6；
粘结层B3材质为顺丁烯二酸酐改性聚乙烯；
吸氧层C2由质量比为1:9～1:1的吸氧剂和聚乙烯或聚丙烯组成；
热封层E材质为聚乙烯或聚丙烯。
更优选的实施例中，
外层A材质为尼龙6；
粘结层B1材质为顺丁烯二酸酐改性聚乙烯；
吸氧层C1由质量比为7:3的吸氧剂和聚乙烯组成；
粘结层B2材质为顺丁烯二酸酐改性聚乙烯；
阻隔层D中，中间层D2材质为乙烯-乙烯醇共聚物，过渡层D1、D3材质为尼龙6；
粘结层B3材质为顺丁烯二酸酐改性聚乙烯；
吸氧层C2由质量比为7:3的吸氧剂和聚乙烯组成；
热封层E材质为聚乙烯。
本发明的第二目的在于提供一种制备所述高阻氧薄膜的方法，其特征在于，通过多层共挤吹膜法制备，包括步骤：
第1层，将外层A的原料聚酰胺、聚烯烃或聚酯加入挤出机的料斗1中，温度为220-250℃的条件下熔融，进入口模；
第2层，将粘结层B1的原料粘合树脂加入挤出机的料斗2中，温度为195-220℃条件下熔融，进入口模；
第3层，将吸氧层C1的原料吸氧剂和聚烯烃混合后加入挤出机的料斗3中，温度为170-195℃条件下熔融，进入口模；
第4层，将粘结层B2的原料粘合树脂加入挤出机的料斗4中，温度为195-220℃条件下熔融，进入口模；
第5层，将过渡层D1的原料聚酰胺加入挤出机的料斗5中，温度为220-250℃条件下熔融，进入口模；
第6层，将中间层D2的原料乙烯-乙烯醇共聚物加入挤出机的料斗6中，温度为190-210℃条件下熔融，进入口模；
第7层，将过渡层D3的原料聚酰胺加入挤出机的料斗7中，温度为220-250℃条件下熔融，进入口模；
第8层，将粘结层B3的原料粘合树脂加入挤出机的料斗8中，温度为95-220℃的条件下熔融，进入口模；
第9层，将吸氧层C2的原料吸氧剂和聚烯烃混合后加入挤出机的料斗9中，温度为180-220℃条件下熔融，进入口模；
第10层，将热封层E的原料聚烯烃加入挤出机的料斗10中，温度为180-220℃条件下熔融，进入口模；
然后经过挤出，冷却定型得到所述高阻氧薄膜。
本发明的所述高阻氧薄膜可应用于包装材料中。尤其适用于食品或药品包装的塑料袋或易揭盖膜等包装材料。
本发明的积极进步效果在于：
本发明在现有阻氧薄膜的基础上，通过引入由吸氧剂和聚烯烃树脂组成的吸氧层，其中吸氧剂的主要成分为乙丙烯酸甲酯/丙烯酸环己烯基三元共聚物，在包装前用紫外线照射可使其产生自由基，该自由基与氧气结合达到吸氧的作用，有效阻隔氧气透过，大大提升薄膜的阻氧性能，而且紫外照射前该薄膜体系在空气中可稳定存在，引发后也不会产生降解副产物，可适用于食品或药品包装的塑料袋或易揭盖膜等包装材料。
本发明采用多层共挤膜法制备所述高阻氧薄膜，同时薄膜中间的EVOH层两侧分别通过过渡层和粘结层与吸氧层复合，有效提高了薄膜各层之间的复合稳定性，不仅可避免层间剥离现象，而且综合了EVOH的高阻隔性能以及吸氧层的阻氧性能，使得薄膜即使水浴灭菌后也具有较高的阻氧性能，可以保证薄膜度过EVOH在吸水后对氧气的阻隔性能下降的时间段，尤其是吸氧层采用PE/吸氧剂＝7/3比例的共混树脂时，起到的阻隔效果最理想。
附图说明
图1为普通型阻氧薄膜的结构示意图；
图2本发明高阻氧型薄膜的结构示意图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，给出以下系列具体实施例，但本发明并不受这些具体实施例的限制，任何了解该领域的技术人员对本发明的些许改动将可以达到类似的结果，这些改动也包含在本发明之中。
对比例1
图1所示为对比例1普通型阻氧薄膜的结构示意图，为PA/TIE//PE/TIE/PA/EVOH/PA/TIE/PE结构，总厚度为125μm。
制备过程包括以下步骤：
第1层(外层A)，将原料PA(尼龙6，下同)加入挤出机的料斗1中，温度为220-250℃的条件下熔融，进入口模；
第2层(粘结层B1)，将原料TIE(顺丁烯二酸酐改性聚乙烯，下同)加入挤出机的料斗2中，温度为195-220℃条件下熔融，进入口模；
第3层(吸氧层C1)，将原料PE(LLDPE+LDPE两种共混，下同)加入挤出机的料斗3中，温度为170-195℃条件下熔融，进入口模；
第4层(粘结层B2)，将原料TIE(顺丁烯二酸酐改性聚乙烯，下同)加入挤出机的料斗4中，温度为195-220℃的条件下熔融，进入口模；
第5层(过渡层D1)，将原料PA加入挤出机的料斗5中，温度为220-250℃条件下熔融，进入口模；
第6层(中间层D2)，将原料EVOH(乙烯-乙烯醇共聚物，下同)加入挤出机的料斗6中，温度为190-210℃条件下熔融，进入口模。
第7层(过渡层D3)，将原料PA加入挤出机的料斗7中，温度为220-250℃条件下熔融，进入口模；
第8层(粘结层B3)，将原料TIE加入挤出机的料斗8中，温度为95-220℃的条件下熔融，进入口模；
第9层(吸氧层C2)，将原料PE加入挤出机的料斗9中，温度为180-220℃条件下熔融，进入口模；
第10层(热封层E)，将原料PE加入挤出机的料斗10中，温度为180-220℃条件下熔融，进入口模；
然后经过挤出，冷却定型，最后，按需要用收卷机将其收卷。
图2所示为本发明实施例1～3高阻氧薄膜的结构示意图，结构和总厚度与对比例1普通型阻氧薄膜相同，区别在于第3层和第9层采用由吸氧剂和PE树脂组成吸氧共混树脂，吸氧剂的主要成分为乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸环己烯基三元共聚物，在包装前用紫外线照射可使其产生自由基，该自由基与氧气结合达到吸氧的作用，紫外照射前该体系在空气中可稳定存在，引发后不会产生降解副产物。
实施例1
制备过程包括以下步骤：
第1层(外层A)，将原料PA加入挤出机的料斗1中，温度为220-250℃的条件下熔融，进入口模；
第2层(粘结层B1)，将原料TIE加入挤出机的料斗2中，温度为195-220℃条件下熔融，进入口模；
第3层(吸氧层C1)，将原料PE+吸氧剂(质量比9/1)加入挤出机的料斗3中，温度为170-195℃条件下熔融，进入口模；
第4层(粘结层B2)，将原料TIE加入挤出机的料斗4中，温度为195-220℃的条件下熔融，进入口模；
第5层(过渡层D1)，将原料PA加入挤出机的料斗5中，温度为220-250℃条件下熔融，进入口模；
第6层(中间层D2)，将原料EVOH加入挤出机的料斗6中，温度为190-210℃条件下熔融，进入口模。
第7层(过渡层D3)，将原料PA加入挤出机的料斗7中，温度为220-250℃条件下熔融，进入口模；
第8层(粘结层B3)，将原料TIE加入挤出机的料斗8中，温度为95-220℃的条件下熔融，进入口模；
第9层(吸氧层C2)，将原料PE+吸氧剂(质量比9/1)加入挤出机的料斗9中，温度为180-220℃条件下熔融，进入口模；
第10层(热封层E)，将原料PE加入挤出机的料斗10中，温度为180-220℃条件下熔融，进入口模；
然后经过挤出，冷却定型，最后，按需要用收卷机将其收卷。
实施例2
制备过程包括以下步骤：
第1层(外层A)，将原料PA加入挤出机的料斗1中，温度为220-250℃的条件下熔融，进入口模；
第2层(粘结层B1)，将原料TIE加入挤出机的料斗2中，温度为195-220℃条件下熔融，进入口模；
第3层(吸氧层C1)，将原料PE+吸氧剂(质量比7/3)加入挤出机的料斗3中，温度为170-195℃条件下熔融，进入口模；
第4层(粘结层B2)，将原料TIE加入挤出机的料斗4中，温度为195-220℃的条件下熔融，进入口模；
第5层(过渡层D1)，将原料PA加入挤出机的料斗5中，温度为220-250℃条件下熔融，进入口模；
第6层(中间层D2)，将原料EVOH加入挤出机的料斗6中，温度为190-210℃条件下熔融，进入口模。
第7层(过渡层D3)，将原料PA加入挤出机的料斗7中，温度为220-250℃条件下熔融，进入口模；
第8层(粘结层B3)，将原料TIE加入挤出机的料斗8中，温度为95-220℃的条件下熔融，进入口模；
第9层(吸氧层C2)，将原料PE+吸氧剂(质量比7/3)加入挤出机的料斗9中，温度为180-220℃条件下熔融，进入口模；
第10层(热封层E)，将原料PE加入挤出机的料斗10中，温度为180-220℃条件下熔融，进入口模；
然后经过挤出，冷却定型，最后，按需要用收卷机将其收卷。
实施例3
制备过程包括以下步骤：
第1层(外层A)，将原料PA加入挤出机的料斗1中，温度为220-250℃的条件下熔融，进入口模；
第2层(粘结层B1)，将原料TIE加入挤出机的料斗2中，温度为195-220℃条件下熔融，进入口模；
第3层(吸氧层C1)，将原料PE+吸氧剂(质量比1/1)加入挤出机的料斗3中，温度为170-195℃条件下熔融，进入口模；
第4层(粘结层B2)，将原料TIE加入挤出机的料斗4中，温度为195-220℃的条件下熔融，进入口模；
第5层(过渡层D1)，将原料PA加入挤出机的料斗5中，温度为220-250℃条件下熔融，进入口模；
第6层(中间层D2)，将原料EVOH加入挤出机的料斗6中，温度为190-210℃条件下熔融，进入口模。
第7层(过渡层D3)，将原料PA加入挤出机的料斗7中，温度为220-250℃条件下熔融，进入口模；
第8层(粘结层B3)，将原料TIE加入挤出机的料斗8中，温度为95-220℃的条件下熔融，进入口模；
第9层(吸氧层C2)，将原料PE+吸氧剂(质量比1/1)加入挤出机的料斗9中，温度为180-220℃条件下熔融，进入口模；
第10层(热封层E)，将原料PE加入挤出机的料斗10中，温度为180-220℃条件下熔融，进入口模；
然后经过挤出，冷却定型，最后，按需要用收卷机将其收卷。
对比例1、实施例1～3的薄膜总的原料配比如表1所示。
表1对比例1、实施例1～3薄膜的原料配比
取对比例1、实施例1、实施例2、实施例3的薄膜用等压法在常温(25℃)下进行氧气透过率测试；
取对比例1、实施例1、实施例2、实施例3的薄膜在90℃的水浴里灭菌30min，用等压法在常温(25℃)下进行氧气透过率测试；
经过水浴灭菌的对比例1、实施例1、实施例2、实施例3放在30℃的恒温环境下烘干2天、4天、7天，并用等压法在常温(25℃)下进行氧气透过率测试。
氧气透过率测试方法参见标准GB/T19789-2005，测试结果如表2所示。
表2对比例1、实施例1～3的阻氧性能测试结果
通过表1测试数据可以看出：对比例1普通阻氧薄膜在水浴灭菌后的4～6天内，阻氧性能大大降低，而本发明实施例1～3的高阻氧薄膜在第3层和第9层分别采用吸氧共混树脂，相比于对比例1普通阻氧薄膜，即使水浴灭菌后也具有较高的阻氧性能，可以保证薄膜度过EVOH在吸水后对氧气的阻隔性能下降的时间段，尤其是在第3层和第9层采用加入PE/吸氧剂＝7/3比例的共混树脂，起到阻隔效果最理想。
本发明采用多层共挤膜法制备所述高阻氧薄膜，薄膜中间的EVOH层两侧分别通过过渡层和粘结层与吸氧层复合，有效提高了薄膜各层之间的复合稳定性，不仅可避免层间剥离现象，而且综合了EVOH的高阻隔性能以及吸氧层的阻氧性能，使得薄膜即使水浴灭菌后也具有较高的阻氧性能，可以保证薄膜度过EVOH在吸水后对氧气的阻隔性能下降的时间段，尤其是吸氧层采用PE/吸氧剂＝7/3比例的共混树脂时，起到的阻隔效果最理想。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种高阻氧薄膜，其特征在于，其由外到内依次包括：
外层A，材质为聚酰胺、聚烯烃或聚酯；
吸氧层C1，由吸氧剂和聚烯烃组成，其中吸氧剂的主要成分为乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸环己烯基三元共聚物；
粘结层B2，材质为粘合树脂；
阻隔层D，包括中间层D2和中间层D2两侧的过渡层D1、D3，中间层D2材质为乙烯-乙烯醇共聚物，过渡层D1、D3材质为聚酰胺；
粘结层B3，材质为粘合树脂；
吸氧层C2，由吸氧剂和聚烯烃组成，其中吸氧剂的主要成分为乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸环己烯基三元共聚物；
热封层E，材质为聚烯烃。
2.如权利要求1所述的高阻氧薄膜，其特征在于，外层A和吸氧层C1之间还设有粘结层B1，材质为粘合树脂。
3.如权利要求2所述的高阻氧薄膜，其特征在于，粘结层B1、B2和B3中，所述的粘合树脂为顺丁烯二酸酐改性聚乙烯。
4.如权利要求2所述的高阻氧薄膜，其特征在于，吸氧层C1中，吸氧剂和聚烯烃的质量比为1:9～1:1；吸氧层C2中，吸氧剂和聚烯烃的质量比为1:9～1:1。
5.如权利要求4所述的高阻氧薄膜，其特征在于，吸氧层C1和吸氧层C2中，吸氧剂和聚烯烃的质量比均为3:7。
6.如权利要求2所述的高阻氧薄膜，其特征在于，
外层A材质为尼龙6、聚乙烯、聚丙烯或聚对苯二甲酸乙二酯；
粘结层B1材质为顺丁烯二酸酐改性聚乙烯；
吸氧层C1由质量比为1:9～1:1的吸氧剂和聚乙烯或聚丙烯组成；
粘结层B2材质为顺丁烯二酸酐改性聚乙烯；
阻隔层D中，中间层D2材质为乙烯-乙烯醇共聚物，过渡层D1、D3材质为尼龙6；
粘结层B3材质为顺丁烯二酸酐改性聚乙烯；
吸氧层C2由质量比为1:9～1:1的吸氧剂和聚乙烯或聚丙烯组成；
热封层E材质为聚乙烯或聚丙烯。
7.如权利要求2所述的高阻氧薄膜，其特征在于，
外层A材质为尼龙6；
粘结层B1材质为顺丁烯二酸酐改性聚乙烯；
吸氧层C1由质量比为7:3的吸氧剂和聚乙烯组成；
粘结层B2材质为顺丁烯二酸酐改性聚乙烯；
阻隔层D中，中间层D2材质为乙烯-乙烯醇共聚物，过渡层D1、D3材质为尼龙6；
粘结层B3材质为顺丁烯二酸酐改性聚乙烯；
吸氧层C2由质量比为7:3的吸氧剂和聚乙烯组成；
热封层E材质为聚乙烯。
8.一种制备权利要求2～7任一项所述高阻氧薄膜的方法，其特征在于，通过多层共挤吹膜法制备，包括步骤：
第1层，将外层A的原料聚酰胺、聚烯烃或聚酯加入挤出机的料斗1中，温度为220-250℃的条件下熔融，进入口模；
第2层，将粘结层B1的原料粘合树脂加入挤出机的料斗2中，温度为195-220℃条件下熔融，进入口模；
第3层，将吸氧层C1的原料吸氧剂和聚烯烃混合后加入挤出机的料斗3中，温度为170-195℃条件下熔融，进入口模；
第4层，将粘结层B2的原料粘合树脂加入挤出机的料斗4中，温度为195-220℃条件下熔融，进入口模；
第5层，将过渡层D1的原料聚酰胺加入挤出机的料斗5中，温度为220-250℃条件下熔融，进入口模；
第6层，将中间层D2的原料乙烯-乙烯醇共聚物加入挤出机的料斗6中，温度为190-210℃条件下熔融，进入口模；
第7层，将过渡层D3的原料聚酰胺加入挤出机的料斗7中，温度为220-250℃条件下熔融，进入口模；
第8层，将粘结层B3的原料粘合树脂加入挤出机的料斗8中，温度为95-220℃的条件下熔融，进入口模；
第9层，将吸氧层C2的原料吸氧剂和聚烯烃混合后加入挤出机的料斗9中，温度为180-220℃条件下熔融，进入口模；
第10层，将热封层E的原料聚烯烃加入挤出机的料斗10中，温度为180-220℃条件下熔融，进入口模；
然后经过挤出，冷却定型得到所述高阻氧薄膜。
9.如权利要求1～7任一项所述的高阻氧薄膜在包装材料中的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的包装材料为用于食品或药品包装的塑料袋或易揭盖膜。
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