一种可回收食品包装薄膜及其制备方法

技术领域

本发明属于包装膜制备技术领域，涉及一种食品包装薄膜及其制备方法，尤其是一种可回收食品包装薄膜及其制备方法。

背景技术

食品工业的发展离不开包装，包装产品的稳定性和安全性是保证食品风味和货架期的关键所在。目前，塑料应用量已超过食品包装材料总量，居各种包装材料之首，食品塑料包装的主要成分是合成树脂。常用的合成树脂包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯以及聚偏二氯乙烯等。由于这些合成树脂的原材料价廉易得，制作加工工艺简单，制作出来的成品又易于流通使用、形式丰富多彩以及阻隔防渗性能好的特点，使用极为广泛。但是由于塑料不易降解，会造成“白色污染”，给人们带来便利的同时也增加了环境的负担。尤其是近几年来快递外卖使得一次性塑料包装使用量急剧攀升。生物可降解聚合物或生物聚合物作为一种替代方法出现在许多工业应用中，以控制不可生物降解塑料造成的风险。但现有技术中，生物可降解聚合物的食品包装薄膜的力学性能差，在水中不稳定是影响生物降解聚合物应用的关键因素。因此，开发一种具有优异力学性能和水稳定性的可生物降解塑料是一种迫切的需求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的由于生物可降解聚合物的食品包装薄膜的力学性能差，在水中不稳定导致的生物降解聚合物应用受限的问题，提供一种可回收食品包装薄膜及其制备方法，该包装膜具有非常好的力学性能，表现出高强度的物理机械性能，在薄膜完成食品包装之后，可回收处理也可以自然降解，具备非常好的生物降解及可回收优势。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提供一种可回收食品包装薄膜，按质量份数计包括以下原料组分，果胶1份、增塑剂0.2～0.3份、丙酸钙0.05～0.15份和聚乙烯醇0.05～0.35份。

优选地，所述增塑剂为甘油、聚乙二醇、山梨醇和二甘醇中的一种。

一种可回收食品包装薄膜的制备方法，利用上述包装薄膜的原料组分，包括以下步骤：

S1：将果胶和增塑剂加热搅拌溶于水中，形成混合液；

S2：将丙酸钙溶于水中形成丙酸钙溶液；

S3：将S2中得到的丙酸钙溶液加入S1中形成的混合液中，并调节溶液PH值；

S4：向S3中加入聚乙烯醇，反应后形成膜母液；

S5：将膜母液导入模具中，干燥，得到果胶基可回收食品包装薄膜。

优选地，S1中得到的混合液中，果胶的浓度为0.027g/mL～0.075g/mL。

优选地，S1中加热搅拌的温度为75℃～90℃。

优选地，S2中丙酸钙溶液的浓度为0.0075g/mL～0.045g/mL。

优选地，S3中PH值的调节方法为：将浓度为0.2mol L

优选地，S4的具体操作为：

使S3中的混合液调节好PH值后，继续反应20min～40min；

向反应后的溶液中加入聚乙烯醇，并继续反应0.5h～1.6h，形成膜母液。

优选地，S5中的干燥温度为30℃～45℃。

一种利用上述方法制备的可回收食品包装薄膜，所述可回收食品包装薄膜厚度为0.109mm～0.147mm；断裂应力可达7.25MP～12.71MP；断裂应变可达0.29～1.32mm/mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种可回收食品包装薄膜，该薄膜采用果胶、增塑剂、丙酸钙和聚乙烯醇为原料，引入包括离子键和晶体域在内的强键，利用自身丰富的氢键形成多个牺牲键协同能量耗散，进而在外力作用下可以继续维持其物理形态，从而表现出高强度的物理机械性能，在薄膜完成食品包装之后，可回收处理也可以自然降解，一方面达到食品包装薄膜的重复性利用，另一方面可减少对于环境的污染。

本发明通过简单的搅拌、加热、倒模，干燥，即可得到果胶基可回收食品包装薄膜，方法简单，易操作，反应温和、无毒、无污染，制备的食品包装薄膜厚度为0.109mm～0.147mm；断裂应力可达7.25MP～12.71MP；断裂应变可达0.29～1.32mm/mm，表现出高强度的机械性能、生物可降解性能和水稳定性，进而满足生物降解聚合物的食品包装薄膜的应用。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。

图1为本发明的可回收食品包装薄膜形成机理图。

图2为本发明的可回收食品包装薄膜制备流程图。

图3为本发明的实施例中可回收食品包装薄膜溶胀率条形图。

图4为本发明的实施例中可回收食品包装薄膜可溶性物质测试结果图。

图5为本发明的实施例中可回收食品包装薄膜抗氧化性对比图。

图6为本发明的实施例中制备的制备薄膜的第一、三次循环应力-应变曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明提供一种可回收食品包装薄膜，按质量份数计包括以下原料组分，果胶1份、增塑剂0.2～0.4份、丙酸钙0.05～0.15份和聚乙烯醇0.05～0.35份；其中，所述增塑剂为甘油、聚乙二醇、山梨醇和二甘醇中的一种。

其中，丙酸钙(CP)是一种水溶性合成食品添加剂，在酸性条件下产生的钙离子和游离的丙酸使其具有广泛的用途，丙酸的形成使得它对霉菌、酵母和细菌有明显的抗菌作用，广泛用作食品和饲料的防腐剂。

参见图1，CP中的钙离子与果胶的羧基可形成离子配位。另外，聚乙烯醇(PVA)也通过氢键与果胶相互作用，与果胶网络之间形成动态可逆键(离子键、氢键和晶体域)，从而得到一种高强度可回收食品包装薄膜。

参见图2，一种可回收食品包装薄膜的制备方法，利用权利上述包装薄膜的原料组分，包括以下步骤：

S1：将果胶和增塑剂加热搅拌溶于水中，形成混合液：其中，加热搅拌的温度为75℃～90℃，混合液中，果胶的浓度为0.027g/mL～0.075g/mL。将1份的果胶和0.2～0.3份的增塑剂加入水中，使果胶浓度为0.027g/mL～0.075g/mL，搅拌加热至75℃～90℃，使其充分溶解，形成混合液。

S2：将丙酸钙溶于水中形成丙酸钙溶液：配制丙酸钙溶液，丙酸钙溶液的浓度为0.0075g/mL～0.045g/mL。

S3：将S2中得到的丙酸钙溶液加入S1中形成的混合液中，并调节溶液PH值：将配制好的丙酸钙溶液，在搅拌的条件下，滴加进S1中的混合液中，将浓度为0.2mol L

S4：向S3中加入聚乙烯醇，反应后形成膜母液：使S3中的混合液调节好PH值后，维持75℃～90℃继续搅拌反应20min～40min；向反应后的溶液中加入聚乙烯醇，并继续反应0.5h～1.6h，形成膜母液。

S5：将膜母液导入模具中，干燥，得到果胶基可回收食品包装薄膜：将成膜液倒入聚四氟乙烯/玻璃模具中在室温条件下冷却定型，再在30℃～45℃环境下干燥，得到果胶基可回收食品包装薄膜。

利用上述方法制备的可回收食品包装薄膜，厚度为0.109mm～0.147mm；断裂应力可达7.25MP～12.71MP；断裂应变可达0.29～1.32mm/mm。

实施例1

将5g果胶、2g甘油、100mL水置于三口烧瓶在85℃的环境中持续搅拌，待所有组分完全溶解；将0.5g丙酸钙溶于20mL水中，配制成丙酸钙溶液；将丙酸钙溶液缓慢滴入三口烧瓶中，并且用1mol L

实施例2

将5g果胶、2g甘油、100mL水置于三口烧瓶在85℃的环境中持续搅拌，待所有组分完全溶解；将0.75g丙酸钙溶于20mL水中，配制成丙酸钙溶液；将丙酸钙溶液缓慢滴入三口烧瓶中，并且用1mol L

实施例3

将5g果胶、2g甘油、100mL水置于三口烧瓶在85℃的环境中持续搅拌，待所有组分完全溶解；将0.5g丙酸钙溶于20mL水中，配制成丙酸钙溶液；将丙酸钙溶液缓慢滴入三口烧瓶中，并且用1mol L

实施例4

将5g果胶、2g甘油、100mL水置于三口烧瓶在85℃的环境中持续搅拌，待所有组分完全溶解；将0.75g丙酸钙溶于20mL水中，配制成丙酸钙溶液；将丙酸钙溶液缓慢滴入三口烧瓶中，并且用0.8mol L

实施例5

将5g果胶、2g甘油、100mL水置于三口烧瓶在85℃的环境中持续搅拌，待所有组分完全溶解；将0.75g丙酸钙溶于20mL水中，配制成丙酸钙溶液；将丙酸钙溶液缓慢滴入三口烧瓶中，并且用1mol L

实施例6

将3g果胶、1g甘油、100mL水置于三口烧瓶在90℃的环境中持续搅拌，待所有组分完全溶解；将0.15g丙酸钙溶于20mL水中，配制成丙酸钙溶液；将丙酸钙溶液缓慢滴入三口烧瓶中，并且用1mol L

实施例7

将4g果胶、2g聚乙二醇、110mL水置于三口烧瓶在75℃的环境中持续搅拌，待所有组分完全溶解；将1g丙酸钙溶于20mL水中，配制成丙酸钙溶液；将丙酸钙溶液缓慢滴入三口烧瓶中，并且用0.2mol L

实施例8

将6g果胶、2g山梨醇、100mL水置于三口烧瓶在80℃的环境中持续搅拌，待所有组分完全溶解；将0.6g丙酸钙溶于20mL水中，配制成丙酸钙溶液；将丙酸钙溶液缓慢滴入三口烧瓶中，并且用0.6mol L

实施例9

将5g果胶、2g二甘醇、100mL水置于三口烧瓶在75℃的环境中持续搅拌，待所有组分完全溶解；将0.35g丙酸钙溶于20mL水中，配制成丙酸钙溶液；将丙酸钙溶液缓慢滴入三口烧瓶中，并且用0.9mol L

实施例10

将6g果胶、1.5g甘油、100mL水置于三口烧瓶在79℃的环境中持续搅拌，待所有组分完全溶解；将0.78g丙酸钙溶于20mL水中，配制成丙酸钙溶液；将丙酸钙溶液缓慢滴入三口烧瓶中，并且用0.4mol L

以本发明制备的全生物降解高强度可回收果胶基食品包装薄膜，按照ASTM美国材料实验协会(American Society of Testing Materials)的标准方法D882-09(2009)对其机械性能进行测试。将以上测试结果汇总，得到表1结果。表1为生物质可降解食品包装薄膜的物理性能对照表。

由上表可以看出，通过上述方法制备的可回收食品包装薄膜，相较于未经本方法改性的果胶基包装薄膜具有非常好的力学性能。

参见图3和图4，分别取实施例1至实施例5的可回收食品包装薄膜样品条2×2cm，称量为m

由此可见，本发明制备的可回收食品包装薄膜与未改性果胶基食品包装薄膜相比具备更加优异的耐水性，可以满足食品包装薄膜中的实际应用。

参见图5，为研究上述方法制备的可回收食品包装薄膜的抗氧化性。利用1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)和2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS)自由基清除法测定实施例1至实施例5得到样品的抗氧化活性。结果表明上述方法制备的可回收食品包装膜具有非常优异的抗氧化性，进而能够延长货架期、保存及稳定新鲜食品的性能。

参见图6，以通过上述方法制备的可回收食品包装薄膜为样品，以实施例5的样品为例，进行可回收性和降解性测试。将薄膜切成毫米大小的碎片，转移到含有120mL蒸馏水的烧杯中，在85℃搅拌，然后将可溶成膜溶液倒入聚四氟乙烯模具中，在室温下干燥48小时。将干燥后的薄膜从板上剥离，在28±0.5℃和50±2％RH的条件下至少72小时，然后进行进一步测试。发现利用天然土壤对上述方法制备的可回收食品包装薄膜的生物降解性进行评价，证实了其可在6周完全降解。

综上所述，本发明提供一种可回收食品包装薄膜及其制备方法，制备的可回收食品包装薄膜，具有非常好的机械力学性能和耐水性，制备原料五毒无污染，且能够实现自然降解，降解时间短，是一种安全无污染的可降解回收食品包装膜，制备方法简单，反应条件温和，为可生物降解回收食品包装薄膜的推广应用提供了基础。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。