一种包装用抗菌防霉材料及其制备方法

本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种包装用抗菌防霉材料及其制备方法。

背景技术：

在塑料软包装材料中，对食品包装的要求非常严格，尤其是面包、糖果、坚果、粮食、水产品等产品的包装，这些产品的包装直接与产品接触。因此，对包装的安全性要求较高。而目前市面上对这一类产品的包装里均会放有干燥剂、防腐剂，在拆开包装时，对干燥剂、防腐剂的处理一般都是直接丢弃，而这种处理方式存在着一定的安全隐患。到目前为止，每年都有小朋友因误食或将生石灰干燥剂放入水瓶中引发爆炸，而对小朋友的身体造成损伤的情况发生。因此，为了避免类似的情况再次发生，本发明研发了一种全新的包装材料，具备吸湿防水抗菌防霉的效果。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种包装用抗菌防霉材料及其制备方法，可以无需在产品中放入干燥剂和防腐剂，也能达到干燥防腐抗菌的效果。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种包装用抗菌防霉材料，包括叠加在一起的表面包覆层、吸水层和底层，所述表面包覆层和底层均由聚乙烯制成，所述底层上布满透气微孔，所述透气微孔延伸进吸水层内、且未穿出吸水层。

优选的，所述吸水层的材料包括聚丙烯酸钠、淀粉、茶多酚、交联剂，所述交联剂为丙烯酸、丙二胺和三乙醇胺中的一种或多种的混合物。

优选的，所述底层的材料包括聚乙烯和聚乙烯醇纤维。

优选的，按照重量份数计，聚乙烯50～70份，聚丙烯酸钠3～12份，淀粉25～40份，茶多酚20～30份，交联剂5～15份，聚乙烯醇纤维0.5～8份。

优选的，所述底层的聚乙烯和表面包覆层的聚乙烯的质量比为1～2:2～3；所述聚乙烯醇纤维的长度大于底层的厚度，直径为0.05～12μm。

相应的，一种包装用抗菌防霉材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚乙烯和聚乙烯醇纤维混合后，进行熔融混炼，得到底层母料；

(2)分别配制淀粉水溶液、茶多酚水溶液和聚丙烯酸钠水溶液，将淀粉水溶液和茶多酚水溶液混合后加入交联剂，搅拌均匀后，再加入聚丙烯酸钠水溶液，用羧甲基纤维素调节体系粘度，反应后获得吸水层母料；

(3)将聚乙烯熔融后得到表面包覆层母料；

(4)在挤压装置中依次灌入底层母料、吸水层母料和包覆层母料，在保温状态下振荡3～15min，最后进行挤出、拉伸和定型。

优选的，步骤(2)中，调节的体系粘度为8～30pa·s，步骤(4)中，保温的温度为75～90℃。

优选的，步骤(4)中，在对所述挤压装置内的母料进行保温振荡完成后，翻转挤压装置，使挤压装置的挤出口朝下，再进行挤出作业；在对母料进行拉伸后，将拉伸后的薄膜浸入溶剂中，再进行干燥定型。

优选的，所述挤压装置包括内部中空的挤压筒，所述挤压筒的一端呈半开口状态，另一端封闭；所述挤压筒开口处设置有挤压嘴，所述挤压筒内设置有将挤压嘴与挤压筒隔开的挡板组件，所述挤压筒上设置有对挡板组件进行限位的限位组件，所述挤压筒内设置有对母料进行阻挡的阻挡组件，所述阻挡组件将挤压筒内的母料围在与挤压筒之间形成的区域内，所述挤压筒的封闭端设置有对母料进行挤压的挤压组件；

所述挡板组件包括从挤压筒的顶部插入到挤压筒内的挡板和固定挡板长度方向一侧的挡条，挡板伸出挤压筒的顶部，所述挡板靠近中部的位置设置有限位槽，位于所述限位槽的上方设置有呈“┗”形的卡槽，所述卡槽的顶部开设有条形通道，所述条形通道伸出挡板外，所述条形通道内设置有呈“工”字形的按压板，所述按压板一端的横部位于挡板外，另一端的横部则位于卡槽内，位于卡槽内的所述按压板的横部与卡槽之间通过第四弹性件连接。

优选的，所述限位组件包括开设在挤压筒顶部的内壁中、且开口朝向挡板的凹槽，所述凹槽内设置有限位板，所述限位板的一侧能够插入到所述限位槽中，所述限位板与凹槽之间通过第二弹性件连接；所述挤压筒上开设有u型槽，且u型槽的开口朝向挡板并与凹槽相通，所述限位板上、沿其长度方向设置有支撑板，所述支撑板与挡板相对应的一侧设置有卡板，所述卡板的顶面沿其长度方向开设有条形凹槽，所述条形凹槽内通过第一弹性件连接有卡块，所述卡板和卡块与卡槽相配合；所述支撑板的另一侧设置有呈“┓”形的定位板，所述挤压筒上设置有与定位板相配合的定位件，所述定位件勾住定位板。

本发明具备以下有益效果：

本发明所制备的材料，在拉伸成膜后，具有三层结构，由聚乙烯制成的最外层的防水层，由聚丙烯酸钠、淀粉和茶多酚共同混合交联制成的吸水层，由聚乙烯制成的具有防水透气功能的底层，底层的微孔由聚乙烯醇纤维在聚乙烯中溶解后形成，且微孔部分伸进吸水层中，通过控制聚乙烯醇纤维的直径，从而控制微孔的孔径。采用本发明所公开的材料包装产品时，包装中的水蒸汽分子会通过微孔被吸水层吸附，同时也起到了很好的密封作用，有效的避免了防腐剂、干燥剂的使用，也避免了危险的发生，而吸水层中的茶多酚因其较强的抗氧化作用和抑菌作用，使得包装的产品不易腐败和进行有效的抑菌，还能吸附一定的异味。

附图说明

图1为本发明挤压装置结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为挡板结构示意图；

图4为限位组件结构示意图；

图5为定位件结构示意图；

图6为图1中a局部放大图；

图7为挤压装置旋转至待挤压状态后结构示意图；

图8为图7中b局部放大图(卡块和卡板与卡槽配合后的结构示意图)；

图中：挤压筒1、挤压嘴2、挡板3、挡条4、凹槽5、限位板6、支撑板7、卡板8、条形凹槽9、第一弹性件10、卡块11、定位板12、定位板13、伸缩杆14、第三弹性件15、定位块16、第二弹性件17、u型槽18、限位槽19、卡槽20、条形通道21、按压板22、第四弹性件23、柱形槽24、刮板25、橡胶板26、压板27、螺纹孔28、注入孔29、定位柱30、第五弹性件31、挤压板32、电动推杆33、支架34、立柱35、活动柱36。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做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。

若未特别指明，实施举例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

本发明公开了一种包装用抗菌防霉材料，包括叠加在一起的表面包覆层、吸水层和底层，表面包覆层和底层均由聚乙烯制成，底层上布满透气微孔，透气微孔延伸进吸水层内、且未穿出吸水层。吸水层的材料包括聚丙烯酸钠、淀粉、茶多酚、交联剂，所述交联剂为丙烯酸、丙二胺和三乙醇胺中的一种或多种的混合物。底层的材料包括聚乙烯和聚乙烯醇纤维。

按照重量份数计，聚乙烯50～70份，聚丙烯酸钠3～12份，淀粉25～40份，茶多酚20～30份，交联剂5～15份，聚乙烯醇纤维0.5～8份。其中，底层的聚乙烯和表面包覆层的聚乙烯的质量比为1～2:2～3。聚乙烯醇纤维的长度大于底层的厚度，直径为0.05～12μm，具体为：聚乙烯醇纤维的长度大于底层母料在挤压装置中的厚度。

本发明还公开了一种包装用抗菌防霉材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚乙烯和聚乙烯醇纤维混合后，进行熔融混炼，得到底层母料；在这个过程中，将聚乙烯粉碎成粉末状，粒径为0.1～1mm，将其与聚乙烯醇混合均匀，然后将混合物熔融，熔融温度为112℃～135℃，聚乙烯熔融，而聚乙烯醇纤维未熔融，从而使聚乙烯醇纤维均匀的分散在聚乙烯熔融液中。

(2)分别配制淀粉水溶液、茶多酚水溶液和聚丙烯酸钠水溶液，将淀粉水溶液和茶多酚水溶液混合后加入交联剂，搅拌均匀后，再加入聚丙烯酸钠水溶液，用羧甲基纤维素调节体系粘度，调节的体系粘度为8～30pa·s，如果体系粘度已在该范围内则无需用羧甲基纤维素进行调节，反应后获得吸水层母料；具体为：将茶多酚、淀粉和聚丙烯酸钠溶于水中，淀粉和茶多酚和水的配比分别为0.1～0.5g/ml，聚丙烯酸钠完全溶于水中即可。在制备吸水层母料的整个过程中保持搅拌，搅拌的转速为120～150r/min，交联剂加入后的搅拌时间和加入聚丙烯酸钠水溶液的时间分别为15～30min。

对于吸水层母料的制备，本发明用交联剂将淀粉和茶多酚进行交联反应，使淀粉中的羟基基团和茶多酚的酚羟基基团发生交联，形成稳定的具有抗菌效果并可降解的交联物，在交联完成后，加入聚丙烯酸水溶液，使淀粉粒子相互结合，从而增加吸水层的稳定性。

(3)将聚乙烯熔融后得到表面包覆层母料；

(4)在挤压装置中依次灌入底层母料、吸水层母料和包覆层母料，在保温状态下振荡3～15min，最后进行挤出、拉伸和定型。具体为：保温的温度为75～90℃。在对所述挤压装置内的母料进行保温振荡完成后，翻转挤压装置，使挤压装置的挤出口朝下，再进行挤出作业。在对母料进行拉伸后，将拉伸后的薄膜浸入溶剂中，再进行干燥定型，溶液可以为水或氢氧化钠，为水时，水温为75～100℃，为氢氧化钠时，氢氧化钠的浓度小于0.2mol/l，在溶剂中进行浸泡时，以在底层中能够观察到大量的微孔则可以停止浸泡，比如，在1cm²的底层中观察到的微孔率能够达到70％即可。本发明中，将灌入挤压装置中的母料进行振荡处理，旨在弱化不同母料之间的界限，使三层母料之间能够进行体系互溶或粘结在一起，避免拉伸成型的材料分层。同时，也是为了使得聚乙烯醇纤维能够部分进入到吸水层中，最终使得微孔延伸进吸水层中。

本发明所制备的材料，在拉伸成膜后，具有三层结构，由聚乙烯制成的最外层的防水层，由聚丙烯酸钠、淀粉和茶多酚共同混合交联制成的吸水层，由聚乙烯制成的具有防水透气功能的底层，底层的微孔由聚乙烯醇纤维在聚乙烯中溶解后形成，且微孔部分伸进吸水层中，通过控制聚乙烯醇纤维的直径，从而控制微孔的孔径。采用本发明所公开的材料包装产品时，包装中的水蒸汽分子会通过微孔被吸水层吸附，同时也起到了很好的密封作用，有效的避免了防腐剂、干燥剂的使用，也避免了危险的发生，而吸水层中的茶多酚因其较强的抗氧化作用和抑菌作用，使得包装的产品不易腐败和进行有效的抑菌，还能吸附一定的异味。

另外，参考图1-图8，本发明还公开了一种挤压装置，能够适用于本发明所公开的制备方法。所述挤压装置包括内部中空的挤压筒1，所述挤压筒1的一端呈半开口状态，另一端封闭，参考图1所示，所述挤压筒1开口处设置有挤压嘴2，所述挤压嘴2的形状优选为四棱台，其挤出口呈扁口形状。所述挤压筒1优选为呈方形。所述挤压筒1内设置有将挤压嘴2与挤压筒1隔开的挡板组件，所述挤压筒1上设置有对挡板组件进行限位的限位组件，所述挤压筒1内设置有对母料进行阻挡的阻挡组件，所述挤压筒1的封闭端设置有对母料进行挤压的挤压组件。所述阻挡组件将挤压筒1内的母料围在与挤压筒1之间形成的较小的区域内。

进一步的，所述挡板组件包括从挤压筒1的顶部插入到挤压筒1内的挡板3和固定挡板3长度方向一侧的挡条4，挡板3伸出挤压筒1的顶部，所述挡条4与挡板3垂直设置，挡条4的底面与挡板3长度方向的底部齐平，参考图3所示。所述挡条4的宽度小于等于挤压筒1端面与挡板3之间的距离。需要说明的是：挡板3的底部与挤压筒1的底部相抵/接触，挡板3设置在靠近挤压筒1半开口状态的一端。

进一步的，所述限位组件设置在挤压筒1的内壁中，所述限位组件包括开设在挤压筒1内、且开口朝向挡板3的凹槽5，凹槽5设置在挤压筒1的顶部，所述凹槽5内设置有限位板6，所述限位板6与凹槽5之间通过第二弹性件17连接，所述挤压筒1上开设有u型槽18，且u型槽18的开口朝向挡板3并与凹槽5相通，u型槽18的长度小于凹槽5的长度，所述限位板6上、沿其长度方向设置有支撑板7，所述支撑板7与挡板3相对应的一侧设置有卡板8，所述卡板8沿支撑板7长度方向设置，所述卡板8的顶面沿其长度方向开设有条形凹槽9，所述条形凹槽9内通过第一弹性件10连接有卡块11，所述支撑板7的另一侧设置有呈“┓”形的定位板12，所述挤压筒1上设置有与定位板12相配合的定位件。卡块11形状优选为三棱柱，使得便于通过卡槽20的横部进入到竖直部从而实现限位。凹槽5和u型槽18的开口均与挡板3穿过挤压筒1的孔相通。

进一步的，所述定位件包括定位板13，所述定位板13通过数个伸缩杆14固定在挤压筒1上，所述定位板13的底部通过第三弹性件15与挤压筒1的顶部连接，使得按压定位板13时，在第三弹性件15的作用下复位。当然，伸缩杆14可以是弹性伸缩杆，在被按压后能够进行复位，则可以无需设置第三弹性件15。在定位板13上、沿其长度方向设置有呈三棱柱形的定位块16，定位块16的直角面与定位板12的竖直部分相抵，从而使定位板12与定位件勾住，避免限位板6将挡板3抵紧，而无法将挡板3抽出。所述卡板8的宽度小于等于支撑板7(定位件将定位板12勾住时)与挡板3之间的距离。

进一步的，挡板3靠近中部的位置设置有与限位板6长度方向一侧相适配的限位槽19，位于所述限位槽19的上方设置有与卡板8和卡块11相配合的卡槽20，所述卡槽20呈“┗”形，当卡板8伸进卡槽20内时，卡块11与卡槽20竖直部分的侧壁相抵，从而将卡块11和卡板8卡在卡槽20内，进而对挡板3进行限位/固定，此时，挡条4则抵紧在位于挤压嘴2上方的挤压筒1半开口处的端面上，避免母料流入挡板3与挤压筒1半开口处之间。

进一步的，为了解除卡槽20对卡板8和卡块11的锁定，在卡槽20的顶部开设有条形通道21，所述条形通道21伸出挡板3外，所述条形通道21内设置有呈“工”字形的按压板22，所述按压板22一端的横部位于挡板3外，另一端的横部则位于卡槽20内，并与卡槽20的顶部大小相当，即小于等于卡槽20的顶部宽度。而位于卡槽20内的所述按压板22的横部与卡槽20之间通过第四弹性件23连接，具体为卡槽20的顶部开设数个柱形槽24，第四弹性件23一端固定在柱形槽24的底部，另一端固定在按压板22横部的顶面上，当按压板22按压后，第四弹性件23能够带着按压板22进行复位；而在按压按压板22后，其位于卡槽20内的横部对卡块11进行按压，从而将其压进条形凹槽9内，从而解开对卡板8和卡块11的限制。在解除限制后，用手拉动支撑板7，使第二弹性件17被压缩，直至定位板12勾住定位件。

进一步的，为了减少母料粘附在挡板3上，在挤压筒1的内壁上、位于挡板3与母料接触的一侧设置有刮板25，所述刮板25完全遮住限位槽19和卡槽20。在刮板25与挡板3相对应的一侧设置有橡胶板26，橡胶板26与挡板3贴合，所述橡胶板26和刮板25的底面为朝向挡板3倾斜的斜面，且橡胶板26和刮板25底面的斜面位于同一直线上。橡胶板26和刮板25的长度相同，同时与挡板3的长度相同。

进一步的，所述阻挡组件包括设置在挤压筒1内的压板27，所述压板27的一端与刮板25的侧面相贴合，另一端及两侧分别与挤压筒1的内壁相贴合，所述压板27的中心处开设有螺纹孔28，所述挤压筒1上开设有注入孔29，所述注入孔29与螺纹孔28相连通。所述压板27上设置有数个呈“t”形的定位柱30，所述定位柱伸出挤压筒1外，与挤压筒之间通过第五弹性件31连接，所述第五弹性件31有数个围绕定位柱30的竖直部设置、与定位柱30的横部底面固定，从而将压板27固定在挤压筒1内。需要说明的是：通过上下移动压板27从而实现对挤压筒1内部大小的改变。本发明通过可上下移动的压板27改变其与挤压筒1所围成区域的大小，而压板27在向下移动后，其底面与母料的表面接触，避免了母料在挤压筒1内晃动，然后将母料通过挤压嘴2挤出，从而形成多层的膜材料。而为了减少挤出时废料(不具有层结构)的产生，本发明中，挤压筒1半开口处的端面加上挡条4的厚度后与橡胶板26的最底面齐平。同时，压板27向下移动后，其底面与橡胶板26的最底面齐平，从而最大限度的保证容纳母料的腔体的平整度。

进一步的，挤压组件包括设置在挤压筒1内的挤压板32，所述挤压板32的高度大于等于橡胶板26的最底面与挤压筒1内底部之间的距离，依照上述所说压板27向下移动后，其底面优选为与橡胶板26的最底面齐平，因此，挤压板32的高度优选为等于橡胶板26的最底面与挤压筒1内底部之间的距离。在挤压筒1封闭端的外侧面设置有电动推杆33，所述电动推杆33的输出端穿过挤压筒1的端面与挤压板32的板面固定，所述电动推杆33通过支架34固定在挤压筒1上。挤压筒1通过两个立柱35转动设置，即立柱35与挤压筒1之间通过转轴转动连接，在挤压筒1的底部可放置有活动柱36，用于支撑挤压筒1，保证挤压筒1的稳定性。当挤压筒1旋转至挤压嘴2朝下时，活动柱36则支撑在挤压嘴2一侧的挤压筒1的端面上。

在使用本发明的挤压装置时，参考图7所示。使用漏斗(图中未示出)插入到注入孔29内并穿过螺纹孔28，向挤压筒1内依次灌入底层母料、吸水层母料和表面包覆层母料，在螺纹孔28内通过螺纹连接一个手柄37，手柄的37杆部穿过注入孔29，通过手柄37向下按压压板27，使压板27抵靠在挤压板32的顶部。待保温振荡完成后(挤压筒自带现有的加热装置，振荡则通过设置在挤压筒上的振动器实现即可)，翻转挤压筒1，使挤压嘴2开口朝下；再向外拉挡板3，使挡条4与挤压筒1半开口处的端面相抵，然后按压定位件，使其解除对定位板12的锁定，使得限位板6与(卡板8和卡块11)分别插入到限位槽19和卡槽20，从而对挡板3进行锁定，在这个过程中，由于母料的粘度大，在拉开挡板3时，母料不会很快的流满挤压嘴2，并流出挤压嘴2；当然，这种方式无法在挤压的过程中停止，因此，可以在挤压嘴2上设置一个阀门，或者在挤压嘴2的出口处铰接一个隔板，从而实现能够随时停止出料。最后启动电动推杆33，对母料进行推动，使母料从挤压嘴2挤出。挤出完成后，再次翻转挤压筒1，电动推杆33复位，压板27复位，按压按压板22，使卡板8和卡块11与卡槽20之间解除锁定，人工操作使支撑板7带着限位板6复位(即定位板12与定位件重新勾住)。限位板6在复位时，定位板12沿着卡块11的斜面使得卡板8逐渐被压缩，进而使得定位板12与定位件勾住。

本发明中所公开的所有弹性件可以是弹簧。

通过观察本发明所公开的挤压装置挤出的母料，发现开始挤出部分，底层、吸水层和表面包覆层并不完整。而后续挤出的母料则具有本发明所公开的底层、吸水层和表面包覆层。因此，本发明公开的挤压装置能够加工出本发明所公开的抗菌防霉材料。

下面将结合实施例对本发明进行进一步的阐述。

实施例

1.根据上述的配方和方法制备抗菌防霉材料并拉伸成薄膜，具体的配比见下表1所示，其中聚丙烯酸钠的分子量为800～1000万。

表1各组别配比(重量份数)

2.将上述各组材料拉伸成长度和宽度相同的薄膜后(1×2m)，各层之间的厚度和总厚度见下表2所示。表2中，由于各层之间的界限并不明显，因此，底层、吸水层、表面包覆层的厚度都有一定的误差。

表2各层厚度(mm)

3.将制成的薄膜剪掉一块进行相关测试，其中，拉伸强度按照标准gb/t1040.3-2006测得，试验速度为5mm/min。湿度则通过产品刚包装时包装袋里的湿度和放置一段时间后包装袋里的湿度的变化从而判断薄膜的吸湿效果。结果见下表3所示。

表3性能测试结果

4.抑菌实验，采用浸渍培养法进行抗菌测试，具体选取金黄色葡萄球菌进行抗菌性测试，结果见下表4所示。浸渍培养法为现有技术，具体操作过程不再赘述。

表4抗菌测试结果(抗菌率％)

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明，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。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。