本發(fā)明屬于復合食品包裝材料技術領域，特別涉及一種石墨烯/聚烯烴塑料復合食品包裝薄膜及其制備方法和應用。

背景技術：

聚烯烴塑料由于其價格低廉、物化性質穩(wěn)定等優(yōu)點，在實際生活中應用廣泛。但聚烯烴塑料本身存在力學強度低、容易變形、不耐高溫、易燃等缺點。已有研究表明采用納米粒子可以對聚烯烴塑料進行性能提升(STANKOVICH S,et al.Graphene-based composite materials[J].Nature,2006,442(7100):282-286.；王利娜,劉慶廣,龔方紅.聚乙烯納米復合材料制備方法的研究進展[J].塑料科技,2007,35(2):84-87.)。

石墨烯由于比表面積大、剛性高等特點，是世界上最薄同時也是最堅硬的納米材料，因此，其作為聚合物基體的增強材料可以改善復合材料的韌性和強度(PINTO AM,CABRAL J,TANAKA DAP,et al.Effect of incorporation of graphene oxide and graphene nanoplatelets on mechanical and gas permeability properties of poly(lactic acid)films[J].Polymer International,2013,62(1):33-40.；KIM H,MACOSKO CW.Processing-property relationships of polycarbonate/graphene composites[J].Polymer,2009,50(15):3797-3809.)。另外，石墨烯氧化物具有優(yōu)良的抗菌性、阻隔性。這些都使得石墨烯在食品包裝領域有著廣闊的應用前景。

塑料制品在使用過程中容易遭到氧化而褪色、硬化、性能下降，在生產過程中常常會加入紫外吸收劑、抗氧化劑等。在與食品接觸過程中，添加劑會遷移到食品中，對人體健康造成一定威脅。目前有專利關注石墨烯對于塑料材料力學性能、導熱性能、導電性能的提高(CN 103980614 A，一種石墨烯填充聚丙烯材料及其制備方法；CN 104387757 A，一種石墨烯復合導熱塑料及其制備方法；CN 102321379 B，導電性石墨烯/聚合物復合材料)，但對于石墨烯塑料復合食品包裝薄膜的制備，以及石墨烯對食品包裝安全的影響缺乏認識。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種石墨烯/聚烯烴塑料復合食品包裝薄膜。本發(fā)明的薄膜力學性能優(yōu)于聚烯烴塑料薄膜，其中的石墨烯對塑料助劑向食品的遷移具有抑制作用。

本發(fā)明另一目的在于提供一種上述石墨烯/聚烯烴塑料復合食品包裝薄膜的制備方法。

本發(fā)明再一目的在于提供上述石墨烯/聚烯烴塑料復合食品包裝薄膜在食品領域中的應用。

本發(fā)明的目的通過下述方案實現(xiàn)：

一種石墨烯/聚烯烴塑料復合食品包裝薄膜，其中含有0.02～2wt％的石墨烯。

在其中一個實施例中，所述石墨烯包括石墨烯粉末及石墨烯微片中的至少一種。

在其中一個實施例中，所述石墨烯的粒徑≤10μm，碳含量≥95％。

在其中一個實施例中，所述石墨烯/聚烯烴塑料復合食品包裝薄膜還含有助劑。

在其中一個實施例中，所述助劑為本領域常規(guī)使用的助劑均可，如紫外吸收劑、抗氧化劑、增塑劑、光穩(wěn)定劑等。

在其中一個實施例中，所述助劑的量為本領域常規(guī)用量即可。

本發(fā)明還提供一種上述石墨烯/聚烯烴塑料復合食品包裝薄膜的制備方法，包括以下步驟：將石墨烯和聚烯烴塑料混合均勻，擠出機熔融擠出造粒，得到母粒，再利用吹膜機吹塑得到所述石墨烯/聚烯烴塑料復合食品包裝薄膜。

在其中一個實施例中，所述聚烯烴塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚對苯二甲酸乙二醇酯中的至少一種。

在其中一個實施例中，所述造粒的過程重復1～4次。重復造粒有利于使石墨烯和聚烯烴塑料充分混合均勻。

本發(fā)明的石墨烯/聚烯烴塑料復合食品包裝薄膜既具有優(yōu)異的力學性能，又有效抑制塑料助劑向食品及食品模擬物的遷移，可廣泛應用于食品等領域。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有如下的優(yōu)點及有益效果：

本發(fā)明的石墨烯/聚烯烴塑料復合食品包裝薄膜改進了現(xiàn)有食品包裝用塑料薄膜的性能，通過添加少量石墨烯，就具有優(yōu)良的力學性能。

本發(fā)明的石墨烯/聚烯烴塑料復合食品包裝薄膜中的石墨烯有效抑制塑料助劑向食品及食品模擬物的遷移，這對于保障消費者安全有重要意義。

附圖說明

圖1為實施例1的石墨烯-低密度聚乙烯復合薄膜的彈性模量隨石墨烯添加量變化情況。

圖2為實施例1的石墨烯-低密度聚乙烯復合薄膜的拉伸強度隨石墨烯添加量變化情況。

圖3為實施例1的石墨烯-低密度聚乙烯復合薄膜的斷裂伸長率隨石墨烯添加量變化情況。

圖4為實施例2中40℃時石墨烯-低密度聚乙烯復合薄膜中紫外吸收劑UV-531向食品模擬物異辛烷的遷移。

圖5為實施例2中40℃時石墨烯-低密度聚乙烯復合薄膜中紫外吸收劑UV-P向食品模擬物異辛烷的遷移。

圖6為實施例3中40℃時石墨烯-低密度聚乙烯復合薄膜中抗氧化劑Irgafos168向食品模擬物異辛烷的遷移。

圖7為實施例3中40℃時石墨烯-低密度聚乙烯復合薄膜中抗氧化劑Irganox1076向食品模擬物異辛烷的遷移。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

下列實施例中使用的試劑均可購買得到。

實施例1

將石墨烯與低密度聚乙烯(LDPE)混合均勻，石墨烯質量百分含量分別為0.05％、0.2％和1％，將混合好的物料送入雙螺旋擠出機中，物料在螺桿的剪切、混煉和輸送下充分融合，最后經模頭擠出造粒。此造粒過程重復兩次。

雙螺旋擠出機參數(shù)設定：料筒1區(qū)到9區(qū)溫度分別為：150℃，155℃，155℃，160℃，160℃，165℃,165℃，165℃，165℃；模頭溫度為165℃；螺桿轉速150r/min。

將造好的母粒送入吹膜機中，采用中空吹塑的方法得到相應的薄膜。吹膜機1區(qū)-4區(qū)溫度分別為155℃，160℃，165℃，165℃。

對得到的石墨烯/低密度聚乙烯復合薄膜進行力學性能測試，得到石墨烯的含量對其力學性能的影響，見圖1～3。結果表明，不論是橫向拉伸還是縱向拉伸，添加石墨烯后，復合薄膜的彈性模量、拉伸強度都得到提高，斷裂伸長率下降。這表明低密度聚乙烯添加石墨烯后，強度和剛度增加，不易變形。

實施例2

配置4種物料，UV-531+LDPE，UV-531+石墨烯+LDPE，UV-P+LDPE，UV-P+石墨烯+LDPE。其中UV-531和UV-P質量百分含量都為1％，石墨烯質量百分含量都為0.05％。將混合好的物料送入雙螺旋擠出機中，物料在螺桿的剪切、混煉和輸送下充分融合，最后經模頭擠出造粒。此造粒過程重復兩次。

雙螺旋擠出機參數(shù)設定：料筒1區(qū)到9區(qū)溫度分別為：150℃，155℃，155℃，160℃，160℃，165℃,165℃，165℃，165℃；模頭溫度為165℃；螺桿轉速150r/min。

將造好的母粒送入吹膜機中，采用中空吹塑的方法得到相應的薄膜。吹膜機1區(qū)-4區(qū)溫度分別為155℃，160℃，165℃，165℃。

在40℃下研究四種薄膜中UV-531和UV-P向異辛烷的遷移，結果表明，不含石墨烯的薄膜中紫外吸收劑遷移量明顯高于含有石墨烯的樣品，石墨烯抑制了紫外吸收劑UV-531和UV-P的遷移。其中UV-531、UV-P的遷移結果見圖4、圖5。

實施例3

配置4種物料，Irgafos168+LDPE，Irgafos168+石墨烯+LDPE，Irganox1076+LDPE，Irganox1076+石墨烯+LDPE。其中Irgafos168和Irganox1076質量百分含量都為1％，石墨烯質量百分含量都為0.05％。將混合好的物料送入雙螺旋擠出機中，物料在螺桿的剪切、混煉和輸送下充分融合，最后經模頭擠出造粒。此造粒過程重復兩次。

雙螺旋擠出機參數(shù)設定：料筒1區(qū)到9區(qū)溫度分別為：150℃，155℃，155℃，160℃，160℃，165℃,165℃，165℃，165℃；模頭溫度為165℃；螺桿轉速150r/min。

將造好的母粒送入吹膜機中，采用中空吹塑的方法得到相應的薄膜。吹膜機1區(qū)-4區(qū)溫度分別為155℃，160℃，165℃，165℃。

在40℃下研究四種薄膜中Irgafos168和Irganox1076向異辛烷的遷移，結果表明：含石墨烯的樣品中抗氧化劑的遷移量低于不含有石墨烯的樣品，石墨烯會抑制Irgafos168和Irganox1076向異辛烷中的遷移。其中Irgafos168、Irganox1076向異辛烷的遷移見圖6、圖7。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。