SiOx/PET复合薄膜的制备、性能及抗迁移能力的研究

摘要

塑料包装材料在与食品直接接触时彼此相互作用，一方面降低食品货架期，另一方面引起塑料中成分向食品迁移的安全问题，故阻隔性包装材料的开发与应用势在必行。目前，以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料包装材料为基材镀氧化硅(SiOx)阻隔层的复合包装材料，凭借自身优异的阻隔性能逐渐受到关注。为弄清SiOx层的阻隔原理及其对塑料中迁移成分的抗迁移原理，本文通过自制SiOx/PET复合材料，分析SiOx层对复合薄膜阻隔性能和塑料基材中添加剂向食品模拟物的迁移规律的影响。主要研究结果如下:　　(1) SiOx层对SiOx/PET复合薄膜的热性能、力学性能和阻隔性能有改善作用。相比PET薄膜，随着SiOx层厚度的增加，SiOx/PET复合薄膜的玻璃化转变温度(Tg)逐渐增大，但其增长速率逐渐减慢;拉伸强度和断裂伸长率均呈现先增大后减小的趋势，总体表现为拉伸强度可增大5.5％-25.0％，断裂伸长率可增大9.3％-20.6％;对氧气和水蒸气的阻隔性能先有明显提高，随后提高趋势逐渐趋于平缓，具体表现为氧气透过率降低7.7％-79.3％，水蒸气透过率降低约46.0％-77.3％。　　(2)SiOx层对SiOx/PET复合薄膜中小分子增塑剂邻苯二甲酸二辛酯(DOP)有抗迁移作用。对比PET薄膜，SiOx层厚度为40 nm-320 nm时，20℃条件下复合薄膜中增塑剂DOP向食品模拟物的特定迁移量约降低11.4％-90.0％，40℃条件下约降低18.8％-87.5％，70℃条件下约降低17.7％-85.0％。当SiOx层厚度足够时，食品模拟物、迁移温度等因素对薄膜中增塑剂的迁移影响不大。　　(3)SiOx层对SiOx/PET复合薄膜中四[β-(3，5-三丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇(抗氧剂1010)有抗迁移作用。四种食品模拟物中只有食品模拟物D1中检测到抗氧剂1010的迁移。对比PET薄膜，SiOx层厚度为40 nm-320nm时，20℃条件下复合薄膜中抗氧剂1010向食品模拟物D1的特定迁移量约降低69.6％-82.6％，40℃条件下约降低37.5％-75.0％，70℃条件下约降低33.8％-63.2％。　　(4)迁移时间、温度和食品模拟物对复合薄膜中添加剂(增塑剂DOP和抗氧剂1010)有一定的影响。薄膜与食品模拟物直接接触时，随时间的增加，添加剂的前期迁移量增长较快，而后逐渐趋于平衡;相同食品模拟物条件下，对于同一种薄膜，迁移温度升高可导致迁移速率加快，添加剂的特定迁移量大小按温度排列依次为20℃＜40℃＜70℃;在同一温度条件下，对于同种薄膜，增塑剂的特定迁移量大小按食品模拟物排列依次为食品模拟物D1＞食品模拟物C＞食品模拟物A＞食品模拟物B。　　(5)建立Weibull-SiOx/PET双层材料迁移预测模型，在一定条件下可实现对小分子增塑剂的迁移行为预测。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 SiOx／PET塑料包装材料制备工艺及性能研究现状

1．2．1 聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材介绍

1．2．2 功能性SiOx阻隔层及SiOx／PET复合薄膜研究

1．3 食品接触塑料包装材料中成分的迁移研究现状

1．3．1 迁移实验中食品模拟物和迁移条件的选择

1．3．2 SiOx／PET中添加剂迁移行为研究

1．4 食品接触塑料包装材料中添加剂迁移模型的研究

1．5 本论文的研究意义和主要内容

1．5．1 课题研究意义

1．5．2 课题主要研究内容

第二章 PET薄膜和SiOx／PET复合薄膜制备及性能研究

2．1 实验材料与仪器

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验仪器

2．2 实验方法

2．2．1 聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜制备

2．2．2 SiOx／PET复合薄膜的制备

2．2．3 SiOx层红外光谱(FTIR)分析

2．2．4 PET薄膜和SiOx／PET复合薄膜扫描电镜(SEM)测试

2．2．5 玻璃化转变温度测试(DSC)

2．2．6 PET薄膜和SiOx／PET复合薄膜力学性能测试

2．2．7 PET薄膜和SiOx／PET复合薄膜阻隔性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 沉积时间与SiOx层厚度的关系

2．3．2 SiOx层结构成分分析

2．3．3 PET薄膜和SiOx／PET复合薄膜表面及断面微观结构分析

2．3．4 PET薄膜和SiOx／PET复合薄膜热性能分析

2．3．5 PET薄膜和SiOx／PET复合薄膜力学性能分析

2．3．6 PET薄膜和SiOx／PET复合薄膜阻隔性能分析

2．4 本章小结

第三章 PET薄膜和SiOx／PET复合薄膜中增塑剂DOP的特定迁移研究

3．1 实验材料与仪器

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验仪器

3．2 迁移实验条件确定

3．2．1 迁移测试方法及迁移池选择

3．2．2 食品模拟物、迁移时间、迁移温度选择

3．3 实验方法

3．3．1 特定迁移实验

3．3．2 食品模拟物预处理

3．3．3 高效液相色谱法(HPLC)检测

3．3．4 迁移量计算

3．4 结果与讨论

3．4．1 增塑剂DOP的标准工作曲线

3．4．2 不同SiOx层厚度条件下增塑剂DOP的特定迁移

3．4．3 迁移环境对薄膜中DOP特定迁移的影响

3．5 本章小结

第四章 PET薄膜和SiOx／PET复合薄膜中抗氧剂1010的特定迁移研究

4．1 实验材料与仪器

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验仪器

4．2 迁移实验条件确定

4．2．1 迁移测试方法及迁移池选择

4．2．2 食品模拟物、迁移时间、迁移温度选择

4．3 实验方法

4．3．1 特定迁移实验

4．3．2 食品模拟物预处理

4．3．3 高效液相色谱法(HPLC)检测

4．3．4 迁移量计算

4．4 结果与讨论

4．4．1 抗氧剂1010的标准工作曲线

4．4．2 不同SiOx层厚度条件下抗氧剂1010的特定迁移

4．4．3 迁移温度对薄膜中抗氧剂1010特定迁移的影响

4．5 本章小结

第五章 SiOx／PET复合薄膜中增塑剂迁移模型研究

5．1 SiOx阻隔层的抗塑料内小分子迁移分析

5．2 基于Weibull分布的SiOx／PET复合薄膜中DOP迁移模型

5．2．1 模型建立

5．2．2 模型参数τ的确定

5．2．3 模型参数β的确定

5．2．4 迁移平衡时DOP迁移量MF，∞的确定

5．3 迁移模型评估

5．4 本章小结

6．1 主要研究结论

6．2 论文创新点

6．3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况