CN113402860A - 气体选择透过性包装薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气体选择透过性包装薄膜及其制备方法，该气体选择透过性包装薄膜主要由PBAT、EAA和Na2SO3组成，EAA和Na2SO3的质量比为(3‑4)：1，制备方法包括：将EAA和Na2SO3混合，进行熔融挤出，冷却切粒得到母粒；PBAT和母粒混合，进行熔融挤出流延即可；本发明采用特定质量比的EAA和Na2SO3，利用薄膜对氧气、二氧化碳等气体分子的选择透过性，可以帮助果蔬包装内维持或快速建立低氧气高二氧化碳气氛理想微环境，有效抑制果蔬的呼吸作用，从而达到更好的保鲜效果。同时,薄膜主要基材为生物可降解材料，用于生鲜食品的包装满足人们安全营养健康的饮食追求，又同时符合绿色的环保理念。
Description
技术领域
本发明属于包装材料技术领域，具体涉及一种气体选择透过性包装薄膜及其制备方法。
背景技术
食品包装在保护食品方面起着重要作用，通过合理的包装可以延长食品货架期、减少食品浪费损失。食品包装材料的透气性对贮藏过程中食品品质有着很大的影响。在生鲜果蔬保鲜中，包装材料可以发挥着调节包装内部气氛组成的重要作用。果蔬作为特殊的食品，采收后仍在进行生命活动，依赖于贮藏环境的气体供给进行着生理代谢，从外界环境中吸收氧气，通过呼吸作用在酶的作用下氧化分解有机底物，维持生命活性，从而使果蔬品质下降，贮藏寿命缩短。自发气调包装指在贮藏过程中，无需任何人为操作，完全通过薄膜对气体的选择透过性和果蔬呼吸调节包装内的气体组分，最终达到动态平衡，保持包装内稳定而适宜的气氛，不但可有效地抑制果蔬的生理代谢，延缓衰老，而且操作便捷且保鲜效果显著，在延长货架期的同时，较大程度地保留风味和营养物质。
目前市场上通用的包装材料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，其对二氧化碳、氧气的选择透过性不高，二氧化碳和氧气的透过比约在(3-6)：1之间，能用于生鲜果蔬的包装但不能满足理想气调包装材料的要求，包装内气氛达不到果蔬理想气调水平，容易造成无氧呼吸所导致的酒精中毒等现象，加速果蔬的品质下降。有研究表明，生鲜果蔬包装薄膜材料对二氧化碳和氧气的透过比在(8-10)：1之间较为理想。对于部分呼吸强度较高的果蔬产品，则要求包装材料具有更高的二氧化碳和氧气透过比。此外，由于石油资源的枯竭以及环境污染问题的日益严重，可生物降解包装薄膜材料成为国内外研究与开发的焦点和未来的发展趋势。选用优越性能的生物可降解材料，用于生鲜食品的包装满足人们安全营养健康的饮食追求，又同时符合绿色的环保理念。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的首要目的是提供一种气体选择透过性包装薄膜。
本发明的第二个目的是提供上述气体选择透过性包装薄膜的制备方法。
为达到上述首要目的，本发明的解决方案是：
一种气体选择透过性包装薄膜，其包括以下组分：
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT) 60-90wt％，
乙烯丙烯酸共聚物(EAA) 8-30wt％，
亚硫酸钠(Na2SO3) 2-10wt％。
其中，PBAT为德国巴斯夫C1200牌号，EAA为美国陶氏5990I牌号，Na2SO3为分析纯等级。
进一步地，乙烯丙烯酸共聚物和亚硫酸钠的质量比为(3-4)：1。
为达到上述第二个目的，本发明的解决方案是：
一种上述的气体选择透过性包装薄膜的制备方法，其包括如下步骤：
(1)、将乙烯丙烯酸共聚物和亚硫酸钠混合，并进行熔融挤出，冷却后切粒得到母粒；
(2)、将聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯和母粒混合，得到混合料，进行熔融挤出流延得到气体选择透过性包装薄膜。
进一步地，步骤(1)中，乙烯丙烯酸共聚物和亚硫酸钠的质量比为(3-4)：1。
进一步地，步骤(1)中，熔融挤出的过程中，双螺杆挤出机中各个温区(一区到七区)的温度分别为160℃、165℃、170℃、175℃、175℃、175℃和170℃，转速为20-40r/min。
进一步地，步骤(2)中，聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯和母粒的质量比为(3-23)：(1-3.75)。
进一步地，步骤(2)中，熔融挤出流延的过程中，单螺杆挤出流延机中各个温区(一区到七区)的温度为130℃、140℃、155℃、170℃、175℃、175℃和170℃，转速为20-40r/min，流延机牵引的转速为2-4r/min。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
本发明的具有气体选择透过功能的活性薄膜中采用特定质量比的乙烯丙烯酸共聚物和亚硫酸钠，利用薄膜对氧气、二氧化碳等气体分子的选择透过性，可以帮助果蔬包装内维持或快速建立低氧气高二氧化碳气氛理想微环境，有效抑制果蔬的呼吸作用，从而达到更好的保鲜效果。同时,薄膜主要基材为生物可降解材料，用于生鲜食品的包装满足人们安全营养健康的饮食追求，又同时符合绿色的环保理念。
具体实施方式
本发明提供了一种气体选择透过性包装薄膜及其制备方法，该气体选择透过性包装薄膜主要由PBAT、EAA和Na2SO3组成。
<气体选择透过性包装薄膜>
本发明的气体选择透过性包装薄膜包括以下组分：
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT) 60-90wt％，
乙烯丙烯酸共聚物(EAA) 8-30wt％，
亚硫酸钠(Na2SO3) 2-10wt％。
其中，EAA树脂和Na2SO3的质量比为(3-4)：1。
<气体选择透过性包装薄膜的制备方法>
本发明的气体选择透过性包装薄膜的制备方法包括如下步骤：
(1)、EAA/Na2SO3母粒制备：将EAA树脂和Na2SO3按照质量比(3-4)：1混合均匀，再将混合物料加入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，再经过冷水冷却后通过切粒机得到制得母粒；
(2)、薄膜制备：将PBAT树脂和EAA/Na2SO3母粒按照质量比(3-23)：(1-3.75)混合均匀，再将混合物料加入到单螺杆挤出流延机中熔融挤出流延，得到气体选择透过性包装薄膜。
其中，在步骤(1)中，熔融挤出的过程中，双螺杆挤出机中各个温区(一区到七区)的温度分别为160℃、165℃、170℃、175℃、175℃、175℃和170℃，转速可以为20-40r/min，优选为30r/min。
在步骤(2)中，熔融挤出流延的过程中，单螺杆挤出流延机中各个温区(一区到七区)的温度分别为130℃、140℃、155℃、170℃、175℃、175℃和170℃，转速可以为20-40r/min，优选为30r/min；流延机牵引的转速可以为2-4r/min，优选为2.5r/min。
以下结合实施例和对比例对本发明作进一步的说明。
各实施例与对比例对应的组分配比如表1所示。
表1实施例和对比例各组分的含量
实施例1：
本实施例的气体选择透过性包装薄膜的制备方法包括如下步骤：
(1)、EAA/Na2SO3母粒制备：将EAA树脂和Na2SO3按照质量比4:1混合均匀，再将混合物料加入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，再经过冷水冷却后通过切粒机得到制得母粒；其中，双螺杆挤出机中各个温区(一区到七区)的温度分别为160℃、165℃、170℃、175℃、175℃、175℃和170℃，转速为30r/min。
(2)、薄膜制备：将PBAT树脂和EAA/Na2SO3母粒按照质量比9:1混合均匀，再将混合物料加入到单螺杆挤出流延机中熔融挤出流延，得到气体选择透过性包装薄膜；其中，单螺杆挤出流延机中各个温区(一区到七区)的温度分别为130℃、140℃、155℃、170℃、175℃、175℃和170℃，转速为30r/min，流延机牵引的转速为2.5r/min。
实施例2：
本实施例的气体选择透过性包装薄膜的制备方法包括如下步骤：
(1)、EAA/Na2SO3母粒制备：将EAA树脂和Na2SO3按照质量比4:1混合均匀，再将混合物料加入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，再经过冷水冷却后通过切粒机得到制得母粒；其中，双螺杆挤出机中各个温区(一区到七区)的温度分别为160℃、165℃、170℃、175℃、175℃、175℃和170℃，转速为30r/min。
(2)、薄膜制备：将PBAT树脂和EAA/Na2SO3母粒按照质量比3:1混合均匀，再将混合物料加入到单螺杆挤出流延机中熔融挤出流延，得到气体选择透过性包装薄膜；其中，单螺杆挤出流延机中各个温区(一区到七区)的温度分别为130℃、140℃、155℃、170℃、175℃、175℃和170℃，转速为30r/min，流延机牵引的转速为2r/min。
实施例3：
本实施例的气体选择透过性包装薄膜的制备方法包括如下步骤：
(1)、EAA/Na2SO3母粒制备：将EAA树脂和Na2SO3按照质量比4:1混合均匀，再将混合物料加入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，再经过冷水冷却后通过切粒机得到制得母粒；其中，双螺杆挤出机中各个温区(一区到七区)的温度分别为160℃、165℃、170℃、175℃、175℃、175℃和170℃，转速为30r/min。
(2)、薄膜制备：将PBAT树脂和EAA/Na2SO3母粒按照质量比6.25:3.75混合均匀，再将混合物料加入到单螺杆挤出流延机中熔融挤出流延，得到气体选择透过性包装薄膜；其中，单螺杆挤出流延机中各个温区(一区到七区)的温度分别为130℃、140℃、155℃、170℃、175℃、175℃和170℃，转速为30r/min，流延机牵引的转速为4r/min。
实施例4：
本实施例的气体选择透过性包装薄膜的制备方法包括如下步骤：
(1)、EAA/Na2SO3母粒制备：将EAA树脂和Na2SO3按照质量比3:1混合均匀，再将混合物料加入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，再经过冷水冷却后通过切粒机得到制得母粒；其中，双螺杆挤出机中各个温区(一区到七区)的温度分别为160℃、165℃、170℃、175℃、175℃、175℃和170℃，转速为30r/min。
(2)、薄膜制备：将PBAT树脂和EAA/Na2SO3母粒按照质量比23:2混合均匀，再将混合物料加入到单螺杆挤出流延机中熔融挤出流延，得到气体选择透过性包装薄膜；其中，单螺杆挤出流延机中各个温区(一区到七区)的温度分别为130℃、140℃、155℃、170℃、175℃、175℃和170℃，转速为30r/min，流延机牵引的转速为2.5r/min。
实施例5：
本实施例的气体选择透过性包装薄膜的制备方法包括如下步骤：
(1)、EAA/Na2SO3母粒制备：将EAA树脂和Na2SO3按照质量比3:1混合均匀，再将混合物料加入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，再经过冷水冷却后通过切粒机得到制得母粒；其中，双螺杆挤出机中各个温区(一区到七区)的温度分别为160℃、165℃、170℃、175℃、175℃、175℃和170℃，转速为30r/min。
(2)、薄膜制备：将PBAT树脂和EAA/Na2SO3母粒按照质量比4:1混合均匀，再将混合物料加入到单螺杆挤出流延机中熔融挤出流延，得到气体选择透过性包装薄膜；其中，单螺杆挤出流延机中各个温区(一区到七区)的温度分别为130℃、140℃、155℃、170℃、175℃、175℃和170℃，转速为30r/min，流延机牵引的转速为2r/min。
实施例6：
本实施例的气体选择透过性包装薄膜的制备方法包括如下步骤：
(1)、EAA/Na2SO3母粒制备：将EAA树脂和Na2SO3按照质量比3:1混合均匀，再将混合物料加入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，再经过冷水冷却后通过切粒机得到制得母粒；其中，双螺杆挤出机中各个温区(一区到七区)的温度分别为160℃、165℃、170℃、175℃、175℃、175℃和170℃，转速为30r/min。
(2)、薄膜制备：将PBAT树脂和EAA/Na2SO3母粒按照质量比3:2混合均匀，再将混合物料加入到单螺杆挤出流延机中熔融挤出流延，得到气体选择透过性包装薄膜；其中，单螺杆挤出流延机中各个温区(一区到七区)的温度分别为130℃、140℃、155℃、170℃、175℃、175℃和170℃，转速为30r/min，流延机牵引的转速为4r/min。
对比例1：
本对比例的气体选择透过性包装薄膜的制备方法包括如下步骤：
(1)、EAA/Na2SO3母粒制备：将EAA树脂和Na2SO3按照质量比9:2混合均匀，再将混合物料加入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，再经过冷水冷却后通过切粒机得到制得母粒；其中，双螺杆挤出机中各个温区(一区到七区)的温度分别为160℃、165℃、170℃、175℃、175℃、175℃和170℃，转速为30r/min。
(2)、薄膜制备：将PBAT树脂和EAA/Na2SO3母粒按照质量比89:11混合均匀，再将混合物料加入到单螺杆挤出流延机中熔融挤出流延，得到气体选择透过性包装薄膜；其中，单螺杆挤出流延机中各个温区(一区到七区)的温度分别为130℃、140℃、155℃、170℃、175℃、175℃和170℃，转速为30r/min，流延机牵引的转速为2.5r/min。
对比例2：
本对比例的气体选择透过性包装薄膜的制备方法包括如下步骤：
(1)、EAA/Na2SO3母粒制备：将EAA树脂和Na2SO3按照质量比5:2混合均匀，再将混合物料加入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，再经过冷水冷却后通过切粒机得到制得母粒；其中，双螺杆挤出机中各个温区(一区到七区)的温度分别为160℃、165℃、170℃、175℃、175℃、175℃和170℃，转速为30r/min。
(2)、薄膜制备：将PBAT树脂和EAA/Na2SO3母粒按照质量比13:7混合均匀，再将混合物料加入到单螺杆挤出流延机中熔融挤出流延，得到气体选择透过性包装薄膜；其中，单螺杆挤出流延机中各个温区(一区到七区)的温度分别为130℃、140℃、155℃、170℃、175℃、175℃和170℃，转速为30r/min，流延机牵引的转速为2.5r/min。
对比例3：
本对比例的PBAT薄膜的制备方法包括：
将PBAT树脂加入到单螺杆挤出流延机中熔融挤出流延，得到PBAT薄膜，其中，单螺杆挤出流延机中各个温区(一区到七区)的温度分别为130℃、140℃、155℃、170℃、175℃、175℃和170℃，转速为30r/min，流延机牵引的转速为2.5r/min。
将上述实施例和对比例的包装薄膜进行气体(氧气和二氧化碳)透过性能测定。其实验结果如表2所示：
表2不同薄膜的气体透过性
由表2可以看出，纯PBAT薄膜(对比例3)的二氧化碳与氧气透过比(PCO2/O2)为6.58，EAA/Na2SO3母粒的加入使PBAT薄膜的透过比得到大幅提升，实施例的包装薄膜增加到了7.92-12.48。在实施例1至实施例6中，PBAT薄膜的PCO2/O2随着薄膜中EAA/Na2SO3母粒含量的增加而增加；当薄膜中Na2SO3含量相同时，实施例4至实施例6对应的PCO2/O2分别要高于实施例1至实施例3，表明制备EAA/Na2SO3母粒时，EAA树脂和Na2SO3质量比3:1较质量比4:1更利于增大PBAT薄膜的PCO2/O2。与纯PBAT薄膜(对比例3)相比，对比例1和对比例2薄膜的PCO2/O2稍有增加。比较实施例1和对比例1、实施例2和对比例2，它们之间的区别在于制备EAA/Na2SO3母粒时，EAA树脂和Na2SO3质量比不同，但薄膜的PCO2/O2相差较大，表明EAA树脂和Na2SO3质量比控制在(3-4)：1时，有利于在较大范围内调节薄膜的二氧化碳与氧气透过比，否则对改善薄膜的二氧化碳与氧气透过比无较大帮助。综上所述，本发明可以使PBAT薄膜具有气体选择透过功能，调控PBAT薄膜对氧气、二氧化碳的透过性。利用薄膜对氧气、二氧化碳等气体分子的选择透过性，可以帮助果蔬包装内维持或快速建立低氧气高二氧化碳气氛理想微环境，有效抑制果蔬的呼吸作用，从而达到更好的保鲜效果。
具体地，当果蔬包装材料的渗透性及选择透过性适宜时，包装内氧气不能满足呼吸需求时，包装外的氧气在浓度差的推动下和薄膜渗透性的控制下，一定量的氧气透过薄膜进入包装补充呼吸消耗。同时，呼吸代谢产生的二氧化碳又能及时通过薄膜排出，维持包装内部一个适宜湿度结合低氧气高二氧化碳的微环境，从而达到气调保鲜效果。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种气体选择透过性包装薄膜，其特征在于：其包括以下组分：
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯 60-90wt％，
乙烯丙烯酸共聚物 8-30wt％，
亚硫酸钠 2-10wt％。
2.根据权利要求1所述的气体选择透过性包装薄膜，其特征在于：所述乙烯丙烯酸共聚物和亚硫酸钠的质量比为(3-4)：1。
3.一种如权利要求1或2所述的气体选择透过性包装薄膜的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：
(1)、将乙烯丙烯酸共聚物和亚硫酸钠混合，并进行熔融挤出，冷却后切粒得到母粒；
(2)、将聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯和所述母粒混合，得到混合料，进行熔融挤出流延得到气体选择透过性包装薄膜。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述乙烯丙烯酸共聚物和亚硫酸钠的质量比为(3-4)：1。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述熔融挤出的过程中，双螺杆挤出机中从一区到七区的温度分别为160℃、165℃、170℃、175℃、175℃、175℃和170℃，转速为20-40r/min。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯和母粒的质量比为(3-23)：(1-3.75)。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述熔融挤出流延的过程中，单螺杆挤出流延机中从一区到七区的温度分别为130℃、140℃、155℃、170℃、175℃、175℃和170℃，转速为20-40r/min，流延机牵引的转速为2-4r/min。
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