一种高阻隔食品包装膜及其制备方法与流程

本技术涉及包装材料领域，尤其是涉及一种高阻隔食品包装膜及其制备方法。

背景技术：

1、随着现代食品工业的快速发展和消费者对食品口感、新鲜度及保质期要求的日益提高，食品行业对于包装材料的水分、氧气等阻隔能力的需求也日益严苛。超柔软面包作为一种高水分含量且极易受环境湿度影响的产品，产家对其包装材料的水汽阻隔性能提出了极其严苛的要求。由于超柔软面包的组织结构蓬松、多孔，其在储存过程中容易吸收或散失水分，导致产品硬化、霉变或缩短货架寿命。因此，研发一种既能有效防止水分迁移渗透又能维持面包原有质地与口感的高阻隔性包装材料显得尤为迫切。

2、当前市场上广泛应用的一种高性能阻隔材料是乙烯-乙烯醇共聚物(evoh,ethylene-vinyl alcohol copolymer)。evoh凭借其优异的气体阻隔性和透明性，在食品包装领域尤其是对氧气和二氧化碳具有极低渗透性的特性而受到青睐。然而，尽管evoh在多数条件下表现出卓越的阻隔性能，但因其分子结构中含有的极性乙烯醇基团，虽然赋予了材料对于非极性气体优良的阻隔效果，但对于极性的小分子如水蒸气而言，其阻隔能力相对有限，仍存在一定的透过率，不利于提高对含水量变化敏感的产品的性稳定性。

技术实现思路

1、本技术提供一种高阻隔食品包装膜及其制备方法，其能够有效提高evoh材料对于水分子的阻隔能力，使其适配于高水分阻隔需求的食品、医药等领域产品的应用。

2、第一方面，本技术提供一种高阻隔食品包装膜，该包装膜为共挤膜，包括自外向内依次设置的聚乙烯层、粘接层与阻隔层，以质量份计，所述阻隔层的原料包括：100份乙烯-乙烯醇共聚物、4～10.5份缩水甘油化笼形倍半硅氧烷、2～5份甲基丙烯酸化笼形倍半硅氧烷。

3、上述技术方案通过在乙烯-乙烯醇共聚物中掺入缩水甘油化笼形倍半硅氧烷和甲基丙烯酸化笼形倍半硅氧烷，能够有效消耗evoh中的极性基团，提高对极性水分子的阻隔能力。具体的，笼形倍半硅氧烷是一种具有分子球结构的纳米材料。其中，骨架顶点上连接有环氧基的缩水甘油化笼形倍半硅氧烷具有良好的疏水性，能够提高共混挤出后阻隔层的水蒸汽阻隔性能。同时，缩水甘油化笼形倍半硅氧烷在熔融共挤过程中，其丰富的环氧基能够与羟基反应，一方面降低对水蒸气的亲和力，另一方面可提高膜层致密性，从而提高阻隔性能。

4、需要说明的是，甲基丙烯酸化笼形倍半硅氧烷的加入有利于提高乙烯-乙烯醇共聚物与缩水甘油化笼形倍半硅氧烷的相容性，促进包装膜水蒸汽阻隔性能的提升。

5、优选的，所述缩水甘油化笼形倍半硅氧烷与甲基丙烯酸化笼形倍半硅氧烷的质量比为2～3:1。

6、优选的，以质量份计，所述聚乙烯层包括：30～50份辐照改性低密度聚乙烯、35～55份poe弹性体、5～20份羧基改性纳米填料、20～40份乙烯-乙烯醇共聚物、10～20份增容树脂。

7、优选的，所述羧基改性纳米填料由质量比为100：3～6:1～3的纳米填料、二羧酸化合物及其酸酐、氨基硅氧烷化合物反应得到。

8、优选的，所述二羧酸化合物及其酸酐包括马来酸、马来酸酐、富马酸、琥珀酸、琥珀酸酐中的一种或几种；所述氨基硅烷化合物为氨丙基三甲氧基硅烷和/或氨丙基三乙氧基硅烷。

9、优选的，所述纳米填料选自二氧化硅、氧化铝、碳酸钙中的一种或几种。

10、上述原料经熔融挤出制得的聚乙烯层能够为包装膜提供优异的耐穿刺性能和阻隔性能。经辐照改性的低密度聚乙烯，其含有较多的自由基并产生一定的活性官能团，经熔融后能够与羧基改性纳米颗粒反应，从而将羧基引入聚乙烯树脂中，进而使得该聚乙烯树脂能够与evoh树脂中的羟基反应键合，提高聚乙烯层的交联密度，改善包装膜的耐穿刺性能。另外，poe弹性体为聚乙烯膜层提供良好的韧性，平衡包装膜的刚性与韧性，保障良好的耐穿刺性能。

11、需要说明的是，以羧基改性填料为改性剂，有利于提高羧基分布的均匀性以及膜层的交联密度。

12、优选的，所述羧基改性纳米填料按照如下方法制得：将纳米填料加入醇水混合液中分散均匀，加入氨基硅氧烷化合物，搅拌均匀；再加入二羧酸化合物，加热并搅拌反应，经过滤、水洗、干燥即得。

13、优选的，所述反应的温度为50～80℃。

14、上述改性过程中，氨基硅氧烷化合物水解产生硅羟基团，并与纳米填料表面活性基团键合，将氨基引入填料表面，然后与二羧酸化合物发生酰胺化反应，在填料表面引入羧基，实现对聚乙烯树脂的改性。

15、优选的，所述增容树脂为马来酸酐接枝聚乙烯。

16、优选的，所述辐照为将低密度聚乙烯粉在无氧环境下用电子束或γ射线辐照处理；所述辐照剂量为50～100kgy。

17、优选的，以质量份计，所述粘接层包括：20～30份低密度聚乙烯、20～40份马来酸酐接枝聚乙烯、2～5份氨基硅烷偶联剂。

18、优选的，所述氨基硅烷偶联剂选自氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷n-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、n-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、n-2-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷、n-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。

19、优选的,所述低密度聚乙烯的熔融指数为1.5-2.5g/10min(190℃/2.16㎏)，密度为0.918-0.928g/cm3。

20、上述低密度聚乙烯树脂与活性基团改性的马来酸酐接枝聚乙烯配合，能够有效实现与阻隔层和聚乙烯层的牢固粘接复合。但由于上述阻隔层中引入的笼形倍半硅氧烷，具有疏水性和向界面迁移富集的趋势，将导致粘接层与阻隔层的粘接能力下降。为克服该问题，本技术在粘接层中引入氨基硅烷偶联剂，使得粘接层能够利用氨基与迁移至界面处的缩水甘油化笼形倍半硅氧烷反应键合，从而保障粘接层与阻隔层的粘接强度。

21、第二方面，本技术提供一种高阻隔食品包装膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

22、将聚乙烯层、粘接层与阻隔层的原料分别进行共混熔融塑化，得到各层的熔融物料，各层熔融物料进入共挤模头挤出，形成膜坯；

23、膜坯在吹胀比为1:2～5、温度为70～90℃的条件下吹膜，再经过冷却定型制得包装膜。

24、优选的，所述阻隔层的挤出温度为180～210℃。

25、优选的，所述粘接层的挤出温度为180～210℃。

26、优选的，所述聚乙烯层的挤出温度为170～200℃。

27、综上所述，本技术具有如下有益效果：

28、1、本技术以evoh为阻隔层基础原料，在此基础上加入缩水甘油化笼形倍半硅氧烷和甲基丙烯酸化笼形倍半硅氧烷，实现evoh阻隔层对水分阻隔能力的提升。

29、2、本技术通过在粘接层中加入氨基硅烷偶联剂，有效补偿因加入笼形倍半硅氧烷对界面粘接性能造成的损失。

30、3、本技术以聚乙烯树脂、evoh与poe弹性体为基础树脂，通过在聚乙烯树脂中引入羧基，从而实现聚乙烯树脂同evoh的反应交联，从而提高了包装膜外层膜层的交联密度和耐穿刺性能。