CN109763200A - 具有防水、防油、透气性能的包装膜材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有防水、防油、透气性能的包装膜材料及其制备方法，涉及包装膜材料技术领域。本发明提供的一种具有防水、防油、透气性能的包装膜材料及其制备方法，采用聚合物组分与聚乙烯醇缩丁醛和封闭型异氰酸酯、防水防油剂共同溶于溶剂后进行静电纺丝，将得到的静电纺纤维膜再进行热诱导，使纤维膜中的聚乙烯醇缩丁醛和封闭型异氰酸酯发生交联反应，进而改变纤维膜的内部结构，从而使得制备得到高强韧包装膜材料的力学性能获得增强的同时，材料还可兼具防水、防油、透气的特点。本发明可解决食品包装膜力学性能较差，透气性能低的技术问题，达到在提高食品包装膜材料强度和韧性的同时，改善透气性的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及包装膜材料技术领域，特别涉及一种具有防水、防油、透气性能的包装膜材料及其制备方法。
背景技术
食品的包装膜材料在食品的运输和贮藏中尤为重要，它可以最大程度阻隔外界环境，抵抗微生物的入侵，从而保证食品的品质。目前，市场上普遍使用的包装膜主要是聚乙烯或聚氯乙烯塑料薄膜，这些塑料膜的降解困难带来的“白色污染”问题已经严重威胁到自然环境，日益成为世界公害。人们希望使用的包装膜材料在保证安全性的基础上具有优良的环保性，同时还能具备较高的使用性能。
现有技术采用聚乳酸、聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物、聚己内酯等高分子材料作为聚合物原料，通过静电纺丝技术制备生物可降解的纤维膜包装材料，用其来替代传统聚乙烯薄膜能够有效缓解“白色污染”问题，在可降解食品包装材质中具有广泛的发展前景。如Vega-Lugo等（Vega-Lugo A C, Lim L T; Food Research International, 2009, 42(8):933-940.）利用大豆分离蛋白或聚乳酸制备的纤维乳液，与天然活性物质人造芥子油混合，在β-环糊精的复合作用下形成的纳米纤维，在聚乳酸铸型薄膜上沉积，可得到双层膜的新型食品包装材料，但其制备过程较为复杂；王雪芳等（王雪芳, 王鸿博, 傅佳佳; 食品工业科技, 2014, 35(20): 366-368+387）制备了聚乳酸/TiO2静电纺纳米纤维膜，能够在一定程度上降低草莓的重量损失和腐烂指数，从而延长草莓的贮藏期限。
在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：
现有技术提供的聚乳酸、聚己内酯等可降解聚合物作为食品包装膜材料虽然能够有效缓解传统聚乙烯薄膜的环境污染问题，但其本身结构上的缺陷导致其静电纺纤维膜材料强度低、韧性差、疏水性差，从而使得食品包装膜材料的力学性能较差，易被外力损坏；此外，食品包装膜的透气性也较低，使得其在包装加热食物时，食品包装膜内部沾染大量水蒸汽，容易影响食品口感并加剧微生物滋长。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种具有防水、防油、透气性能的包装膜材料及其制备方法，本发明通过采用聚乳酸、聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物、聚己内酯、聚3-羟基烷酸酯和聚丁二酸丁二酯中的至少一种与聚乙烯醇缩丁醛和封闭型异氰酸酯、防水防油剂共同溶于溶剂后进行静电纺丝，将得到的静电纺纤维膜再进行热诱导使纤维膜中的聚乙烯醇缩丁醛和封闭型异氰酸酯发生交联反应，从而使得防水防油的静电纺纤维膜的力学性能获得增强，透气性能得到改善，实现对食品包装膜材料的改良。本发明的技术方案如下：
根据本发明实施例的第一个方面，提供一种具有防水、防油、透气性能的包装膜材料及其制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将聚合物组分和交联剂组分加至溶剂中机械搅拌5-12h，得到聚合物/交联剂溶液，再将防水防油剂加至所述聚合物/交联剂溶液中机械搅拌5-12h后，超声处理2-12h，得到均相的静电纺丝溶液，所述聚合物组分为聚乳酸、聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物、聚己内酯、聚3-羟基烷酸酯和聚丁二酸丁二酯中的至少一种，所述交联剂组分为聚乙烯醇缩丁醛和封闭型异氰酸酯；
将所述静电纺丝溶液送入静电纺丝装置进行静电纺丝，制备得到静电纺纤维膜，静电纺丝工序采用的工作参数包括：纺丝电压为10~50kV，接收距离为5~50cm，环境温度为10~40℃，相对湿度为10~60%；
将所述静电纺纤维膜送入热诱导交联装置进行热诱导1-2h，使得所述静电纺纤维膜中的聚乙烯醇缩丁醛受热熔融并与封闭型异氰酸酯产生交联反应，制备得到具有防水、防油、透气性能的高强韧包装膜材料。
在一个优选的实施例中，所述热诱导交联装置的热诱导方式为微波加热、远红外加热与蒸汽加热中的一种。
在一个优选的实施例中，所述防水防油剂为低碳含氟聚合物、超支化树状大分子聚合物中的至少一种。
在一个优选的实施例中，所述防水防油剂的含量为所述静电纺丝溶液的1~15wt%。
在一个优选的实施例中，所述聚合物组分的含量为所述静电纺丝溶液的5~40wt%。
在一个优选的实施例中，所述交联剂组分的含量为所述静电纺丝溶液的0.1~20wt%。
在一个优选的实施例中，所述溶剂为丙酮、异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、环己酮中的至少一种。
根据本发明实施例的第二个方面，提供一种具有防水、防油、透气性能的包装膜材料，其特征在于，所述包装膜材料由上述示出的任意一种具有防水、防油、透气性能的包装膜材料的制备方法制备得到，所述包装膜材料由聚合物组分、交联剂组分和防水防油剂溶于溶剂后形成的静电纺丝溶液经过静电纺丝形成静电纺纤维膜后，经热诱导工序将静电纺纤维膜中的聚乙烯醇缩丁醛受热熔融并与封闭型异氰酸酯产生交联反应制备得到。
与现有技术相比，本发明提供的一种具有防水、防油、透气性能的包装膜材料及其制备方法具有以下优点：
本发明提供的一种具有防水、防油、透气性能的包装膜材料及其制备方法，针对可降解聚合物直接进行静电纺丝制备得到的食品包装膜力学性能较差，透气性能低的技术问题，采用聚合物组分与聚乙烯醇缩丁醛和封闭型异氰酸酯、防水防油剂共同溶于溶剂后进行静电纺丝，将得到的静电纺纤维膜再进行热诱导，使纤维膜中的聚乙烯醇缩丁醛和封闭型异氰酸酯发生交联反应，进而改变纤维膜的内部结构，从而使得制备得到高强韧包装膜材料的力学性能获得增强的同时，透气性能得到改善。本发明可解决食品包装膜力学性能较差，透气性能极低的技术问题，达到提高食品包装膜材料强度和韧性的同时，改善透气性的技术效果。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种具有防水、防油、透气性能的包装膜材料的制备方法的方法流程图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种聚乙烯醇缩丁醛和封闭型异氰酸酯的交联反应方程式示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
本发明通过将聚合物组分与聚乙烯醇缩丁醛和封闭型异氰酸酯、防水防油剂共同溶于溶剂后进行静电纺丝，将得到的静电纺纤维膜再进行热诱导，使纤维膜中的聚乙烯醇缩丁醛和封闭型异氰酸酯发生交联反应制备得到具有防水、防油、透气性能的包装膜材料，该包装膜材料在具备优秀防水、防油、透气性能的同时，还兼具力学性能优秀等优点，本发明通过以下技术方案实现：
图1是根据一示例性实施例示出的一种食品包装膜材料的制备方法的方法流程图，如图1所示，该方法包括：
步骤101：将聚合物组分和交联剂组分加至溶剂中机械搅拌5-12h，得到聚合物/交联剂溶液，再将防水防油剂加至所述聚合物/交联剂溶液中机械搅拌5-12h后，超声处理2-12h，得到均相的静电纺丝溶液，所述聚合物组分为聚乳酸、聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物、聚己内酯、聚3-羟基烷酸酯和聚丁二酸丁二酯中的至少一种，所述交联剂组分为聚乙烯醇缩丁醛和封闭型异氰酸酯。
步骤102：将所述静电纺丝溶液送入静电纺丝装置进行静电纺丝，制备得到静电纺纤维膜，静电纺丝工序采用的工作参数包括：纺丝电压为10~50kV，接收距离为5~50cm，环境温度为10~40℃，相对湿度为10~60%。
步骤103：将所述静电纺纤维膜送入热诱导交联装置进行热诱导1-2h，使得所述静电纺纤维膜中的聚乙烯醇缩丁醛受热熔融并与封闭型异氰酸酯产生交联反应，制备得到具有防水、防油、透气性能的高强韧包装膜材料。
需要说明的是，聚乙烯醇缩丁醛和封闭型异氰酸酯的交联反应方程式示意图如图2所示，本发明通过聚乙烯醇缩丁醛（PVB）和封闭型异氰酸酯（BIP）在静电纺纤维膜中发生交联反应，可使得静电纺纤维膜的膜结构发生改变，使得最终制备得到的高强韧包装膜材料能够同时兼具良好防水、防油、透气性能、力学性能的综合性能。
在一个优选的实施例中，所述热诱导交联装置的热诱导方式为微波加热、远红外加热与蒸汽加热中的一种。
在一个优选的实施例中，所述防水防油剂为低碳含氟聚合物、超支化树状大分子聚合物中的至少一种。
在一个优选的实施例中，所述防水防油剂的含量为所述静电纺丝溶液的1~15wt%。
在一个优选的实施例中，所述聚合物组分的含量为所述静电纺丝溶液的5~40wt%。
在一个优选的实施例中，所述交联剂组分的含量为所述静电纺丝溶液的0.1~20wt%。
在一个优选的实施例中，所述溶剂为丙酮、异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、环己酮中的至少一种。
综上所述，本发明提供的一种具有防水、防油、透气性能的包装膜材料及其制备方法，针对可降解聚合物直接进行静电纺丝制备得到的食品包装膜力学性能较差，透气性能极低的技术问题，采用聚合物组分与聚乙烯醇缩丁醛和封闭型异氰酸酯、防水防油剂共同溶于溶剂后进行静电纺丝，将得到的静电纺纤维膜再进行热诱导，使纤维膜中的聚乙烯醇缩丁醛和封闭型异氰酸酯发生交联反应，进而改变纤维膜的内部结构，从而使得制备得到高强韧包装膜材料的力学性能获得增强的同时，透气性能得到改善。本发明可解决食品包装膜力学性能较差，透气性能极低的技术问题，达到提高食品包装膜材料强度和韧性的同时，改善透气性的技术效果。
为了更好地说明本发明提供的一种具有防水、防油、透气性能的包装膜材料及其制备方法所带来的有益效果，特示出下述实施例1-4进行举例说明。
实施例1
（1）将聚乳酸和交联剂组分（聚乙烯醇缩丁醛与封闭型异氰酸酯）加至N,N-二甲基甲酰胺中机械搅拌10h，得到聚乳酸/交联剂溶液，再将低碳含氟聚合物作为防水防油剂加至该聚乳酸/交联剂溶液中机械搅拌8h后，超声处理3h，得到均相的静电纺丝溶液，该静电纺丝溶液中，聚乳酸的质量浓度为10wt%，聚乙烯醇缩丁醛与封闭型异氰酸酯的质量浓度为6wt%，低碳含氟聚合物的质量浓度为5wt%。
（2）将该静电纺丝溶液送入静电纺丝装置进行静电纺丝，制备得到静电纺纤维膜，静电纺丝工序采用的工作参数包括：纺丝电压为20kV，接收距离为15cm，环境温度为20℃，相对湿度为40%。
（3）将该静电纺纤维膜送入热诱导交联装置，通过微波加热方式进行热诱导处理1h，使得该静电纺纤维膜中的聚乙烯醇缩丁醛受热熔融并与封闭型异氰酸酯产生交联反应，制备得到具有防水、防油、透气性能的高强韧包装膜材料。
实施例2
（1）将聚己内酯和交联剂组分（聚乙烯醇缩丁醛与封闭型异氰酸酯）加至丙酮中机械搅拌8h，得到聚己内酯/交联剂溶液，再将超支化树状大分子聚合物作为防水防油剂加至该聚己内酯/交联剂溶液中机械搅拌5h后，超声处理5h，得到均相的静电纺丝溶液，该静电纺丝溶液中，聚己内酯的质量浓度为15wt%，聚乙烯醇缩丁醛与封闭型异氰酸酯的质量浓度为8wt%，超支化树状大分子聚合物的质量浓度为8wt%。
（2）将该静电纺丝溶液送入静电纺丝装置进行静电纺丝，制备得到静电纺纤维膜，静电纺丝工序采用的工作参数包括：纺丝电压为25kV，接收距离为18cm，环境温度为23℃，相对湿度为45%。
（3）将该静电纺纤维膜送入热诱导交联装置，通过远红外加热方式进行热诱导处理1h，使得该静电纺纤维膜中的聚乙烯醇缩丁醛受热熔融并与封闭型异氰酸酯产生交联反应，制备得到具有防水、防油、透气性能的高强韧包装膜材料。
实施例3
（1）将聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物和交联剂组分（聚乙烯醇缩丁醛与封闭型异氰酸酯）加至N,N-二甲基乙酰胺中机械搅拌10h，得到聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物/交联剂溶液，再将低碳含氟聚合物作为防水防油剂加至该聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物/交联剂溶液中机械搅拌8h后，超声处理6h，得到均相的静电纺丝溶液，该静电纺丝溶液中，聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物的质量浓度为20wt%，聚乙烯醇缩丁醛与封闭型异氰酸酯的质量浓度为2wt%，低碳含氟聚合物的质量浓度为10wt%。
（2）将该静电纺丝溶液送入静电纺丝装置进行静电纺丝，制备得到静电纺纤维膜，静电纺丝工序采用的工作参数包括：纺丝电压为30kV，接收距离为22cm，环境温度为25℃，相对湿度为50%。
（3）将该静电纺纤维膜送入热诱导交联装置，通过微波加热方式进行热诱导处理2h，使得该静电纺纤维膜中的聚乙烯醇缩丁醛受热熔融并与封闭型异氰酸酯产生交联反应，制备得到具有防水、防油、透气性能的高强韧包装膜材料。
实施例4
（1）将聚丁二酸丁二酯和交联剂组分（聚乙烯醇缩丁醛与封闭型异氰酸酯）加至异丙醇中机械搅拌12h，得到聚丁二酸丁二酯/交联剂溶液，再将低碳含氟聚合物作为防水防油剂加至该聚丁二酸丁二酯/交联剂溶液中机械搅拌6h后，超声处理4h，得到均相的静电纺丝溶液，该静电纺丝溶液中，聚丁二酸丁二酯的质量浓度为30wt%，聚乙烯醇缩丁醛与封闭型异氰酸酯的质量浓度为13wt%，低碳含氟聚合物的质量浓度为6wt%。
（2）将该静电纺丝溶液送入静电纺丝装置进行静电纺丝，制备得到静电纺纤维膜，静电纺丝工序采用的工作参数包括：纺丝电压为35kV，接收距离为24cm，环境温度为22℃，相对湿度为55%。
（3）将该静电纺纤维膜送入热诱导交联装置，通过蒸汽加热方式进行热诱导处理2h，使得该静电纺纤维膜中的聚乙烯醇缩丁醛受热熔融并与封闭型异氰酸酯产生交联反应，制备得到具有防水、防油、透气性能的高强韧包装膜材料。
对上述实施例1-4制备得到的各个包装膜材料分别进行水接触角、油接触角、水汽透过率以及力学性能的性能测试，得到的测试数据结果如表一所示。
表一
对表一示出的各个测试数据进行分析，实施例1-4制备得到的包装膜材料具备较大的水接触角和油接触角，因而其防水防油性能较佳；此外，实施例1-4制备得到的包装膜材料的水汽透过率分别为815.2 g/m2/d、689.3 g/m2/d、927.5 g/m2/d、545.3 g/m2/d，而现有包装膜的水汽透过率往往在5-120 g/m2/d之间，显然，本发明实施例提供的包装膜材料相较现有食品包装膜，在具备良好防水放油性能的同时，还能够兼具更好的透气性能。
结合表一数据以及上述分析可知，本发明实施例提供的一种具有防水、防油、透气性能的包装膜材料的制备方法所制备得到的高强韧包装膜材料，在防水、防油、透气性能和力学性能等各个方面均具备优秀性能，而现有食品包装膜在透气性能和防水防油、力学性能之间无法兼顾，显然，本发明制备得到的高强韧包装膜材料的适用领域更加广阔，应具备良好的应用前景。
综上所述，本发明提供的一种具有防水、防油、透气性能的包装膜材料及其制备方法，针对可降解聚合物直接进行静电纺丝制备得到的食品包装膜力学性能较差，透气性能极低的技术问题，采用聚合物组分与聚乙烯醇缩丁醛和封闭型异氰酸酯、防水防油剂共同溶于溶剂后进行静电纺丝，将得到的静电纺纤维膜再进行热诱导，使纤维膜中的聚乙烯醇缩丁醛和封闭型异氰酸酯发生交联反应，进而改变纤维膜的内部结构，从而使得制备得到高强韧包装膜材料的力学性能获得增强的同时，透气性能得到改善。本发明可解决食品包装膜力学性能较差，透气性能极低的技术问题，达到提高食品包装膜材料强度和韧性的同时，改善透气性的技术效果。
虽然，前文已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明做了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之进行修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明的后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。
Claims (8)
1.一种具有防水、防油、透气性能的包装膜材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将聚合物组分和交联剂组分加至溶剂中机械搅拌5-12h，得到聚合物/交联剂溶液，再将防水防油剂加至所述聚合物/交联剂溶液中机械搅拌5-12h后，超声处理2-12h，得到均相的静电纺丝溶液，所述聚合物组分为聚乳酸、聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物、聚己内酯、聚3-羟基烷酸酯和聚丁二酸丁二酯中的至少一种，所述交联剂组分为聚乙烯醇缩丁醛和封闭型异氰酸酯；
将所述静电纺丝溶液送入静电纺丝装置进行静电纺丝，制备得到静电纺纤维膜，静电纺丝工序采用的工作参数包括：纺丝电压为10~50kV，接收距离为5~50cm，环境温度为10~40℃，相对湿度为10~60%；
将所述静电纺纤维膜送入热诱导交联装置进行热诱导1-2h，使得所述静电纺纤维膜中的聚乙烯醇缩丁醛受热熔融并与封闭型异氰酸酯产生交联反应，制备得到具有防水、防油、透气性能的高强韧包装膜材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热诱导交联装置的热诱导方式为微波加热、远红外加热与蒸汽加热中的一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述防水防油剂为低碳含氟聚合物、超支化树状大分子聚合物中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述防水防油剂的含量为所述静电纺丝溶液的1~15wt%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物组分的含量为所述静电纺丝溶液的5~40wt%。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交联剂组分的含量为所述静电纺丝溶液的0.1~20wt%。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂为丙酮、异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、环己酮中的至少一种。
8.一种具有防水、防油、透气性能的包装膜材料，其特征在于，所述包装膜材料由权利要求1~7示出的任意一种具有防水、防油、透气性能的包装膜材料的制备方法制备得到，所述包装膜材料由聚合物组分、交联剂组分和防水防油剂溶于溶剂后形成的静电纺丝溶液经过静电纺丝形成静电纺纤维膜后，经热诱导工序将静电纺纤维膜中的聚乙烯醇缩丁醛受热熔融并与封闭型异氰酸酯产生交联反应制备得到。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190517 |
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