CN116215036A - 具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于层状包装薄膜材料技术领域,具体为一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料、制备方法及应用。通过设置铝箔层、氮氧化硅层、防护层,并且将氮氧化硅层设置为具有多个循环的不同倾斜组织排列方向的子膜层对结构,提高了包装薄膜材料的阻氧阻水性能、抗菌抑菌性能、抗冲击性能。
Description
技术领域
本发明涉及层状包装薄膜材料技术领域,具体为一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料、制备方法及应用。
背景技术
随着人类工业化社会的发展,环境污染的加剧导致细菌的繁殖和传播日益严重。细菌的繁殖能力极强,且能够通过水、空气等多种途径进行大面积、快速的扩展和传播,对人类社会的生命安全构成了严重的威胁。
食品作为人类日常生活中必不可少的生活物资,由于其有利于细菌的滋生和繁殖的特性,使食品难以进行长期安全的保存。一方面,由此导致食品资源的大量浪费,超出保存期限的废弃食品的处理成为人类面临的重大社会问题;另一方面,食品的细菌污染也直接导致疾病的大面积传播。因此,如何对食品进行安全长效的保存成为了人们一直以来不断研究的课题。传统的食品包装材料采用铝箔、塑料等材料,通过设置多种功能层,如阻隔层、抗冲击层等附加功能层提升食品包装材料的阻隔性能和防护性能,通过食品包装材料来阻挡氧气、水汽等不利于食品保存的气体侵入食品包装内部,从而提高了食品的保存的质量,延长了食品保存的期限。随着人们生活质量的不断提高,现有技术中的食品包装材料对氧气、水汽的阻隔性能已不能提供更好的阻隔性能和抑菌性能,不能满足食品保存的多样化需求。
由此,目前需要有一种方案来解决现有技术中存在的技术问题。
发明内容
本发明提供一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料、制备方法及其应用,至少可以解决现有技术中存在的部分问题。
为解决上述技术问题,根据本发明的一个方面,本发明提供了如下技术方案:一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料,其中,包括自内而外依次叠层设置的热封层、铝箔层、基材层、氮氧化硅层、防护层;所述氮氧化硅层由至少两个子膜层对循环叠层构成,每个所述的子膜层对均由第一子膜层和第二子膜层构成,第一子膜层和第二子膜层具有不同倾斜方向的组织排列结构;其中,所述子膜层对由等离子增强化学气相沉积的方法制备而成。
作为本发明所述的一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料的优选方案,其中:热封层与铝箔层、铝箔层与基材层、氮氧化硅层与防护层之间还设置有粘接层,制备粘接层的粘接剂材料包含有数均分子量2000-4000的聚酯多元醇和三异氰酸酯。
作为本发明的一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料的优选方案,其中:防护层为水性聚氨酯涂层,且水性聚氨酯涂层中包含15-20wt%的聚四氟乙烯、8-10wt%的纳米氧化锌粉末以及6-8wt%的尼龙。
作为本发明的一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料的优选方案,其中:防护层的厚度为8-20微米。
作为本发明的一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料的优选方案,其中:基材层为PP、PE或PET,且基材层的厚度为20-60微米。
作为本发明的一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料的优选方案,其中:每个子膜层对中第一子膜层和第二子膜层的厚度均为200纳米。
为解决上述技术问题,根据本发明的另一个方面,本发明提供了如下技术方案:一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料的制备方法,包括如下的步骤:S1:在基材层的一侧依次粘接制作铝箔层和热封层;S2:在基材层的另一侧依次制备氮氧化硅层和防护层,所述氮氧化硅层的第一子膜层和第二子膜层采用倾斜沉积的方式获得具有不同倾斜方向的组织排列结构的子膜层对。
为解决上述技术问题,根据本发明的另一个方面,本发明提供了如下技术方案:一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料在食品包装和药品包装中的应用。
本发明的有益效果如下:
本发明提供的高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料中设置有高阻隔性能的氮氧化硅层(SiOxNy),氮氧化硅为二氧化硅与氮化硅的中间相,同时兼具二氧化硅与氮化硅的特性,是一种具有高阻隔性能的陶瓷材料,材料为无色透明材质,能够为包装薄膜材料提供保香保鲜以及耐蒸煮的优异综合性能,同时氮氧化硅层还具有一定的硬度和强度,可以提升包装薄膜材料的硬度和强度。
将氮氧化硅层设置为包括多个叠层设置的子膜层对,每个子膜层对中氮氧化硅层具有不同倾斜方向的组织排列结构,使得不同的子膜层中所存在的孔隙和缝隙不能垂直或直线贯通,增加了空气和水汽在穿透氮氧化硅层时的路径长度及透过难度,进而提升了包装薄膜材料对空气和水汽的阻隔性能,提高了食品和药品的保存质量和时间。
本发明提供的高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料中设置的防护层中添加有疏水材料、纳米抗菌粉末材料及抗冲击材料,纳米氧化锌和纳米氧化锌通过光催化作用对附着在包装薄膜材料表面的细菌具有杀灭功效,铝箔层对太阳光也具备良好的反射功能,可使太阳光反射后提升纳米抗菌粉末的光催化效果,进一步提升了包装薄膜材料的抗菌抑菌效果;通过赋予包装薄膜材料疏水效果提高对食品和药品的保存质量,以及提高了食品和药品在运输过程中的存储效果和存储质量。
3、本发明提供的粘接剂材料在提供优异的粘接附着强度的同时,同样具有良好的阻隔性能和延展性,从而使包装薄膜材料具有稳定的结构以及更加优异的阻隔性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术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示出的结构获得其他的附图;
图1为本发明高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料的结构示意图。
附图标号说明:
1-热封层,2-铝箔层,3-基材层,4-氮氧化硅层,4-1-第一子膜层,4-2-第二子膜层,5-防护层。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
实施方式
下面将结合实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明,若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……),则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
另外,若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述,则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料、制备方法及其应用,通过设置铝箔层、氮氧化硅层以及防护层,并且将氮氧化硅层设置为具有多个循环的不同倾斜组织排列方向的子膜层对结构,提升了包装薄膜材料的阻氧阻水性能、抗菌抑菌性能、抗冲击性能,进而提高食品及药品的保存期限和保存质量。
一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料,其中,包括自内而外依次叠层设置的热封层、铝箔层、基材层、氮氧化硅层、防护层;
所述氮氧化硅层由至少两个子膜层对循环叠层构成,每个所述的子膜层对均由第一子膜层和第二子膜层构成,第一子膜层和第二子膜层具有不同倾斜方向的组织排列结构。
优选地,所述子膜层对由磁控溅射或等离子增强化学气相沉积的方法制备而成。在制备具有不同倾斜方向的组织排列结构的子膜层对时,可通过固定沉积源的方式,将基材放置为与沉积源具有一定的夹角,使基材与沉积源二者的连线不垂直于水平面,通过调整基材的位置获得不同的源材料沉积方向;或者固定基材,通过设置至少两个不同位置的沉积源的方式,依次开启和关闭不同的沉积源获得不同的源材料沉积方向。
优选地,所述热封层为聚乙烯树脂层或聚丙烯树脂层。
优选地,所述热封层采用低密度聚乙烯树脂材料或低密度聚丙烯树脂材料。
优选地,所述热封层的厚度为20-100微米,可根据热封强度的需要调整热封层厚度。
优选地,所述铝箔层中掺杂有0.5-2.0wt%的Fe、0.2-1.0wt%的Si、0.5-4.0wt%的Cu和/或Ag。
铁元素和硅元素的添加有利于改善铝箔层的耐针孔腐蚀性以及铝箔的延展性能,铜和/或银元素的添加使铝箔中弥散分布有富铜和/或富银金属相,金属铜和/或银原子能够提供良好的抗菌抑菌性能,尤其是对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有良好的抑制效果。
优选地,铝箔层的厚度为6-20微米,铝箔过薄不能起到很好的阻隔支撑性能,铝箔过厚不利于生产成本的控制。
优选地,所述基材层为PE、PP或PET。
优选地,所述基材层的厚度为20-60微米。
优选地,所述防护层为水性聚氨酯涂层,且所述水性聚氨酯涂层中包含15-20wt%的聚四氟乙烯、8-10wt%的纳米氧化锌粉末以及6-8wt%的尼龙。
优选地,所述防护层中含氟树脂疏水材料选自聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯,含氟树脂疏水材料在防护层中的含量为10-20wt%。
优选地,所述纳米抗菌粉末为锐钛型纳米氧化锌粉末,纳米抗菌粉末在防护层中的含量为5-10wt%。
优选地,起到抗冲击性能的尼龙在防护层中的含量为4-8wt%。
优选地,所述防护层的厚度为8-20微米。
优选地,所述热封层与铝箔层、所述铝箔层与基材层、所述氮氧化硅层与防护层之间还设置有粘接层,制备所述粘接层的粘接剂材料包含有数均分子量2000-4000的聚酯多元醇和三异氰酸酯。
优选地,所述粘接剂中还可包含有偶联剂、流平剂、消泡剂、有机溶剂、填料、色素中的至少一种。
为解决上述技术问题,根据本发明的另一个方面,本发明提供了如下技术方案:
一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料的制备方法,其中,包括如下的步骤:
S1:在基材层的一侧依次粘接制作铝箔层和热封层;
S2:在基材层的另一侧依次制备氮氧化硅层和防护层,所述氮氧化硅层的第一子膜层和第二子膜层采用倾斜沉积的方式获得具有不同倾斜方向的组织排列结构的子膜层对。
优选地,在制备氮氧化硅层之前预先对基材层进行离子蚀刻,提高后续氮氧化硅层以及防护层与基材层之间的结合附着强度。
优选地,在制备每一子膜层之后对该子膜层进行离子蚀刻,提高氮氧化硅膜层整体的结合强度。
优选地,离子蚀刻所采用的气体为氦气或氩气。
优选地,在制作铝箔层之前预先对基材层进行电晕处理。
为解决上述技术问题,根据本发明的另一个方面,本发明提供了如下技术方案:
一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料在食品包装和药品包装中的应用。
实施例1
一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料,参见图1,包括自内而外依次叠层设置的热封层1、铝箔层2、基材层3、氮氧化硅层4、防护层5;
热封层1的材质为低密度聚乙烯树脂材料,厚度为50微米。
铝箔层2中包含有1.0wt%的Fe、0.8wt%的Si、2.0wt%的Cu,厚度为10微米。
基材层3采用PET膜层,厚度为60微米。
氮氧化硅层4包含五个循环结构的子膜层对,每个子膜层对中第一子膜层4-1和第二子膜层4-2的厚度均为200纳米,氮氧化硅层4的总厚度为2微米。
氮氧化硅层4的第一子膜层4-1和第二子膜层4-2的制备采用磁控溅射的方法,沉积过程中在反应腔室中设置2个不同位置的溅射硅靶材,将基材固定设置在与2个溅射靶均具有一定非垂直法线方向的夹角的位置,依次开启和关闭2个不同的溅射靶材,通入含氧含氮反应气体,分别进行第一子膜层4-1和第二子膜层4-2的制备。
防护层5为包含聚四氟乙烯、纳米氧化锌粉末和尼龙的水性聚氨酯涂层,涂层中聚四氟乙烯的含量为15wt%,纳米氧化锌粉末的含量为8wt%,尼龙的含量为6wt%,防护层5的厚度为10微米。
热封层1与铝箔层2、铝箔层2与基材层3、氮氧化硅层4与防护层5之间还设置有粘接层。
制备粘接层的粘接剂材料包含有85wt%的数均分子量4000的聚酯多元醇溶液、10wt%的三异氰酸酯、5wt%的KH550,聚酯多元醇溶液采用N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,聚酯多元醇在其中的含量为60wt%。
聚酯多元醇采用马来酸酐、二缩三乙二醇和丁醇为原料,将马来酸酐、二缩三乙二醇和丁醇加入至反应容器中,在恒温条件下进行反应,形成酯化产物,反应完全后在同样的温度条件下进行负压蒸馏脱除水分及醇类物质,最后采用N,N-二甲基甲酰胺将反应产物稀释为聚酯多元醇含量为60wt%的溶液用于制作粘接剂。
实施例2
一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料,包括自内而外依次叠层设置的热封层1、铝箔层2、基材层3、氮氧化硅层4、防护层5;
热封层1的材质为低密度聚丙烯树脂材料,厚度为100微米。
铝箔层2中包含有0.5wt%的Fe、1.0wt%的Si、3.0wt%的Ag,厚度为15微米。
基材层3采用PP膜层,厚度为60微米。
氮氧化硅层4包含两个循环结构的子膜层对,每个子膜层对中第一子膜层4-1和第二子膜层4-2的厚度均为200纳米,氮氧化硅层4的总厚度为0.8微米。
氮氧化硅层4的第一子膜层4-1和第二子膜层4-2的制备采用磁控溅射的方法,沉积过程中在反应腔室中设置2个不同位置的溅射硅靶材,将基材固定设置在与2个溅射靶均具有一定非垂直法线方向的夹角的位置,依次开启和关闭2个不同的溅射靶材,通入含氧含氮反应气体,分别进行第一子膜层4-1和第二子膜层4-2的制备。
防护层5为包含聚四氟乙烯、纳米氧化锌粉末和尼龙的水性聚氨酯涂层,涂层中聚四氟乙烯的含量为20wt%,纳米氧化锌粉末的含量为10wt%,尼龙的含量为8wt%,防护层5的厚度为8微米。
热封层1与铝箔层2、铝箔层2与基材层3、氮氧化硅层4与防护层5之间还设置有粘接层。
制备粘接层的粘接剂材料包含有85wt%的数均分子量4000的聚酯多元醇溶液、10wt%的三异氰酸酯、5wt%的KH550,聚酯多元醇溶液采用N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,聚酯多元醇在其中的含量为60wt%。
聚酯多元醇采用马来酸酐、二缩三乙二醇和丁醇为原料,将马来酸酐、二缩三乙二醇和丁醇加入至反应容器中,在恒温条件下进行反应,形成酯化产物,反应完全后在同样的温度条件下进行负压蒸馏脱除水分及醇类物质,最后采用N,N-二甲基甲酰胺将反应产物稀释为聚酯多元醇含量为60wt%的溶液用于制作粘接剂。
实施例3
一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料,包括自内而外依次叠层设置的热封层1、铝箔层2、基材层3、氮氧化硅层4、防护层5;
热封层1的材质为低密度聚丙烯树脂材料,厚度为20微米。
铝箔层2中包含有2.0wt%的Fe、0.3wt%的Si、1.0wt%的Ag,厚度为6微米。
基材层3采用PE膜层,厚度为20微米。
氮氧化硅层4包含五个循环结构的子膜层对,每个子膜层对中第一子膜层4-1和第二子膜层4-2的厚度均为200纳米,氮氧化硅层4的总厚度为2.0微米。
氮氧化硅层4的第一子膜层4-1和第二子膜层4-2的制备采用磁控溅射的方法,沉积过程中在反应腔室中设置2个不同位置的溅射硅靶材,将基材固定设置在与2个溅射靶均具有一定非垂直法线方向的夹角的位置,依次开启和关闭2个不同的溅射靶材,通入含氧含氮反应气体,分别进行第一子膜层4-1和第二子膜层4-2的制备。
防护层5为包含聚三氟氯乙烯、纳米氧化锌粉末和尼龙的水性聚氨酯涂层,涂层中聚三氟氯乙烯的含量为10wt%,纳米氧化锌粉末的含量为10wt%,尼龙的含量为8wt%,防护层5的厚度为20微米。
热封层1与铝箔层2、铝箔层2与基材层3、氮氧化硅层4与防护层5之间还设置有粘接层。
制备粘接层的粘接剂材料包含有85wt%的数均分子量4000的聚酯多元醇溶液、10wt%的三异氰酸酯、5wt%的KH550,聚酯多元醇溶液采用N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,聚酯多元醇在其中的含量为60wt%。
聚酯多元醇采用马来酸酐、二缩三乙二醇和丁醇为原料,将马来酸酐、二缩三乙二醇和丁醇加入至反应容器中,在恒温条件下进行反应,形成酯化产物,反应完全后在同样的温度条件下进行负压蒸馏脱除水分及醇类物质,最后采用N,N-二甲基甲酰胺将反应产物稀释为聚酯多元醇含量为60wt%的溶液用于制作粘接剂。
对比例1
一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料,包括自内而外依次叠层设置的热封层1、铝箔层2、基材层3、氮氧化硅层4、防护层5;
热封层1的材质为低密度聚乙烯树脂材料,厚度为50微米。
铝箔层2中包含有1.0wt%的Fe、0.8wt%的Si、2.0wt%的Cu,厚度为10微米。
基材层3采用PET膜层,厚度为60微米。
氮氧化硅层4不采用具有不同倾斜方向组织结构的多个子膜层对循环结构,而采用常规的磁控溅射方法,将单个溅射硅靶材与基材设置为固定位置,通入含氧含氧反应气体沉积获得2微米氮氧化硅层4。
防护层5为包含聚四氟乙烯、纳米氧化锌粉末和尼龙的水性聚氨酯涂层,涂层中聚四氟乙烯的含量为15wt%,纳米氧化锌粉末的含量为8wt%,尼龙的含量为6wt%,防护层5的厚度为10微米。
热封层1与铝箔层2、铝箔层2与基材层3、氮氧化硅层4与防护层5之间还设置有粘接层。
制备粘接层的粘接剂材料包含有85wt%的数均分子量4000的聚酯多元醇溶液、10wt%的三异氰酸酯、5wt%的KH550,聚酯多元醇溶液采用N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,聚酯多元醇在其中的含量为60wt%。
聚酯多元醇采用马来酸酐、二缩三乙二醇和丁醇为原料,将马来酸酐、二缩三乙二醇和丁醇加入至反应容器中,在恒温条件下进行反应,形成酯化产物,反应完全后在同样的温度条件下进行负压蒸馏脱除水分及醇类物质,最后采用N,N-二甲基甲酰胺将反应产物稀释为聚酯多元醇含量为60wt%的溶液用于制作粘接剂。
对比例2
一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料,包括自内而外依次叠层设置的热封层1、铝箔层2、基材层3、氮氧化硅层4、防护层5;
热封层1的材质为低密度聚乙烯树脂材料,厚度为50微米。
铝箔层2中包含有1.0wt%的Fe、0.8wt%的Si、2.0wt%的Cu,厚度为10微米。
基材层3采用PET膜层,厚度为60微米。
氮氧化硅层4包含五个循环结构的子膜层对,每个子膜层对中第一子膜层4-1和第二子膜层4-2的厚度均为200纳米,氮氧化硅层4的总厚度为2微米。
氮氧化硅层4的第一子膜层4-1和第二子膜层4-2的制备采用磁控溅射的方法,沉积过程中在反应腔室中设置2个不同位置的溅射硅靶材,将基材固定设置在与2个溅射靶均具有一定非垂直法线方向的夹角的位置,依次开启和关闭2个不同的溅射靶材,通入含氧含氮反应气体,分别进行第一子膜层4-1和第二子膜层4-2的制备。
防护层5为包含聚四氟乙烯、纳米氧化锌粉末和尼龙的水性聚氨酯涂层,涂层中聚四氟乙烯的含量为15wt%,纳米氧化锌粉末的含量为8wt%,尼龙的含量为6wt%,防护层5的厚度为10微米。
热封层1与铝箔层2、铝箔层2与基材层3、氮氧化硅层4与防护层5之间还设置有粘接层。
制备粘接层的粘接剂材料采用现有技术中已有且常用的聚氨酯类胶粘剂材料,该胶粘剂材料由异氰酸酸酯改性的聚氨酯和有机溶剂进行均匀混合制备而成。
对比例3
一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料,包括自内而外依次叠层设置的热封层1、铝箔层2、基材层3、氮氧化硅层4、防护层5;
热封层1的材质为低密度聚乙烯树脂材料,厚度为50微米。
铝箔层2中包含有1.0wt%的Fe、0.8wt%的Si、2.0wt%的Cu,厚度为10微米。
基材层3采用PET膜层,厚度为60微米。
氮氧化硅层4包含五个循环结构的子膜层对,每个子膜层对中第一子膜层4-1和第二子膜层4-2的厚度均为200纳米,氮氧化硅层4的总厚度为2微米。
氮氧化硅层4的第一子膜层4-1和第二子膜层4-2的制备采用磁控溅射的方法,沉积过程中在反应腔室中设置2个不同位置的溅射硅靶材,将基材固定设置在与2个溅射靶均具有一定非垂直法线方向的夹角的位置,依次开启和关闭2个不同的溅射靶材,通入含氧含氮反应气体,分别进行第一子膜层4-1和第二子膜层4-2的制备。
防护层5为包含聚四氟乙烯、纳米氧化锌粉末和尼龙的水性聚氨酯涂层,涂层中聚四氟乙烯的含量为15wt%,尼龙的含量为6wt%,防护层5的厚度为10微米。
热封层1与铝箔层2、铝箔层2与基材层3、氮氧化硅层4与防护层5之间还设置有粘接层。
制备粘接层的粘接剂材料包含有85wt%的数均分子量4000的聚酯多元醇溶液、10wt%的三异氰酸酯、5wt%的KH550,聚酯多元醇溶液采用N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,聚酯多元醇在其中的含量为60wt%。
聚酯多元醇采用马来酸酐、二缩三乙二醇和丁醇为原料,将马来酸酐、二缩三乙二醇和丁醇加入至反应容器中,恒温条件下进行反应,形成酯化产物,反应完全后在同样的温度条件下进行负压蒸馏脱除水分及醇类物质,最后采用N,N-二甲基甲酰胺将反应产物稀释为聚酯多元醇含量为60wt%的溶液用于制作粘接剂。
对比例4
一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料,包括自内而外依次叠层设置的热封层1、铝箔层2、基材层3、氮氧化硅层4、防护层5;
热封层1的材质为低密度聚乙烯树脂材料,厚度为50微米。
铝箔层2中包含有1.0wt%的Fe、0.8wt%的Si、2.0wt%的Cu,厚度为10微米。
基材层3采用PET膜层,厚度为60微米。
氮氧化硅层4不采用具有不同倾斜方向组织结构的多个子膜层对循环结构,而采用常规的磁控溅射方法,将单个溅射硅靶材与基材设置为固定位置,通入含氧含氧反应气体沉积获得2微米氮氧化硅层4。
防护层5为包含聚四氟乙烯、纳米氧化锌粉末和尼龙的水性聚氨酯涂层,涂层中聚四氟乙烯的含量为15wt%,尼龙的含量为6wt%,防护层5的厚度为10微米。
热封层1与铝箔层2、铝箔层2与基材层3、氮氧化硅层4与防护层5之间还设置有粘接层。
制备粘接层的粘接剂材料包含有85wt%的数均分子量4000的聚酯多元醇溶液、10wt%的三异氰酸酯、5wt%的KH550,聚酯多元醇溶液采用N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,聚酯多元醇在其中的含量为60wt%。
聚酯多元醇采用马来酸酐、二缩三乙二醇和丁醇为原料,将马来酸酐、二缩三乙二醇和丁醇加入至反应容器中,恒温条件下进行反应,形成酯化产物,反应完全后在同样的温度条件下进行负压蒸馏脱除水分及醇类物质,最后采用N,N-二甲基甲酰胺将反应产物稀释为聚酯多元醇含量为60wt%的溶液用于制作粘接剂。
将上述实施例1-3以及对比例1-4得到的具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料分别进行裁剪,分别获得多个50mm×50mm的包装薄膜材料样品,对每个试样采用相同的测试方法和测试条件,分别进行气味测试、水汽透过率测试、氧透过率测试、剥离强度测试以及抗菌性能的测试。
气味测试的方法为将具有强烈气味的食物放入小口径试管容器中,采用上述包装薄膜材料进行密封,对食物进行40℃恒温水浴加热,2小时后通过嗅觉方式测试包装材料的密封性能。
水汽透过率测试采用MOCON公司的AQUATRAN Model 1透湿仪进行测试。测试结果以优(水汽透过率≤5mg/m2ˑd)、良(5mg/m2ˑd<水汽透过率≤20mg/m2ˑd)、中(20mg/m2ˑd<水汽透过率≤100mg/m2ˑd)、差(水汽透过率>100mg/m2ˑd)进行评价。
氧透过率测试采用MOCON公司的Ox-Tran 2/21型透氧仪进行测试。测试结果以优(氧透过率≤2×10-3cc/m2ˑd)、良(2×10-3cc/m2ˑd<氧透过率≤5×10-3cc/m2ˑd)、中(5×10- 3cc/m2ˑd<氧透过率≤10×10-3cc/m2ˑd)、差(氧透过率>10×10-3cc/m2ˑd)进行评价。
抗剥离强度采用划格试验法进行测试。试验结果以优(网格没有剥离现象)、良(5%<划线边缘和网格交叉部位剥落面积≤15%)、中(15%<划线边缘和网格交叉部位剥落面积≤35%),差(划线边缘和网格交叉部位剥落面积>35%)进行评价。
抑菌性能测试的菌种为金黄色葡萄球菌,试验结果以优(抑菌率≥95%)、良(90%≤抑菌率<95%)、中(80%≤抑菌率<90%)、差(抑菌率<80%)。
将以上各样品的不同测试结果进行汇总如下:
对实施例1以及对比例1-4的不同性能指标测试结果进行对比分析,可以看出,本发明所提供的高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料由于具备铝箔层、氮氧化硅层、防护层的多层阻隔防护结构,使包装薄膜材料在各项性能测试中均达到优异的水平,水汽通过率和氧通过率极低,使食品中的细菌难以进行快速繁殖,与防护层中所设置的纳米抗菌材料协同作用共同抑菌抗菌,有利于食品的长期高质量保存。同时,由于本发明提供的高质量聚酯多元醇粘接剂材料以及防护层中设置的抗冲击尼龙材料的共同使用,也极大地提高了包装薄膜材料的膜层稳定性。
对比例1与实施例1相比较,由于对比例1中的氮氧化硅层中并没有采用本发明的具有不同倾斜方向的组织结构的子膜层对,采用单组织方向的氮氧化硅层,由于膜层中存在贯通的微小孔隙和缝隙,有利于水汽和氧的通过,不利于食品风味的保存。同时,水汽和氧的通过也有利于需氧型细菌的繁殖,从其抑菌率结果也可以看出,抑菌效果较本发明有一定的降低。
对比例2与实施例1相比较,对比例2的包装薄膜材料中未采用由本发明提供的粘接剂制作的三层粘接层,导致包装薄膜材料对于气味、水汽和氧的阻隔性能有一定的下降,直接表现为密封有气味逸出,水汽通过率和氧通过率级别下降,以及抑菌率的降低。更为不利的是,采用传统的聚氨酯类粘接层,包装薄膜材料在划格试验中表现较差,在划线处以及网格中出现了较大面积的剥离现象,不利于包装薄膜材料的稳定性。
对比例3与实施例1相比较,对比例3的防护层中没有添加纳米抗菌粉末,结果显示纳米抗菌粉末的添加与否对于包装薄膜材料的密封性、水汽通过率、氧通过率以及抗剥离性能影响不大,但对于包装薄膜材料的抑菌性能有一定的不利影响。
对比例4与实施例1相比较,对比例4中既没有设置不同倾斜方向的组织结构的子膜层,也没有在防护层中设置纳米抗菌粉末,与上述分析相同,直接影响到包装薄膜材料的密封性、水汽通过率以及氧通过率。对于包装薄膜材料的抑菌性能来看,对比例4中的包装薄膜材料对于细菌的抑制效率最差。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料,其特征在于,包括自内而外依次叠层设置的热封层(1)、铝箔层(2)、基材层(3)、氮氧化硅层(4)、防护层(5);
所述氮氧化硅层(4)由至少两个子膜层对循环叠层构成,每个所述的子膜层对均由第一子膜层(4-1)和第二子膜层(4-2)构成,第一子膜层(4-1)和第二子膜层(4-2)具有不同倾斜方向的组织排列结构;其中,所述子膜层对由等离子增强化学气相沉积的方法制备而成。
2.根据权利要求1所述的一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料,其特征在于,所述热封层(1)与铝箔层(2)、所述铝箔层(2)与基材层(3)、所述氮氧化硅层(4)与防护层(5)之间还设置有粘接层,制备所述粘接层的粘接剂材料包含有数均分子量2000-4000的聚酯多元醇和三异氰酸酯。
3.根据权利要求1所述的一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料,其特征在于,所述防护层(5)为水性聚氨酯涂层,且所述水性聚氨酯涂层中包含15-20wt%的聚四氟乙烯、8-10wt%的纳米氧化锌粉末以及6-8wt%的尼龙。
4.根据权利要求3所述的一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料,其特征在于,所述防护层(5)的厚度为8-20微米。
5.根据权利要求3所述的一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料,其特征在于,所述基材层(3)为PP、PE或PET,且所述基材层(3)的厚度为20-60微米。
6.根据权利要求1所述的一种具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料,其特征在于,每个子膜层对中所述第一子膜层(4-1)和所述第二子膜层(4-2)的厚度均为200纳米。
7.一种权利要求1-6任意一项所述的具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料的制备方法,其特征在于:包括如下的步骤:
S1:在基材层(3)的一侧依次粘接制作铝箔层(2)和热封层(1);
S2:在基材层(3)的另一侧依次制备氮氧化硅层(4)和防护层(5),所述氮氧化硅层(4)的第一子膜层(4-1)和第二子膜层(4-2)采用倾斜沉积的方式获得具有不同倾斜方向组织排列结构的子膜层对。
8.一种权利要求1-6任意一项所述的具有高阻隔高抗菌性能的包装薄膜材料在食品包装和药品包装中的应用。
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