CN110202858B - 生物高分子食品包装袋薄膜及其制备工艺以及生产设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于食品包装袋薄膜的技术领域，公开了一种生物高分子食品包装袋薄膜，其技术方案要点是包括甲壳素内衬、淀粉/LDPE共混层、PLA防水层和抑菌涂层；公开了一种用于生产上述生物高分子食品包装袋薄膜的工艺，其技术方案要点是包括共挤复合成膜，利用切料刀将膜泡切分为两层膜，成型抑菌涂层，切去两侧边料，获得成品薄膜并收卷；公开了一种上述生物高分子食品包装袋薄膜制备工艺需要的生产设备，其技术方案要点是包括三层共挤吹膜机和收卷机，还包括依次设置的浸润池、烘箱和切料辊，具有采用各种生物高分子材料合成可降解的薄膜，原材料取自植物、动物和微生物，人工合成物少，有利于资源节约型和环境友好型社会的构建的效果。

Description

生物高分子食品包装袋薄膜及其制备工艺以及生产设备

技术领域

本发明涉及食品包装袋薄膜的技术领域，特别涉及生物高分子食品包装袋薄膜及其制备工艺以及生产设备。

背景技术

食品包装袋是指能够直接与食品接触，用于盛装和保护食品的薄膜容器，按其应用的范围可分为：普通食品包装袋、真空食品包装袋、充气食品包装袋、水煮食品包装袋、蒸煮食品包装袋和功能性食品包装袋。用于生产食品包装袋的原材料为各种各样的薄膜，而食品包装袋各种性能的好坏往往由薄膜的组分和成型质量直接决定。

公布号为CN106947155A的中国专利公开了一种可降解食品包装袋，由低密度聚乙烯20-45份、茂金属线性低密度聚乙烯25-40份、无规共聚聚丙烯15-35份、碳酸钙母粒5-15份、硬脂酸偶联剂10-20份、氧化油1-15份、增塑剂3-10份、桃叶珊瑚甙2-8份和无机抗粘剂5-9份制成。

薄膜成型所采用的设备为吹膜机，公告号为CN206623392U的中国专利公开了一种三层共挤吹膜机，包括输送单元、热熔单元、模口、鼓风口、提拉辊、导向辊组、切料刀以及收料单元。其通过模头形成三层共挤膜结构，利用鼓风口送风将圆筒状的膜料吹胀形成膜泡以进行厚度调节，然后在膜泡收纳阶段利用切料刀将起切分为两层膜以及边料，并分别进行收纳。

为了实现三层共挤膜机构，吹膜机上需要使用特定的模头，公告号为CN105291399B的中国专利公开了一种三层共挤吹膜机组的机头体，包括螺旋体、内模头、中模头、外模头、口模以及压板，该螺旋体、内模头、中模头、外模头、口模以及压板沿长度方向由左向右依次布设，所述螺旋体位于该机头体中部，是由两部分组成的，即垂直部以及其下部向外延伸的外延部，并且垂直部的外侧壁设有第一螺旋槽，该螺旋体的垂直部的下端向内开设轴向的连接孔，该连接孔顶端向内开设轴向的第一进料通道。

前述可降解食品包装袋通过在原材料中加入合理复配的添加剂，使得制备出的包装袋成品能够合理、快速的自然降解，其环保性能得到显著提高，且不会形成新的污染源。但是在实际生产过程中，其生产原料大多依赖于人工合成，制备时需要消耗较多的资源和能源，不利于资源节约型社会的构建。

发明内容

本发明的目的是提供生物高分子食品包装袋薄膜及其制备工艺以及生产设备，具有采用各种生物高分子材料合成可降解的薄膜，原材料取自植物、动物和微生物，人工合成物少，有利于资源节约型和环境友好型社会的构建的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种生物高分子食品包装袋薄膜，包括依次设置的甲壳素内衬、淀粉/LDPE共混层、PLA防水层和抑菌涂层，所述抑菌涂层采用壳聚糖制成。

通过采用上述技术方案，甲壳素广泛存在于虾、蟹、昆虫的外壳以及菌类、藻类的细胞壁中，储量丰富，其成膜后具有吸水保湿性、较好的化学稳定性、耐药品性、耐油脂性、耐有机溶液性等优点，作为内衬与食品直接接触，不与食品发生反应，有利于食品成分的稳定；淀粉来源广泛，在各种自然环境中具有完全的生物降解性，相较于淀粉单膜，淀粉与低密度聚乙烯共混成膜后，拉伸强度和弹性模量得到很大的提高，用作食品包装袋的结构支撑；在淀粉/LDPE共混层外设置PLA防水层，能够有效隔水，使食品包装袋内部保持干燥，有利于食品的长期保存；壳聚糖无毒性、生物相容性好、可生物降解，且具有良好的抑菌作用，涂覆形成抑菌涂层后，能够有效阻止细菌在食品包装袋表面繁殖；采用各种生物高分子材料合成可降解的薄膜，原材料取自植物、动物和微生物，人工合成物少，有利于资源节约型和环境友好型社会的构建。

一种用于生产上述生物高分子食品包装袋薄膜的工艺，包括S1，将粉末状的甲壳素与树脂颗粒混合，装入与吹膜机的内模头相连的螺旋输料器，将淀粉与LDPE颗粒混合，装入与吹膜机的中模头相连的螺旋输料器，将果胶与PLA颗粒混合，装入与吹膜机的外模头相连的螺旋输料器，共挤复合成膜，且膜泡由内至外依次为甲壳素内衬、淀粉/LDPE共混层和PLA防水层；S2，在膜泡收纳阶段，利用切料刀将其切分为两层膜，并向两侧展开，分别处理；S3，将壳聚糖溶于水中，形成壳聚糖溶液，使半成品薄膜上PLA防水层一侧浸入壳聚糖溶液，待半成品薄膜离开壳聚糖溶液后对其进行烘干处理，形成抑菌涂层；S4，切去两侧边料，成型食品包装袋薄膜，分别收卷。

通过采用上述技术方案，甲壳素内衬、淀粉/LDPE共混层和PLA防水层共挤复合成膜，然后采用浸润的方式使PLA防水层上附着一层壳聚糖溶液，并对其进行烘干处理，水分挥发后即可获得抑菌涂层。

进一步的，所述壳聚糖溶液中壳聚糖的体积分数为2%～5%。

通过采用上述技术方案，选用壳聚糖的体积分数为2%～5%的壳聚糖溶液，其干燥后形成的抑菌涂层厚度适中，不会因抑菌涂层过厚，导致其在自身重力作用下剥落，也不会因抑菌涂层过薄，导致无法将PLA防水层完全覆盖。

一种上述生物高分子食品包装袋薄膜制备工艺需要的生产设备，包括三层共挤吹膜机和收卷机，还包括依次设置的浸润池、烘箱和切料辊，所述浸润池用于盛装壳聚糖溶液，浸润池内架设有四根输料辊，四根所述输料辊均沿水平方向设置，呈倒梯形分布，且下层输料辊位于液面以下，上层输料辊位于液面以上，输料辊上绕设有输料皮带，所述半成品薄膜与输料皮带外壁的下表面贴合后浸入壳聚糖溶液，且PLA防水层朝下，半成品薄膜离开浸润池后穿过烘箱，然后绕过切料辊，所述切料辊两端分别套设有环形刀片。

通过采用上述技术方案，由甲壳素内衬、淀粉/LDPE共混层和PLA防水层组成的半成品薄膜在浸入壳聚糖溶液之前，即与输料皮带贴合，从壳聚糖溶液内穿出后，才与输料皮带分离，在浸润过程中，甲壳素衬底始终与输料皮带紧贴，壳聚糖溶液不会附着在甲壳素衬底上，故只有PLA防水层被浸润。

进一步的，所述输料辊转动架设在浸润池内，所述浸润池上架设有浸润电机，所述浸润电机的机轴与其中一根输料辊相连。

通过采用上述技术方案，浸润电机驱动其中一根输料辊转动，从而带动输料皮带移动，与半成品薄膜保持同步，避免半成品薄膜在输料皮带上磨损。

进一步的，所述输料皮带的外壁上开设有两组气孔，输料皮带内部开设有通气管，输料皮带的内壁上开设有环形气槽，两组所述气孔分别位于输料皮带两侧，沿输料皮带的周向排布，所述通气管连通气孔和气槽，所述气槽沿输料皮带的长度方向设置，四根所述输料辊上分别开设有安装槽，且安装槽处绕设有支撑带，所述支撑带与浸润池的内壁固接，支撑带与气槽两侧的输料皮带贴合，支撑带上穿设有导气管，所述导气管一端与气槽连通，另一端接有气泵。

通过采用上述技术方案，支撑带与气槽两侧的输料皮带贴合，在不随输料皮带转动的情况下将气槽堵住，只有导气管与气槽连通，并通过气槽和通气管与各气孔连通，气泵不断将导气管、气槽和通气管内的气体抽出，在气孔处形成负压，使半成品薄膜两侧紧贴在输料皮带上，阻隔壳聚糖溶液进入；半成品薄膜位于气孔外侧的部分可能存在壳聚糖溶液渗入的情况，其在经过切料辊时，该部分作为边料被切料辊两端的刀片切下。

进一步的，所述浸润池内架设有分离块，所述分离块平行于输料辊设置，分离块位于半成品薄膜的出水端，且分离块设置在半成品薄膜与输料皮带之间。

通过采用上述技术方案，分离块将半成品薄膜与输料皮带隔开，阻止气孔继续吸附薄膜，使薄膜能够顺利从输料皮带上脱离。

进一步的，所述半成品薄膜自下而上穿过烘箱，所述烘箱与PLA防水层相对的内壁上设有电加热丝，烘箱底端设有风机，顶端设有导流板，所述导流板底端贴近PLA防水层设置，顶端远离PLA防水层。

通过采用上述技术方案，电加热丝以辐射的形式将热量传递给PLA防水层表面的壳聚糖溶液，使其内部的水分挥发出来，风机鼓入外界空气，将烘箱内的水蒸气带走，水蒸气在导流板的引导下远离薄膜，不会再次在薄膜上凝结。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.采用各种生物高分子材料合成可降解的薄膜，原材料取自植物、动物和微生物，人工合成物少，有利于资源节约型和环境友好型社会的构建；

2.通过设置气孔、通气管、气槽、导气管和气泵，利用负压将薄膜吸附在输料皮带上，能够有效地阻隔壳聚糖溶液渗入。

附图说明

图1是实施例中生物高分子食品包装袋薄膜的结构示意图；

图2是实施例中用于生产上述生物高分子食品包装袋薄膜的工艺流程图；

图3是实施例中上述生物高分子食品包装袋薄膜制备工艺需要的生产设备的整体结构示意图；

图4是实施例中浸润池的结构示意图；

图5是实施例中输料皮带的剖面图；

图6是实施例中烘箱的结构示意图。

图中，1、甲壳素内衬；2、淀粉/LDPE共混层；3、PLA防水层；4、抑菌涂层；5、三层共挤吹膜机；6、收卷机；7、浸润池；8、烘箱；9、切料辊；10、半成品薄膜；71、输料辊；72、输料皮带；73、浸润电机；74、支撑带；75、导气管；76、气泵；77、分离块；711、安装槽；721、气孔；722、通气管；723、气槽；81、电加热丝；82、风机；83、导流板；91、刀片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例：

一种生物高分子食品包装袋薄膜，如图1所示，包括甲壳素内衬1、淀粉/LDPE共混层2、PLA防水层3和抑菌涂层4，四者依次设置，且由甲壳素内衬1作为食品包装袋的内表面，抑菌涂层4为壳聚糖膜，作为食品包装袋的外表面。

一种用于生产上述生物高分子食品包装袋薄膜的工艺，如图2所示，包括：

S1，将粉末状的甲壳素与树脂颗粒按照1:3的质量比混合，装入与吹膜机的内模头相连的螺旋输料器。将淀粉与LDPE颗粒按照3:7的质量比混合，装入与吹膜机的中模头相连的螺旋输料器。将果胶与PLA颗粒安装1:5的质量比混合，装入与吹膜机的外模头相连的螺旋输料器。利用三层共挤吹膜机将其共挤复合成膜，且膜泡由内至外依次为甲壳素内衬、淀粉/LDPE共混层和PLA防水层；

S2，在膜泡收纳阶段，利用切料刀将其切分为两层膜，并向两侧展开，分别进行后续处理；

S3，将壳聚糖溶于水中，形成壳聚糖溶液，且壳聚糖溶液中壳聚糖的体积分数为2%～5%。使半成品薄膜上PLA防水层一侧浸入壳聚糖溶液，待半成品薄膜离开壳聚糖溶液后对其进行烘干处理，形成抑菌涂层；

S4，切去两侧边料，成型食品包装袋薄膜，分别收卷。

一种上述生物高分子食品包装袋薄膜制备工艺需要的生产设备，如图1和图3所示，包括三层共挤吹膜机5、浸润池7、烘箱8、切料辊9和收卷机6，上述结构依次设置。

三层共挤吹膜机5成型由甲壳素内衬1、淀粉/LDPE共混层2和PLA防水层3组成的半成品薄膜10。半成品薄膜10进入浸润池7内，使PLA防水层3背向淀粉/LDPE共混层2的一侧浸入壳聚糖溶液中，其离开浸润池7时，部分壳聚糖溶液粘附在PLA防水层3表面，经过烘箱8的烘干处理后形成壳聚糖膜。半成品薄膜10继续绕过切料辊9，被切料辊9两端的刀片91（参见图6）切去边料，最终由收卷机6收卷。

如图4所示，浸润池7内转动架设有四根输料辊71，输料辊71均沿水平方向设置，并与半成品薄膜10的延伸方向垂直。四根输料辊71呈倒梯形分布，且下层输料辊71位于液面以下，上层输料辊71位于液面以上。此外，浸润池7的外侧壁上架设有浸润电机73，浸润电机73的机轴与其中一根输料辊71相连，驱使其旋转。

如图4所示，输料皮带72绕设在输料辊71上，以接有浸润电机73的输料辊71为驱动辊，以余下三根输料辊71为导向辊，绕四根输料辊71转动。半成品薄膜10进入浸润池7时，与输料皮带72外壁的下表面紧贴，其PLA防水层3（参见图1）一侧朝下。半成品薄膜10穿过壳聚糖溶液的过程中，输料皮带72与其同步移动。

如图4和图5所示，为使半成品薄膜10在移动过程中与输料皮带72紧贴，输料皮带72上开设有气槽723、通气管722和两组气孔721。其中，气槽723沿输料皮带72的长度方向通长设置，开设在输料皮带72内壁的中部。气孔721沿输料皮带72的长度方向分布，开设在输料皮带72的外壁上，且两组气孔721分别位于输料皮带72两侧。通气管722则将气槽723与各个气孔721连通。

如图4和图5所示，浸润池7的内壁上架设有支撑带74，支撑带74与输料皮带72的内壁贴合，沿输料皮带72的长度方向通长设置，其宽度大于气槽723的宽度，将气槽723封闭。

如图4和图5所示，导气管75一端穿设在支撑带74上，与气槽723连通，另一端则与气泵76相连。通过导气管75气泵76不断地将气槽723内的空气抽出，通气管722和气孔721处的空气也随之被抽走。位于输料皮带72外壁上表面的气孔721与空气连通，不断有空气补充，位于输料皮带72外壁下表面的气孔721被半成品薄膜10堵住，保持负压状态，并将半成品薄膜10吸附在输料皮带72上。

如图4所示，支撑带74也绕设在输料辊71上，但不随输料辊71转动。相应地，输料辊71上开设有安装槽711，其深度即为支撑带74的厚度。

如图4所示，浸润池7内固接有分离块77，分离块77与输料辊71平行，位于半成品薄膜10即将脱离输料皮带72的一侧。分离块77一侧贴近输料皮带72设置，另一侧与半成品薄膜10的上表面贴合，使半成品薄膜10与输料皮带72能够顺利地分离开来。

如图6所示，烘箱8倾斜设置，上下通透，半成品薄膜10自下而上地从烘箱8内穿过。半成品薄膜10的上表面贴近烘箱8内壁，下表面与烘箱8内壁之间则留有一定间隙。烘箱8与半成品薄膜10下表面相对的内壁上设有风机82、电加热丝81和导流板83，且导流板83相对于半成品薄膜10倾斜设置，其底端靠近半成品薄膜10，顶端远离半成品薄膜10。

电加热丝81将附着在半成品薄膜10下表面的壳聚糖溶液烘干，形成壳聚糖膜，风机82则将烘箱8内的含水热气吹走。水蒸气在导流板83的引导下远离半成品薄膜10，不会在半成品薄膜10上再次凝结。

如图6所示，切料辊9沿水平方向设置，并与半成品薄膜10的延伸方向垂直，其两端分别套设有环形刀片91。半成品薄膜10绕过切料辊9时，被两个刀片91切为三块，中间的成品薄膜由收卷机6收卷，两侧边料则分别收集后集中处理。

具体实施过程：

利用三层共挤吹膜机5复合成型甲壳素内衬1、淀粉/LDPE共混层2和PLA防水层3，组成半成品薄膜10。利用切料刀将半成品薄膜10形成的膜泡切分开来，依次经过浸润池7和烘箱8，成型壳聚糖膜，即抑菌涂层4。半成品薄膜10经过切料辊9，将边料切除，然后用收卷机6将成品薄膜收卷。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种用于生产生物高分子食品包装袋薄膜的生产设备，包括三层共挤吹膜机（5）和收卷机（6），其特征在于：还包括依次设置的浸润池（7）、烘箱（8）和切料辊（9），所述浸润池（7）用于盛装壳聚糖溶液，浸润池（7）内架设有四根输料辊（71），四根所述输料辊（71）均沿水平方向设置，呈倒梯形分布，且下层输料辊（71）位于液面以下，上层输料辊（71）位于液面以上，输料辊（71）上绕设有输料皮带（72），半成品薄膜（10）与输料皮带（72）外壁的下表面贴合后浸入壳聚糖溶液，且半成品薄膜（10）的PLA防水层（3）朝下，半成品薄膜（10）离开浸润池（7）后穿过烘箱（8），然后绕过切料辊（9），所述切料辊（9）两端分别套设有环形刀片（91）；

所述输料辊（71）转动架设在浸润池（7）内，所述浸润池（7）上架设有浸润电机（73），所述浸润电机（73）的机轴与其中一根输料辊（71）相连；

所述输料皮带（72）的外壁上开设有两组气孔（721），输料皮带（72）内部开设有通气管（722），输料皮带（72）的内壁上开设有环形气槽（723），两组所述气孔（721）分别位于输料皮带（72）两侧，沿输料皮带（72）的周向排布，所述通气管（722）连通气孔（721）和气槽（723），所述气槽（723）沿输料皮带（72）的长度方向设置，四根所述输料辊（71）上分别开设有安装槽（711），且安装槽（711）处绕设有支撑带（74），所述支撑带（74）与浸润池（7）的内壁固接，支撑带（74）与气槽（723）两侧的输料皮带（72）贴合，支撑带（74）上穿设有导气管（75），所述导气管（75）一端与气槽（723）连通，另一端接有气泵（76）；

所述浸润池（7）内架设有分离块（77），所述分离块（77）平行于输料辊（71）设置，分离块（77）位于半成品薄膜（10）的出水端，且分离块（77）设置在半成品薄膜（10）与输料皮带（72）之间。

2.根据权利要求1所述的用于生产生物高分子食品包装袋薄膜的生产设备，其特征在于：所述半成品薄膜（10）自下而上穿过烘箱（8），所述烘箱（8）与PLA防水层（3）相对的内壁上设有电加热丝（81），烘箱（8）底端设有风机（82），顶端设有导流板（83），所述导流板（83）底端贴近PLA防水层（3）设置，顶端远离PLA防水层（3）。

3.权利要求1-2任一所述的用于生产生物高分子食品包装袋薄膜的生产设备生产的生物高分子食品包装袋薄膜，其特征在于：包括依次设置的甲壳素内衬（1）、淀粉/LDPE共混层（2）、PLA防水层（3）和抑菌涂层（4），所述抑菌涂层（4）采用壳聚糖制成。

4.权利要求3所述的生物高分子食品包装袋薄膜的制备工艺，其特征在于：包括

S1，将粉末状的甲壳素与树脂颗粒混合，装入与吹膜机的内模头相连的螺旋输料器，将淀粉与LDPE颗粒混合，装入与吹膜机的中模头相连的螺旋输料器，将果胶与PLA颗粒混合，装入与吹膜机的外模头相连的螺旋输料器，共挤复合成膜，且膜泡由内至外依次为甲壳素内衬、淀粉/LDPE共混层和PLA防水层；

S2，在膜泡收纳阶段，利用切料刀将其切分为两层膜，并向两侧展开，分别处理；

S3，将壳聚糖溶于水中，形成壳聚糖溶液，使半成品薄膜上PLA防水层一侧浸入壳聚糖溶液，待半成品薄膜离开壳聚糖溶液后对其进行烘干处理，形成抑菌涂层；

S4，切去两侧边料，成型食品包装袋薄膜，分别收卷。

5.根据权利要求4所述的生物高分子食品包装袋薄膜的制备工艺，其特征在于：所述壳聚糖溶液中壳聚糖的体积分数为2%～5%。

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