CN117295609A - 耐高温高阻隔抗卷曲复合膜、其制备方法及用途 - Google Patents

耐高温高阻隔抗卷曲复合膜、其制备方法及用途 Download PDF

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CN117295609A CN202280016293.5A CN202280016293A CN117295609A CN 117295609 A CN117295609 A CN 117295609A CN 202280016293 A CN202280016293 A CN 202280016293A CN 117295609 A CN117295609 A CN 117295609A
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Abstract

本发明属于包装材料和包装制品领域，涉及一种耐高温高阻隔抗卷曲复合膜、其制备方法及用途。具体地，本发明涉及一种复合膜，其具有对称的层结构ABA或ACBCA，所述复合膜的制备方法，以及用于制备包装容器的用途。本发明还涉及一种方便食品的制备方法。

Description

耐高温高阻隔抗卷曲复合膜、其制备方法及用途 技术领域
本发明涉及包装材料和包装方法领域，具体涉及一种耐高温高阻隔抗卷曲复合膜、其制备方法及用途。本发明还涉及一种方便食品的制备方法。
背景技术
易揭盖膜广泛用于食品包装，特别是方便食品的包装。在包装形式上，易揭盖膜可用于碗(盒)状、杯状、桶状、盒状等包装容器。一些方便食品(例如方便米饭)在生产过程中需要将食材填充至包装容器中，之后进行烹饪或高温杀菌，因此，要求盖膜材料具有良好的耐高温性能。此外，作为食品包装的组成材料，盖膜材料还应具有良好的阻隔性，以避免保质期内食品变质或口感变差。
发明内容
一些方便食品(例如方便米饭)的制备工艺涉及以下流程：将食材填充至包装容器，然后将裁切后的卷膜预封住热封面的70％-80％，高温蒸煮之后进行水冷、UV杀菌、充氮、密封。发明人发现，现有包装容器的易揭盖膜在经历高温蒸煮和水冷之后，容易发生向内或向外卷曲，进而在充氮步骤中容易使得氮气外溢、产品品质下降、瘪盒，更严重者造成密封不严。
发明人通过大量的研究工作，创造性地得到了一种复合膜，其具有良好的耐高温性能和高阻隔性，即使经过连续的高温和低温处理之后也不会卷曲，可以解决上述技术问题，由此提供了下述发明：
复合膜
在一个方面，本申请提供了一种复合膜，其具有对称的层结构ABA或ACBCA；
其中，A层材料选自：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或其组合；
B层为阻隔层，包括基材层和阻隔材料层：所述基材选自聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)，所述阻隔材料选自有机阻隔材料或无机阻隔材料；
C层材料为聚酰胺(PA)。
现有的易揭盖膜都是非对称的三层结构，外层、中层和内层的材料各不相同。易揭 盖膜经过高温蒸煮和水冷之后容易向内或向外卷曲，发明人认为其原因可能在于各层材料的比容积(Specific Volume)不同。针对这一问题，发明人设计了具有对称的层结构的复合膜，并对各层材料进行选择。
其中，A层可作为热合层(或称易揭层)。热合即热压封合，通过对包装的封口处进行加热，使相互接触的两个热合层达到粘流状态后加压使之粘封。热合层一般选用耐渗透性和热合性适中的材料，耐渗透性防止被包装物渗出，适中的热合性能可以保证易揭盖膜封口时牢固不易破损，但也不会妨碍其易撕性。
A层材料可以选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或其组合。
在一些实施方案中，A层材料为PE。在这些实施方案中，所述复合膜可用于100℃以下的高温蒸煮。
在一些实施方案中，A层材料为RCPP。
CPP薄膜即流延聚丙烯薄膜(cast polypropylene)，也称未拉伸聚丙烯薄膜，按用途不同可分为通用CPP(General CPP，简称GCPP)薄膜、镀铝级CPP(Metalize CPP，简称MCPP)薄膜和蒸煮级CPP(Retort CPP，简称RCPP)薄膜等。RCPP可作为耐高温蒸煮杀菌的复合用基材薄膜，这类薄膜主要采用共聚聚丙烯原料。当用于高温蒸煮时(耐120℃以上蒸煮、杀菌)，则采用嵌段共聚聚丙烯制得，当用于一般蒸煮时(耐100～120℃以下)，则由无规共聚聚丙烯制得。
B层为阻隔层，其作用为隔绝包装外部的氧气和水蒸气，还可以防止被包装物的香气散失。阻隔层包括基材层和阻隔材料层。基材可以选自聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)。阻隔材料可以选自有机阻隔材料或无机阻隔材料，例如金属单质、金属氧化物、非金属氧化物，例如铝、含铝的氧化物(AlO x，例如氧化铝)、含硅的氧化物(SiO x，例如氧化硅)、聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物。
在一些实施方案中，所述阻隔材料为铝、AlO x、SiO x。可通过蒸镀的方式将阻隔材料与基材复合，优选的基材为PET、CPP、BOPP(双向拉伸聚丙烯薄膜)或PA。
蒸镀膜或真空蒸镀膜是通过采用各种物理气相沉积方法把铝、氧化铝或二氧化硅等沉积到各种塑料薄膜基材表面形成的。真空镀铝膜通常是通过把在真空中熔化蒸发的铝蒸汽冷凝在卷状薄膜表面而形成的。真空镀氧化铝膜则是在铝蒸发的过程中通入反应气(例如氧气)，因而在镀膜过程中形成并沉积到薄膜基材上的并不是纯的氧化铝(Al 2O 3)镀层，而是氧化铝(Al 2O 3)和铝(Al)的混合物(AlO x)。真空镀氧化硅膜采用二氧化 硅作为镀膜用的原料，形成并沉积到薄膜基材上的是氧化硅(SiO 2)和SiO的混合物(SiO x)。
有机阻隔材料包括但不限于聚乙烯醇(EVOH)、乙烯-乙烯醇共聚物或其组合。在一些实施方案中，可通过共挤复合获得EVOH-PA复合膜作为阻隔层。
作为一个优选的实施方案，B层中的阻隔材料选自蒸镀的铝、AlO x或SiO x。这些材料可以在无溶剂复合或干法复合中使用，相比于需通过共挤复合获得的EVOH-PA复合膜，可实现的阻隔性更强。
在一些实施方案中，所述阻隔层的基材层还可以印刷有图案。
C层是任选的增韧层，其材料为PA。
聚酰胺(PA)又称尼龙(NY)，是分子主链上含有重复酰胺基团-[NHCO]-的热塑性树脂总称。由内酰胺开环聚合的尼龙，称为尼龙n，简写为Pan，如PA6，是由己内酰胺开环聚合而得到。由二元酸、二元胺缩聚而得到的聚合物，称为尼龙mn，其中m代表二元胺中构成主链部分所含碳原子数，n代表二元酸中构成主链部分所含碳原子数，如PA610，是由癸二酸和己二胺缩聚而得。尼龙命名也可用重复的二胺或者二酸的简称表示，如间苯二甲胺简称为MXDA，故间苯二甲胺与己二酸的聚合物称为尼龙MXD6。可用于膜材料的尼龙包括但不限于PA4，PA410，PA46，PA54，PA510，PA512，PA516，PA6，PA66，PA69，PA610，PA612，PA613，PA11，PA1010，PA1012，PA12，PA10T等。根据拉伸情况，PA膜分类有：双向拉伸薄膜、单向拉伸薄膜、未拉伸薄膜。可根据实际需要对尼龙的种类进行选择。在一些实施方案中，所述PA膜为双向拉伸PA膜。双向拉伸PA膜具有收缩率小，耐穿刺，耐揉搓性好的特点，非常适合于作为增韧层。本申请中，PA与NY具有相同的含义，并且可以互换使用。
本发明的复合膜是由多个层片制成的复合材料，其厚度没有特别限制。在某些实施方案中，所述复合膜的厚度可以是30μm-300μm，例如30～50μm、50～70μm、70～90μm、90～100μm、100～103μm、103～105μm、105～120μm、120～150μm、150～200μm、200～220μm、220～260μm或260～300μm。各个层的厚度也没有特别限制，可以为12～80μm，例如12～15μm、15～20μm、20～30μm、30～50μm、50～70μm、70～75μm或75～80μm。在一些实施方案中，所述复合膜的厚度为约110μm(含胶水层)。
在一些实施方案中，A层的厚度为25-30μm。在一些实施方案中，B层的厚度为12μm。在一些实施方案中，C层的厚度为15μm。
在一些实施方案中，所述复合膜具有ACBCA的结构，其中，
A层为RCPP，优选的厚度为25μm；
B层为复合有SiO x的PET，优选的厚度为12μm；优选地，所述复合的方式为蒸镀；
C层为NY，优选的厚度为15μm。
在一些实施方案中，所述复合膜具有ACBCA的结构，其中，
A层为RCPP，优选的厚度为25μm；
B层为复合有AlO x的PET，优选的厚度为12μm；优选地，所述复合的方式为蒸镀；
C层为NY，优选的厚度为15μm。
制备复合膜的方法
本发明的复合膜可采用干法复合或无溶剂复合制得。对于用于食品包装的复合膜，优选采用无溶剂复合。
在一些实施方案中，所述复合膜具有ACBCA的结构，采用干法复合的示例性步骤如下：
(1)获得B层膜，任选地，对B层膜的外层进行电晕处理，并进行印刷；
(2)采用干法复合膜机，对B层膜的内层复合C层膜；
(3)对B层膜的外层复合C层膜，获得具有CBC结构的复合膜；
(4)分两步对具有CBC结构的复合膜的内外层复合A层膜，获得具有ACBCA结构的复合膜。
在一些实施方案中，步骤(1)中，所述B层膜为复合有SiO x或AlO x的PET，所述B层膜的外层为非SiO x或AlO x层。
在一些实施方案中，步骤(2)、(3)或(4)中的工艺条件为：加工温度为25-35℃，烘道温度为75±5℃，和/或经过烘道时间2s-4s。
在一些实施方案中，步骤(4)包括在复合过程结束后进行收卷熟化。在一些实施方案中，熟化的工艺条件为：熟化温度为45-50℃和/或熟化时间72h。
在一些实施方案中，所述方法获得的复合膜中，涂布胶量约为3.5～4.0g/m 2,和/或胶层厚度约为3μm。
用途和包装容器
本发明还涉及上述任一项的复合膜用于制备包装容器的用途。
本发明还涉及包含上述任一项的复合膜的包装容器。
在一些实施方案中，上述包装容器为包含易揭盖膜的碗(盒)状、杯状、桶状或盒状包装容器，所述易揭盖膜包含本发明的复合膜。
本发明的包装容器特别适合于包装方便食品，特别是需经过高温蒸煮的方便食品。这类方便食品可以替代目前的金属罐头包装。
在一些实施方案中，所述方便食品为方便米饭。方便米饭是指由工业化大规模生产的，在食用前只须做简单烹调或者直接可食用，风味、口感、外形与普通米饭相当的主食食品。方便米饭具有食用方便、携带方便的特点。在一些实施方案中，方便米饭的制作步骤包括对大米进行装填、蒸煮(例如100℃煮饭30min)、焖饭(例如85℃焖饭15min)、冷却(例如7℃水冷15min)。以本发明的复合膜作为易揭盖膜，可以有效避免易揭盖膜产生向内或向外卷曲，避免充氮密封时发生氮气外溢、产品品质下降、瘪盒，更严重者造成密封不严。
因此，本发明还涉及一种方便食品(例如方便米饭)，其包括本发明的包装容器。
容器类方便食品的制备方法
本发明还涉及一种方便食品的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将食材填充至碗(盒)装包装容器；
(2)使用裁切成合适形状的复合膜对碗(盒)口的部分进行封膜，封膜周长占碗(盒)周长的70％-80％，留下前后两个出口；
(3)高温蒸煮，任选地，蒸煮之后还进行水冷和/或气冷；
(4)通过步骤(2)留下的两个出口中的一个向所述包装容器内填充氮气，并使所述包装容器中的空气从另一个出口排出；
(5)二次封膜，完成对包装容器的密封。
所述步骤(2)中，“前后”是指两个出口各自的中心位置与碗(盒)口的中心位置在一条直线上。
在一些实施方案中，所述复合膜为本发明的复合膜。
现有容器类方便食品制备工艺存在以下问题：
1、金属罐装方便食品的制备工艺是密封后杀菌，缺点是携带不变，包装质量占比大；
2、塑料碗(盒)装方便食品的一些制备工艺是先碗(盒)内蒸煮食物后封膜，食物容易溢出，杀菌釜内凝结水或杂质易污染食物；
3、塑料碗(盒)装方便食品的另一些制备工艺是一次完全封膜后蒸煮形成负压，容 器和封膜会内缩，也无法实现充氮保鲜工艺。
本发明的制备方法不仅可以克服上述问题，二次封膜法还有以下优点：
1、可以通过向容器中充入氮气来减少氧气含量，延长赏味期；
2、容器和封膜成型饱满，且因无需考虑容器负压内缩，可以使容器的壁厚降低，减少塑料的用量，利于环境保护。二次封膜法相对一次封膜法容器约减塑15％-25％。
术语定义
在本发明中，除非另有说明，否则本文中使用的科学和技术名词具有本领域技术人员所通常理解的含义。并且，本文中所涉及的实验室操作步骤均为相应领域内广泛使用的常规步骤。同时，为了更好地理解本发明，下面提供相关术语的定义和解释。
在本发明中，术语“膜”也称“薄膜”，指的是由聚合物制成的薄而软的薄片，厚度从约1微米到几百微米(例如约1微米到约250微米)，包括将金属或非金属的单质或氧化物通过蒸镀等方法镀在聚合物膜上形成的镀膜。
在本发明中，术语“约”应该被本领域技术人员理解，并将随其所用之处的上下文而有一定程度的变化。如果根据术语应用的上下文，对于本领域技术人员而言，其使用不是清楚的，那么“约”的意思是不超过所述特定数值或范围的正负10％。
发明的有益效果
本发明的复合膜耐高温蒸煮，经历剧烈的温度变化之后不容易产生卷曲，还具有良好的阻隔性和适中的热合性，特别适合作为易揭盖膜用于方便食品的包装容器。
附图说明
图1显示了以实施例1制得的抗卷曲膜作为盖膜的包装样品在一次封膜后的形态。
图2显示了以非抗卷曲膜作为盖膜的包装样品在一次封膜后的形态。
图3显示了市场上采用非抗卷膜制得的碗状包装方便食品，图中可见盖膜凹陷，拉耳卷曲。
图4显示了不同封膜方法降塑分析中，聚丙烯(PP)材质的碗的形状。
图5为不同封膜方法降塑分析中，容器壁厚与负压/空气抽出体积占比关系图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
首先对AlOx-PET12的外层(非镀AlOx层)进行电晕处理，并进行印刷。然后采用干法复合膜机，分别对AlOx-PET12的内层复合NY12，加工温度为25-35℃，烘道温度为75±5℃,经过烘道时间2s-4s，然后再对AlOx-PET12外层复合NY12。复合完两层NY12后，再分两步对NY15/AlOx-PET12/NY15的内外层复合RCPP25，加工温度也同样为25-35℃，烘道温度为75±5℃,经过烘道时间2s-4s。整个复合过程连续进行，全部结束后收卷熟化，熟化温度为45-50℃,熟化时间72h，涂布胶量大致为3.5～4.0g/m 2,胶层厚度基本控制在3μm左右。
制得的复合膜具有以下结构：
RCPP25/NY15/AlOx-PET12/NY15/RCPP25(数字表示各层厚度，单位：微米)。
实施例2
将AlOx-PET12替换成SiOx-PET12，工艺过程不变。
制得的复合膜具有以下结构：
RCPP25/NY15/SiOx-PET12/NY15/RCPP25(数字表示各层厚度，单位：微米)。
测试例1
参考表1所示的标准对复合膜进行测试。
非抗卷膜:AlOx-PET12/NY15/RCPP70(数字表示各层厚度，单位：微米)
抗卷曲膜：RCPP25/NY15/AlOx-PET12/NY15/RCPP25(数字表示各层厚度，单位：微米)
表1
测试例2
分别使用实施例1制得的抗卷曲膜以及非抗卷曲膜AlOx-PET12/NY15/RCPP70作为盖膜进行一次封膜。热封条件：195℃，1～2秒。
图1显示了以实施例1制得的抗卷曲膜作为盖膜的包装样品在一次封膜后的形态。图2显示了以非抗卷曲膜作为盖膜的包装样品在一次封膜后的形态。
如图1所示，抗卷曲膜的封口平整，盖膜无明显卷曲，无变形。
如图2所示，非抗卷曲膜因严重卷曲变形，无法平整热封或充氮。图3显示了市场上采用非抗卷膜制得的碗状包装方便食品，图中可见盖膜凹陷，拉耳卷曲。
实施例3
使用实施例1的抗卷曲膜进行二次封膜法，步骤如下：
(1)将食材填充至碗装包装容器；
(2)使用裁切成合适形状的复合膜对碗口的部分进行封膜，封膜周长占碗周长的70％-80％，留下前后两个出口；
(3)高温蒸煮，之后进行水冷；
(4)通过步骤(2)留下的两个出口中的一个向所述包装容器内填充氮气，并使所述包装容器中的空气从另一个出口排出；
(5)二次封膜，完成对包装容器的密封。
测试例3
对实施例3制得的产品测定空气顶隙含氧量，并与一次封膜法进行对比。含氧量测量设备名称：顶空氧分析仪；制造单位：METEK；型号规格：CheckPoints；充氮流量：10～15l/min,时间2±0.5s。
测得一次封膜法空气顶隙含氧量约21％(v/v),二次封膜法顶隙含氧量≤5％(v/v))，预计一次封膜法的赏味期限约2-3个月，二次封膜法的赏味期可以达到6-9个月。
不同封膜方法降塑分析
以聚丙烯(PP)材质的碗为例，容器设计容量：365±10ml，形状如图4所示。如果使用一次封膜法，预计空气体积变化会达到4％左右，对应壁厚设计为0.443mm；如果使用二次封膜法，考虑到运输过程中的受力和消费者手感，对应壁厚设计约为0.369mm，比一次封膜法降塑约16.7％。图5为容器壁厚与负压/空气抽出体积占比关系图。以上数据均为Abaqus仿真模拟测试计算所得(设置温度为20℃)。
尽管本发明的具体实施方式已经得到详细的描述，但本领域技术人员将理解：根据已经公开的所有教导，可以对细节进行各种修改和变动，并且这些改变均在本发明的保护范围之内。本发明的全部范围由所附权利要求及其任何等同物给出。

Claims (17)

  1. 一种复合膜，其具有对称的层结构ABA或ACBCA；
    其中，A层材料选自：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或其组合；
    B层为阻隔层，包括基材层和阻隔材料层：所述基材选自聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)，所述阻隔材料选自有机阻隔材料或无机阻隔材料；
    C层材料为聚酰胺(PA)。
  2. 权利要求1所述的复合膜，其中，A层材料为RCPP。
  3. 权利要求1或2所述的复合膜，所述阻隔材料选自：金属单质、金属氧化物、非金属氧化物。
  4. 权利要求1或2所述的复合膜，所述阻隔材料选自铝、含铝的氧化物(AlO x，例如氧化铝)、含硅的氧化物(SiO x，例如氧化硅)、聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物。
  5. 权利要求1-4任一项所述的复合膜，所述阻隔层为复合有AlO x的PET层。
  6. 权利要求1-4任一项所述的复合膜，所述阻隔材料为铝、AlO x、SiO x；通过蒸镀的方式将阻隔材料与基材复合，优选的基材为PET、CPP、BOPP(双向拉伸聚丙烯薄膜)或PA。
  7. 权利要求1-6任一项所述的复合膜，其中，C层材料选自：PA4，PA410，PA46，PA54，PA510，PA512，PA516，PA6，PA66，PA69，PA610，PA612，PA613，PA11，PA1010，PA1012，PA12，PA10T。
  8. 权利要求1-6任一项所述的复合膜，所述复合膜的厚度是30μm-300μm。
  9. 权利要求1-8任一项所述的复合膜，所述复合膜中各个层的厚度为12～80μm。
  10. 权利要求1-9任一项所述的复合膜，所述复合膜具有ACBCA的结构，其中，
    A层为RCPP；
    B层为复合有SiO x的PET；优选地，所述复合的方式为蒸镀；
    C层为NY。
  11. 权利要求1-9任一项所述的复合膜，所述复合膜具有ACBCA的结构，其中，
    A层为RCPP；
    B层为复合有AlO x的PET；优选地，所述复合的方式为蒸镀；
    C层为NY。
  12. 制备权利要求1-11任一项的复合膜的方法，所述方法为干法复合或无溶剂复合。
  13. 权利要求12的方法，所述复合膜具有ACBCA的结构，所述方法包括如下步骤：
    (1)获得B层膜，任选地，对B层膜的外层进行电晕处理，并进行印刷；
    (2)采用干法复合膜机，对B层膜的内层复合C层膜；
    (3)对B层膜的外层复合C层膜，获得具有CBC结构的复合膜；
    (4)分两步对具有CBC结构的复合膜的内外层复合A层膜，获得具有ACBCA结构的复合膜。
  14. 权利要求1-13任一项的复合膜用于制备包装容器的用途。
  15. 包含权利要求1-13任一项的复合膜的包装容器；
    优选地，所述包装容器为包含易揭盖膜的碗(盒)状、杯状、桶状或盒状包装容器，所述易揭盖膜包含权利要求1-13任一项的复合膜。
  16. 一种方便食品(例如方便米饭)，其包括权利要求15的包装容器。
  17. 一种方便食品的制备方法，所述方法包括以下步骤：
    (1)将食材填充至碗(盒)装包装容器；
    (2)使用裁切成合适形状的复合膜对碗(盒)口的部分进行封膜，封膜周长占碗 (盒)周长的70％-80％，并留下前后两个出口；
    (3)高温蒸煮，任选地，蒸煮之后还进行水冷和/或气冷；
    (4)通过步骤(2)留下的两个出口中的一个向所述包装容器内填充氮气，并使所述包装容器中的空气从另一个出口排出；
    (5)二次封膜，完成对包装容器的密封；
    优选地，所述复合膜为权利要求1-13任一项的复合膜。
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