一种低温热封型单一聚乙烯材质复合包装膜及其制备方法与流程

本发明涉及包装膜，具体为一种低温热封型单一聚乙烯材质复合包装膜及其制备方法。

背景技术：

1、目前绝大多数塑料软包装采用多种不同材质的薄膜通过胶水紧密贴合（复合）制成。例如大米的复合包装结构之一是bopa薄膜/粘合剂/pe薄膜。包装材料需求量及产量在增长，但多材质复合包装在完成包装生命周期丢弃后分类、回收却不易，因此有利于回收的单一材料设计已成为塑料包装领域可持续发展的一个重要趋势，能够更好地实现包装材料的可持续发展。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低温热封型单一聚乙烯材质复合包装膜的制备方法，包括以下步骤：

2、步骤（1）、取线性低密度聚乙烯、茂金属线性低密度聚乙烯、开口剂、茶多酚、纳米氧化锌混合，挤出，得到熔体a；取中密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、茂金属线性低密度聚乙烯、石蜡、纤维素纳米晶体混合，挤出，得到熔体b；取茂金属线性低密度聚乙烯作为原料，挤出，得到熔体c；将熔体a、熔体b、熔体c经流延制出含有a层、b层、c层三层结构的第二pe膜；以上过程中，第二pe膜作为低温热封层，其中，线性低密度聚乙烯熔点为98℃，茂金属线性低密度聚乙烯熔点为110℃，低密度聚乙烯熔点为111℃，中密度聚乙烯熔点为126℃；其中，a层作为复合包装膜的最内层使用，热封温度最低，其所含有的茶多酚、纳米氧化锌的加入提高了a层的抗菌性能、紫外阻隔性能、机械性能；b层中纤维素纳米晶体的加入增强其机械性能和阻隔性能，石蜡的加入能进一步降低b层的热封温度；c层以茂金属线性低密度聚乙烯为原料，能在降低热封温度的同时，提高抗冲击强度；

3、步骤（2）、取中密度聚乙烯、茂金属线性低密度聚乙烯混合，挤出，得到熔体e；取低密度聚乙烯、低分子聚柠檬烯混合，挤出，得到熔体f；取改性高密度聚乙烯、紫草素混合，挤出，得到熔体g；将熔体e、熔体f、熔体g经流延制出含有e层、f层、g层三层结构的第一pe膜；以上过程中，e层以中密度聚乙烯、茂金属线性低密度聚乙烯为原料，具有更好的焊接性（即在热封过程中热封处不易产生裂纹、气孔等，且有较高的力学性能），抗环境应力开裂性以及高强度，高韧性；f层中低分子聚柠檬烯是非挥发性的，比单体具有更高的热稳定性和抗氧化能力，使f层具有高抗氧化、紫外阻隔性能；g层作为复合包装膜的最外层，以改性高密度聚乙烯为主要原料，以化学键的形式将纳米二氧化硅接枝在高密度聚乙烯侧链上，改善纳米二氧化硅的分散性和相容性，从而使g层具有更好的机械性能、阻隔性和较好的疏水防污性，进一步地，含有众多醌基团的紫草素的加入，不仅对g层疏水效果的提升具有显著影响，而且也有助于提高抗菌性能；其中，所述改性高密度聚乙烯的制备方法，包括以下步骤：步骤s1、通过（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷对纳米二氧化硅进行改性，得到表面改性纳米二氧化硅；步骤s2、通过甲基丙烯酸缩水甘油酯对高密度聚乙烯进行接枝改性，得到表面接枝高密度聚乙烯；步骤s3、通过表面改性纳米二氧化硅与表面接枝高密度聚乙烯反应，得到改性高密度聚乙烯；

4、步骤（3）、取高密度聚乙烯、改性硫酸钙晶须混合，挤出后再加工成膜，印刷，得到中间印刷层；以上过程中，硫酸钙晶须呈现出纤维状，能发挥优异的阻隔效果，并且其具有高刚度、高强度、优异的耐热性和低成本等特性，对硫酸钙晶须进行活化、改性，提高其在高密度聚乙烯基体中的相容性；

5、步骤（4）、将第一pe膜、中间印刷层、第二pe膜按由上到下的顺序放置，通过热压粘接的方式连接，得到低温热封型单一聚乙烯材质复合包装膜。

6、优选地，所述步骤（1）中，按重量份计，所述熔体a中各组分含量：线性低密度聚乙烯15-30份、茂金属线性低密度聚乙烯35-68份、开口剂2-4份、茶多酚0.7-2份、纳米氧化锌3-5份；所述熔体b中各组分含量：中密度聚乙烯20-30份、线性低密度聚乙烯35-45份、茂金属线性低密度聚乙烯50-65份、石蜡12-18份、纤维素纳米晶体8-16份；所述熔体c中茂金属线性低密度聚乙烯与熔体b中茂金属线性低密度聚乙烯的质量比为（100-150）：（50-65）。

7、优选地，所述步骤（1）中，所述熔体a、熔体b的挤出条件：温度为190-235℃、转速为40-60rpm；所述熔体c的挤出条件：温度为190-235℃、转速为10-20rpm。

8、优选地，所述步骤（2）中，按重量份计，所述熔体e中各组分含量：中密度聚乙烯40-60份、茂金属线性低密度聚乙烯60-80份；所述熔体f中各组分含量：低密度聚乙烯100-150份、低分子聚柠檬烯0.5-3份；所述熔体g中各组分含量：改性高密度聚乙烯100-150份、紫草素2-8份。

9、优选地，所述步骤（2）中，所述熔体e、熔体g的挤出条件：温度为190-235℃、转速为10-20rpm；熔体f的挤出条件：温度为130-150℃、转速为10-20rpm。

10、优选地，所述步骤（3）中，按重量份计，所述中间印刷层中各组分含量：高密度聚乙烯100-150份、改性硫酸钙晶须6-10份；挤出条件：温度为190-235℃、转速为40-60rpm。

11、优选地，所述步骤（3）中，所述改性硫酸钙晶须的制备方法：将硫酸钙晶须与30wt%过氧化氢水溶液混合，加热至70-90℃反应5.5-6.5h，过滤，洗涤，60-80℃下真空干燥，得到活化硫酸钙晶须；其中，硫酸钙晶须、过氧化氢水溶液的用量比为（20-30）g：（100-200）ml；将活化硫酸钙晶须、甲基丙烯酸缩水甘油酯加入n,n-二甲基甲酰胺中，超声处理50-80min，在氮气氛围中，在搅拌条件下加热，当温度升至90-110℃，再加入乙酸，反应9-11h，反应结束后，过滤，洗涤，干燥，得到改性硫酸钙晶须；其中，活化硫酸钙晶须、3.5-7g甲基丙烯酸缩水甘油酯、n,n-二甲基甲酰胺、乙酸的用量比为（10-15）g：（3.5-7）g：（60-150）ml：（2-4）ml。

12、优选地，所述步骤（2）中，所述低分子聚柠檬烯的制备方法：将柠檬烯、2,2,2-三溴乙醇、硫杂蒽-9-酮、五甲基二乙烯三胺、n,n-二甲基乙酰胺以100：（1.5-2）：（1.5-2）：（8-9）：（170-180）的摩尔比混合，在氮气氛围中，用紫外线照射处理10-20min，然后在光照下，加热至38-42℃反应5.5-6.5h，反应结束后将反应混合物在42-48℃下蒸发处理45-50h，最后再经乙醇沉淀、过滤，得到低分子聚柠檬烯。

13、优选地，所述步骤（2）中，所述改性高密度聚乙烯的制备方法：

14、步骤s1、将纳米二氧化硅加入乙醇中，在25-35℃下超声处理40-80min，得到纳米二氧化硅悬浊液；其中，纳米二氧化硅与乙醇的质量比为（0.5-1.5）：（70-300）；将（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷、乙醇、乙酸、水以（3.2-6.5）：0.05：25：0.1的体积比混合，然后在搅拌条件下在20-40min内滴入纳米二氧化硅悬浊液中，继续搅拌3.5-4.5h，离心，离心产物用丙酮洗涤3-5次，干燥，得到表面改性纳米二氧化硅；其中，纳米二氧化硅与（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷之间的用量比为0.5g：（3-60）ml；

15、步骤s2、将高密度聚乙烯颗粒加入甲基丙烯酸缩水甘油酯中，然后再加入过氧化二苯甲酰和甲苯，在100-110℃下反应100-150min，过滤，所得过滤产物用丙酮超声清洗20-40min，得到表面接枝高密度聚乙烯；其中，高密度聚乙烯颗粒、甲基丙烯酸缩水甘油酯、过氧化二苯甲酰、甲苯之间的质量比为（2-4）：（30-50）：（0.1-0.15）：（4-10）；

16、步骤s3、将表面改性纳米二氧化硅、表面接枝高密度聚乙烯加入四氢呋喃中，加入浓度为0.5mol/l、ph为9.51的碳酸钠/碳酸氢钠缓冲溶液调节混合体系的ph至8.4-8.6，加热至35-45℃并在100-150r/min的转速下搅拌反应7-9h，旋蒸除去溶剂，得到改性高密度聚乙烯；其中，表面改性纳米二氧化硅、表面接枝高密度聚乙烯、四氢呋喃的用量比为（0.5-1.2）g：（10-15）g：（10-20）ml；以上过程中，通过纳米二氧化硅与（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷反应，在纳米二氧化硅表面引入巯基，得到表面改性纳米二氧化硅；通过甲基丙烯酸缩水甘油酯对高密度聚乙烯进行改性，甲基丙烯酸缩水甘油酯的引入不仅在高密度聚乙烯中引入了环氧基团，而且改善高密度聚乙烯的疏水性；表面改性纳米二氧化硅与表面接枝高密度聚乙烯通过巯基与环氧基团之间的反应，将无机纳米二氧化硅以化学键的形式接在高密度聚乙烯中，提高二氧化硅与高密度聚乙烯的相容性，无机纳米二氧化硅的引入提高了高密度聚乙烯的机械性能和阻隔性。

17、采用所述的方法制备得到的低温热封型单一聚乙烯材质复合包装膜。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

19、1、本发明的低温热封型单一聚乙烯材质复合包装膜由上到下包括第一pe膜、中间印刷层和第二pe膜组成，第二pe膜的热封温度低于第一pe膜；将中间印刷层设置在第一pe膜和第二pe膜之间，避免中间印刷层接触到食品，更加卫生安全；本发明中以聚乙烯为主体材料，可回收利用，绿色环保；

20、2、本发明的低温热封型单一聚乙烯材质复合包装膜中第一pe膜和第二pe膜均由三层共挤的pe膜组成，而每一层通过不同的填料添加或者处理，赋予第一pe膜和第二pe膜更多的功能，并且本发明的印刷层也通过改性硫酸钙晶须的添加，使其具有更好的性能，最终，使得本发明的低温热封型单一聚乙烯材质复合包装膜产品具有优异的综合性能。