一种可反复扭结环保型食品包装白色聚酯膜的制作方法

本发明涉及食品包装材料领域，具体涉及一种可反复扭结环保型食品包装白色聚酯膜。

背景技术：

1、扭结包装是糖果、巧克力等固体食品的传统包装形式，其核心要求是薄膜经扭结后能够保持扭结形态不回弹，同时在包装、运输、销售过程中具有足够的机械强度。传统的扭结包装材料主要包括pvc扭结膜和玻璃纸两大类。pvc膜虽然扭结性能良好、成本低廉，但在焚烧过程中会产生氯化氢等有害气体，且其增塑剂存在迁移风险，食品安全性受到广泛质疑；玻璃纸虽为天然纤维素材料、环保可降解，但防潮性差、脆性大，在高速包装设备上断膜率较高。

2、近年来，聚酯（pet）类材料因其优异的力学性能、透明性和食品接触安全性，逐渐成为扭结包装领域的研究热点。然而，现有聚酯扭结膜仍存在以下技术缺陷：

3、其一，扭结保持性与反复扭结性能不足。常规聚酯为半结晶性聚合物，分子链规整度高，结晶倾向大，导致薄膜刚性过强而柔顺性不足。现有技术如cn102152585a通过添加petg共聚聚酯来降低结晶度以获得扭结效果，但petg添加量不足时扭结性能仍不理想，添加量过大则薄膜强度下降、成本上升。更重要的是，现有方案少有关注薄膜的反复扭结性能，在实际包装过程中，薄膜可能需要经历多次扭结-松开-再扭结的操作，这对材料的抗疲劳性和回弹性提出了更高要求。

4、其二，环保性与可持续性不足。传统扭结膜多为单一石化基聚酯材料，废弃后难以降解。虽然cn105966018b提出使用pet回收切片以降低成本，但其芯层中回收切片占比高达70-80%，大量使用再生料对薄膜的力学一致性和食品接触安全性构成挑战。生物基聚酯材料如聚乳酸（pla）虽然具备可降解性，但其耐热性差、脆性大，难以满足扭结包装的力学要求。

5、其三，白色外观的实现方式存在缺陷。白色聚酯膜在食品包装中具有遮光、美观、可替代白色油墨印刷等优势。现有白色聚酯膜多采用在聚酯基体中添加钛白粉的方式实现白色外观，但钛白粉作为无机填料与聚酯基体相容性差，易团聚形成应力集中点，导致薄膜力学性能劣化、雾度不均。同时，高添加量的钛白粉会增加薄膜的脆性，不利于扭结操作。

6、其四，功能组分的分散性与界面结合问题。无论是petg共聚酯的引入还是钛白粉等无机填料的添加，均涉及多组分体系的相容性问题。组分间界面结合不良会导致薄膜在反复扭结过程中产生层间剥离或微裂纹，加速功能失效。

7、综上所述，开发一种兼具优良扭结保持性、可反复扭结能力、环保可持续性、白色外观和良好力学性能的食品包装聚酯膜，具有重要的工业应用价值。

技术实现思路

1、为了弥补以上不足，本发明提供一种可反复扭结环保型食品包装白色聚酯膜及其制备方法，制得的材料具有扭结保持性好、可反复扭结、环保可降解、白色外观均匀、力学性能优异的特点。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，一种可反复扭结环保型食品包装白色聚酯膜，至少包括三层aba型结构，所述三层依次为表层、芯层和底层，芯层为生物基共聚聚酯树脂与白色母粒质量比100：8-12的混合物，三层厚度比为表层:芯层:底层=1:6-8:1。

4、所述生物基共聚聚酯由对苯二甲酸100-120份、1,4-环己烷二甲醇30-50份、乙二醇60-80份、生物基丁二酸20-40份，在钛酸四丁酯催化下聚合反应得到。

5、优选地，所述生物基共聚聚酯的合成包括如下步骤：

6、按质量份计，将对苯二甲酸100-120份、1,4-环己烷二甲醇30-50份、乙二醇60-80份、生物基丁二酸20-40份加入酯化反应釜中，加入催化剂钛酸四丁酯0.05-0.10份，在240-260℃、0.2-0.5 mpa条件下进行酯化反应2-3 h；随后升温至270-285℃，逐步抽真空至绝对压力≤100 pa，缩聚反应3-4 h，获得生物基共聚聚酯树脂。

7、引入1,4-环己烷二甲醇（chdm）和生物基丁二酸对聚对苯二甲酸乙二醇酯进行共聚改性。chdm的引入破坏了pet分子链的规整性，降低了结晶速率和结晶度，使薄膜获得良好的柔顺性和扭结保持性；生物基丁二酸的引入则赋予材料部分生物基属性，提升环保性。丁二酸链段的柔性结构进一步增加了分子链的运动能力，有利于提高薄膜在反复扭结过程中的抗疲劳性。

8、所述白色母粒的原料包括：

9、生物基共聚聚酯树脂：100份

10、钛白粉：18-25份

11、分散剂硬脂酸锌：0.5-1.2份

12、偶联剂钛酸酯偶联剂ndz-101：0.3-0.8份

13、抗氧剂1010：0.2-0.5份。

14、钛白粉作为白色着色剂，其高折射率赋予薄膜优异的白色遮盖力和光学均匀性。然而，钛白粉表面极性高，与聚酯基体相容性差，容易团聚。本方案采用钛酸酯偶联剂对钛白粉进行表面处理，偶联剂分子一端的烷氧基与钛白粉表面的羟基形成化学键合，另一端的有机长链与聚酯基体形成缠结或共结晶，从而大幅改善钛白粉在聚酯基体中的分散性。硬脂酸锌作为分散剂进一步降低钛白粉颗粒间的团聚倾向，确保母粒中钛白粉的均匀分布。

15、所述表层和/或底层的原料包括：

16、生物基共聚聚酯树脂：100份

17、白色母粒：12-20份

18、环保增韧剂聚己内酯pcl：3-8份

19、抗粘连剂二氧化硅：0.05-0.15份。

20、第二方面，一种可反复扭结环保型食品包装白色聚酯膜的制备方法，包括以下步骤：

21、第一步：生物基共聚聚酯的合成

22、按质量份计，将对苯二甲酸100-120份、1,4-环己烷二甲醇30-50份、乙二醇60-80份、生物基丁二酸20-40份加入酯化反应釜中，加入催化剂钛酸四丁酯0.05-0.10份，在240-260℃、0.2-0.5 mpa条件下进行酯化反应2-3 h；随后升温至270-285℃，逐步抽真空至绝对压力≤100 pa，缩聚反应3-4 h，获得生物基共聚聚酯树脂；

23、第二步：白色母粒的制备

24、按质量份配料，将物料高速混合均匀后，经双螺杆挤出机熔融共混挤出，温度设置为：加料段200-220℃、压缩段230-250℃、计量段250-265℃、机头255-260℃，螺杆转速200-300 r/min，挤出造粒，获得白色母粒；

25、第三步：薄膜的熔融共挤与双向拉伸

26、按质量份配料，将物料均匀混合后，经三层共挤模头熔融挤出，所述三层依次为表层、芯层和底层，三层厚度比为表层:芯层:底层=1:6-8:1，挤出温度设置为240-280℃，熔体经冷鼓铸片后，进行双向拉伸，随后在140-180℃下进行热定型5-30 s，获得白色聚酯膜；

27、优选地，所述表层和/或底层的原料包括：

28、生物基共聚聚酯树脂：100份

29、白色母粒：12-20份

30、环保增韧剂聚己内酯pcl：3-8份

31、抗粘连剂二氧化硅：0.05-0.15份；

32、优选地，芯层为生物基共聚聚酯树脂与白色母粒质量比100：8-12的混合物；

33、优选地，所述双向拉伸中，纵向拉伸温度80-100℃，拉伸倍率2.8-3.2倍，横向拉伸温度100-120℃，拉伸倍率3.4-3.8倍；

34、第四步：后处理与收卷

35、将第三步制得的白色聚酯膜进行电晕处理，处理功率1.5-3.0 kw，使表面张力≥42 mn/m，随后收卷分切，获得可反复扭结环保型食品包装白色聚酯膜。

36、在分子层面，生物基共聚聚酯的设计是获得扭结性能的根本。纯pet分子链高度规整，结晶能力强，薄膜刚性大，柔顺性差。本发明通过chdm的共聚引入，在分子链中插入非对称的环己烷结构，有效破坏分子链的规整排列，降低结晶速率和结晶度。共聚改性后的聚酯在冷却过程中形成大量细小的微晶而非大的球晶，这些微晶作为物理交联点赋予薄膜强度，同时非晶区提供柔顺性，使薄膜在扭结时能够发生足够的分子链滑移和重排，扭结后微晶网络又能有效固定分子链的取向状态，从而保持扭结形态不回弹。丁二酸链段的引入进一步增加了分子链的柔性，使薄膜在反复扭结过程中具有更优异的抗疲劳性能—每次扭结时分子链能够可逆地滑移和回复，而不发生不可逆的损伤积累。

37、在界面层面，钛酸酯偶联剂在钛白粉表面形成有机包覆层，该包覆层与聚酯基体具有良好的相容性，使钛白粉以微细颗粒均匀分散于基体中。均匀分散的钛白粉颗粒不仅提供白色外观，其刚性粒子在基体中还可起到应力分散的作用，抑制微裂纹的扩展，有利于提高薄膜的反复扭结寿命。同时，pcl作为环保增韧剂，具有柔顺的分子链，在受到扭结应力时通过链段运动耗散能量，提高薄膜的韧性和抗疲劳性。

38、在结构层面，三层aba型结构实现了功能分区。芯层b层中白色母粒添加量较低，主要承担白色遮光功能和力学支撑；表层a层和c层中白色母粒添加量较高，确保薄膜表面白色均匀、遮盖力充足。这种差异化设计既保证了白色外观，又避免了高含量钛白粉对芯层力学性能的过度劣化。同时，芯层使用生物基共聚聚酯作为主体，保持了良好的扭结性能。

39、在工艺层面，双向拉伸工艺使分子链在纵向和横向均获得取向。纵向拉伸倍率控制在2.8-3.2倍，低于常规pet薄膜的3.5-4.0倍，横向拉伸倍率控制在3.4-3.8倍，这种低纵高横的不对称拉伸策略使薄膜在纵向保留更多的柔顺性，有利于扭结操作中的弯曲变形，在横向获得足够的强度，防止扭结后回弹。热定型温度控制在140-180℃，既确保了薄膜尺寸的稳定性，又避免过高的热定型温度导致过度结晶而损失扭结性能。

40、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

41、优异的扭结保持性与反复扭结性能。通过生物基共聚聚酯的分子结构设计结合低纵高横的不对称双向拉伸工艺，在降低结晶度的同时优化了分子链的取向分布，经50次反复扭结后回弹角仍小于45°，远优于现有技术的扭结保持性能。

42、环保可持续性。采用生物基丁二酸作为共聚单体，赋予材料部分生物基属性；整体薄膜不含卤素等有害物质，符合食品接触材料安全标准，废弃后可通过堆肥等方式实现部分降解。

43、均匀的白色外观。通过钛酸酯偶联剂表面处理和硬脂酸锌分散的双重保障，实现了钛白粉在聚酯基体中的纳米级均匀分散，薄膜白度高、雾度均匀、遮盖力好，可替代白色油墨印刷，减少印刷污染。

44、优异的力学性能与加工适应性。薄膜纵向拉伸强度≥180 mpa，横向拉伸强度≥200 mpa，断裂伸长率≥120%，能满足高速扭结包装设备（≥800粒/分钟）的工艺要求；表面张力≥42 mn/m，具有良好的印刷适性和热封性能。