CN101817954A - 食品级聚丙烯复合材料及其制备方法与用途 - Google Patents

食品级聚丙烯复合材料及其制备方法与用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及食品级聚丙烯复合材料及其制备方法与用途，该复合材料由以下质量百分比的成分组成：聚丙稀：48-78wt％；食品级添加剂碳酸钙：20-50wt％；食品级加工助剂：0.5-2wt％；食品级着色剂：0-1.0wt％；其中所述的食品级标准为：以干基计含量为98.0-100％，干燥失重≤2.0％，酸不溶物含量≤0.2％，氟化物含量≤0.005％，碱金属及镁盐含量≤1.0％，砷金属含量≤3.0mg/kg，铅金属含量≤3.0mg/kg。本发明的食品级聚丙烯复合材料及其制成的餐饮具力学性能较好，成本较低，填充食品级添加剂碳酸钙的餐饮具较传统餐具更加符合卫生标准，容易降解。

Description

食品级聚丙烯复合材料及其制备方法与用途
技术领域
本发明涉及一种聚烯烃复合材料，具体的说涉及一种食品级聚丙烯复合材料及其制备方法与用途；属于新型材料技术领域。
背景技术
聚丙烯通常为半透明无色固体，无臭无毒。由于结构规整而高度结晶化，故熔点高达167℃，耐热，制品可用蒸汽消毒是其突出优点。密度为0.90g/cm3，是最轻的通用塑料。耐腐蚀，抗张强度可以达到30MPa，强度、刚性和透明性都比聚乙烯好。
聚丙烃是以石油为原料制备而成的高分子材料，石油又是目前人类赖以生存的主要能源，而地球上的石油资源毕竟是有限的，因此，节约石油资源是世界各国都在关注的大问题。
为了扩大聚丙烯的应用范围并降低成本，可以对其进行改进，将CaCO3填充到聚丙烯中，可以大幅度的提高基体的综合性能。聚丙烯与CaCO3的组成、结构和性能相差甚远，二者之间的相容性差，复合后虽然刚性可以提高，但强度尤其是韧性却明显下降，CaCO3填充量越大，下降的越显著，严重地影响聚丙烯复合材料的应用和发展。
中国专利申请(公开号：CN1502653A)涉及一种聚烯烃/无机粉料复合材料的补强增韧材料与用途，具体公开了利用活化剂处理无机粉体，使无机粉体表面包覆一层能与聚烯烃产生较好亲合性的膜，与聚烯烃复合时可形成均匀分散稳定体系。在无机粉体填充量高达50wt％以上情况下，虽然该复合材料具有较好的力学性能，其中冲击强度比基体树脂最高可提高3-5倍。但是该复合材料降解性能较差，用其生产餐饮具环保性能较差，不符合卫生标准。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术所存在的缺陷，提供一种不仅力学性能好，成本较低；而且降解性能好，具有较高环保性能的食品级聚丙烯复合材料。
本发明的上述目的可以通过下列技术方案来实现的：一种食品级聚丙烯复合材料，该复合材料由以下质量百分比的成分组成：
聚丙稀：48-78wt％；食品级添加剂碳酸钙：20-50wt％；
食品级加工助剂：0.5-2wt％；食品级着色剂：0-1.0wt％；其中所述的食品级标准为：以干基计含量为98.0-100％，干燥失重≤2.0％，酸不溶物含量≤0.2％，氟化物含量≤0.005％，碱金属及镁盐含量≤1.0％，砷金属含量≤3.0mg/kg，铅金属含量≤3.0mg/kg。
本发明在刚性粒子增韧理论指导下，成功地解决了这一问题。在食品级添加剂碳酸钙填充量高达50wt％的情况下，复合材料的刚性、硬度等力学性能均得以提高，但冲击强度稍有减少，降低材料成本10-30％，又符合卫生标准，填充食品级添加剂碳酸钙餐饮具较传统餐具更容易降解。
本发明的另一个目的是在GMP(Good ManufacturingPractice)与HACCP(Hazard Analysis and Critical ControlPoint)条件下，提供一种食品级添加剂碳酸钙含量为20-50wt％高强度高硬度的食品级聚丙稀复合材料制备餐饮具。
在上述的食品级聚丙烯复合材料中，该复合材料由以下优选质量百分比的成分组成：
聚丙稀：53-73wt％；食品级添加剂碳酸钙：25-45wt％；
食品级加工助剂：0.6-1.5wt％；食品级着色剂：0-1.0wt％。
在上述的食品级聚丙烯复合材料中，该复合材料由进一步的优选质量百分比的成分组成：
聚丙稀：58-68wt％；食品级添加剂碳酸钙：30-40wt％；
食品级加工助剂：0.8-1.2wt％；食品级着色剂：0-1.0wt％。
其中采用的聚丙烯符合21CFR177.1520标准，该标准如表1所示：
表1：本发明采用的聚丙烯复合的标准
相对密度 熔点(MP)或软化点(SP)℃   在制定温度下正己烷中的最大可浸取部分(以聚合物的质量分数计)   在制定温度下二甲苯中的最大可浸取部分(以聚合物的质量分数计)
  0.880-0.913   MP：160-180   6.4％，回流温度   9.8％，25℃
在上述的食品级聚丙烯复合材料中，所述的食品级加工助剂为食品级石蜡、烃蜡、微晶石蜡、硬脂酸、硬脂酸钙中的一种或多种。
在上述的食品级聚丙烯复合材料中，所述的食品级着色剂为食品级群青、二氧化钛中的一种或两种。
本发明的食品级聚丙烯复合材料在符合GMP与HACCP条件下，可以按照本领域的常用方法制成各种成型餐饮具。例如，先按上述质量百分比将食品级添加剂碳酸钙，聚丙烯树脂、食品级加工助剂、食品级着色剂(根据餐饮具要求选择加入或不加)加入高速混合机内，以475-950r/min的转速搅拌下，在高速混合机内同时活化与混合，再用单螺杆挤出机或双螺杆挤出机制备成母粒或专用料，用母粒或专用料即可生产各种餐饮具；还可以将混好的料直接用锥型双螺杆挤出机生产餐饮具。食品级添加剂碳酸钙的粒径为325-2250目，优选为400-1800目，最佳优选为600-1250目。添加量的多少取决餐饮具使用性能要求，但从抗冲击强度来说，最佳填充量为30-40wt％。加工助剂的选择和用量主要取决于食品级聚丙烯树脂的性能和食品添加剂碳酸钙填充量。
例如一种制备方法包括以下步骤：在符合GMP与HACCP条件下，将食品级添加剂碳酸钙、聚丙烯树脂、食品级加工助剂、食品级着色剂(根据餐饮具要求选择加入量或不加)按上述比例加入高速混合机内，通过高速混合机混合15-30分钟，温度达到75-125℃，制得混合料；
将混合料造粒，制成母粒，使得母粒中食品级添加剂碳酸钙含量为70-80wt％；生产餐饮具时，根据餐饮具性能要求，与剩余部分的食品级聚丙烯纯树脂，混合后用成型设备成型为餐饮具。
另一种制备方法包括以下步骤：在符合GMP与HACCP条件下，将食品级添加剂碳酸钙、聚丙烯树脂、食品级加工助剂、食品级着色剂(根据餐饮具要求选择加入量或不加)按上述比例加入高速混合机内，通过高速混合机混合15-30分钟，温度达到75-125℃，制得混合料；再造粒(例如用单或双螺杆挤出机挤出造粒)制成专用料，用该专用料生产各种餐饮具。
还有一种制备方法包括以下步骤：在符合GMP与HACCP条件下，将食品级添加剂碳酸钙、聚丙烯树脂、食品级加工助剂、食品级着色剂(根据餐饮具要求选择加入量或不加)按上述比例加入高速混合机内，通过高速混合机混合15-30分钟，温度达到65-100度，制得混合料；直接生产餐饮具。
本发明具有以下优点：
1、本发明用食品级添加剂碳酸钙与聚丙稀复合不仅可以减少聚丙稀的用量，节约石油资源，还可以降低成本，改善和提高材料的性能。而且食品级添加剂碳酸钙填充量情况下是非常容易降解，在焚烧时才可降低发热量，容易充分燃烧，焚烧时化为粉末不滴油，不冒黑烟，无二次公害产生，且不损伤焚化炉，在治理“白色污染”方面必将发挥更大的作用。这符合环保产品的要求。
2、本发明的食品级聚丙烯复合材料及其制成的餐饮具力学性能较好，成本较低，填充食品级添加剂碳酸钙的餐饮具较传统餐具更加符合卫生标准，容易降解。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明；但是本发明并不限于这些实施例。
实施例1
在符合GMP与HACCP条件下，取78Kg粒径为800目的食品级添加剂碳酸钙、1.2Kg食品级石蜡、0.8Kg食品级硬脂酸钙、20Kg符合21CFR177.1520标准的聚丙烯树脂放入高速混合机，在温度为75-125℃的条件下，以475-950r/min的转速搅拌15-30min后待用。
将上述混合料用双螺杆挤出机造粒，螺杆温度为180-230℃，制得母粒。
将制得的75Kg母粒与75Kg聚丙烯树脂混合均匀，用注塑机注塑成餐饮具，餐饮具成品中碳酸钙含量为39wt％，聚丙烯总含量为60wt％。
餐饮具制品按美国FDA使用的食品模拟物进行迁移试验，各项性能指标均达标。
实施例2
在符合GMP与HACCP条件下，取26.5Kg粒径为600目食品级添加剂碳酸钙、0.3Kg食品级硬脂酸钙、0.2Kg食品级硬脂酸、73Kg符合21CFR177.1520标准的聚丙烯树脂、0.1Kg食品级着色剂二氧化钛，放入高速混合机内，在温度为75-105℃的条件下以475-950r/min的转速搅拌10-25min后待用。
将上述混合料用双螺杆挤出机造粒，螺杆温度为180-230℃，制得母粒。
将制得的母粒用制备成餐饮具，餐饮具成品中碳酸钙中碳酸钙含量为26.5wt％，聚丙烯总含量为73wt％。
制品按美国FDA使用的食品模拟物进行迁移试验，各项性能指标均达标。
实施例3
在符合GMP与HACCP条件下，取22.5Kg粒径为1000目食品级添加剂碳酸钙、0.5Kg食品级烃蜡、77Kg符合21CFR177.1520标准的聚丙烯树脂、0.05Kg食品级着色剂群青，放入高速混合机内，在温度为65-100的条件下以475-950r/min的转速搅拌10-20min后待用。
将制得的混合料制备成餐饮具，餐饮具成品中碳酸钙含量为22.5wt％，聚丙烯总含量为77wt％。
制品按美国FDA使用的食品模拟物进行迁移试验，各项性能指标均达标。
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (8)

1.一种食品级聚丙烯复合材料，该复合材料由以下质量百分比的成分组成：
聚丙稀：48-78wt％；食品级添加剂碳酸钙：20-50wt％；
食品级加工助剂：0.5-2wt％；食品级着色剂：0-1.0wt％；其中所述的食品级标准为：以干基计含量为98.0-100％，干燥失重≤2.0％，酸不溶物含量≤0.2％，氟化物含量≤0.005％，碱金属及镁盐含量≤1.0％，砷金属含量≤3.0mg/kg，铅金属含量≤3.0mg/kg。
2.根据权利要求1所述的食品级聚丙烯复合材料，其特征在于：该复合材料由以下质量百分比的成分组成：
聚丙稀：53-73wt％；食品级添加剂碳酸钙：25-45wt％；
食品级加工助剂：0.6-1.5wt％；食品级着色剂：0-1.0wt％。
3.根据权利要求1或2所述的食品级聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的食品级加工助剂为食品级石蜡、烃蜡、微晶石蜡、硬脂酸、硬脂酸钙中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的食品级聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的食品级着色剂为食品级群青、二氧化钛中的一种或两种。
5.一种如权利要求1或2所述的食品级聚丙烯复合材料制品的制备方法，该方法包括以下步骤：在符合GMP与HACCP条件下，将食品级添加剂碳酸钙、加工助剂和部分聚丙稀树脂一起搅拌制得均匀混合料；将混合料造粒，制成母粒；将母粒与剩余部分的聚丙烯树脂和着色剂混合后，成型为复合材料制品。
6.一种如权利要求1或2所述的食品级聚丙烯复合材料制品的制备方法，该方法包括以下步骤：在符合GMP与HACCP条件下，将食品级添加剂碳酸钙、加工助剂、聚丙烯树脂和着色剂，搅拌制得混合料；再造粒制成复合颗粒料，用该复合颗粒料制成制品。
7.一种如权利要求1或2所述的食品级聚丙烯复合材料制品的制备方法，该方法包括以下步骤：在符合GMP与HACCP条件下，将食品级添加剂碳酸钙、加工助剂、聚丙烃树脂和着色剂，搅拌制得混合料；直接生产食品级聚丙烯复合材料制品。
8.一种由权利要求1或2所述的食品级聚丙烯复合材料制成的餐饮具。
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