CN102321287B - 一种可生物降解聚乙烯薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可生物降解聚乙烯薄膜及其制备方法，所述可生物降解聚乙烯薄膜，其原料包括以下重量百分数的各组分：高密度聚乙烯40～55％、聚乳酸立构复合物10～30％、环氧植物油3～25％、淀粉15～35％、增容剂3～15％。本发明所述的可生物降解聚乙烯薄膜力学性能稳定，适合包装领域，且可在废弃后，能于自然环境下降解。
Description
技术领域
本发明属于塑料包装材料技术领域，具体涉及一种可生物降解聚乙烯薄膜及其制备方法。
背景技术
伴随生活节奏的加快，社会生活正向便利化、卫生化发展。塑料包装产品频繁地进入人们的日常生活。这些使用方便、价格低廉的包装材料的出现给人们的生活带来了诸多便利。但另一方面，这些包装材料在使用后造成″白色污染″形成环境危害。其中，聚乙烯(PE)作为最重要的塑料原料，其制品广泛应用于农用地膜及包装材料等领域。然而其对环境的污染问题也随之凸显。因此对聚乙烯进行改性使其变为可降解性材料减少对环境产生的负荷，具有十分重大的现实意义。
改性聚乙烯产品在包装材料领域已有了广阔的应用市场。然而，还存在诸多亟待解决的技术问题。例如为了提高聚乙烯的光敏性而会添加无机填料，从而促进大分子链快速断裂达到降解的目的，但是一定程度导致聚乙烯的力学性能和透明度；直接机械共混将会导致分离体系两相之间缺乏粘接力。中国专利CN 1785759A采用合成纸与聚乙烯膜通过粘合剂复合而成，在一定程度上增强了聚乙烯复合薄膜的力学性能，然而制作工艺复杂，产物降解性能不佳。美国专利US 4133784使用乙烯-丙烯酸共聚物与淀粉共混后对聚乙烯进行改性，但是由于改性物质过多，导致薄膜物理性能下降。
发明内容
本发明旨在克服以上现有技术存在的不足，提供一种力学性能稳定，适合包装领域，且可在废弃后，于自然环境下降解的聚乙烯薄膜。
本发明的另一目的是提供一种可生物降解聚乙烯薄膜的制备方法。
本发明的可生物降解聚乙烯薄膜，其原料包括以下重量百分数的各组分：高密度聚乙烯40～55％、聚乳酸立构复合物10～30％、环氧植物油3～25％、淀粉15～35％、增容剂3～15％。
进一步地，所述的可生物降解聚乙烯薄膜，其原料优选包括以下重量百分数的各组分：高密度聚乙烯45～50％、聚乳酸立构复合物15～20％、环氧植物油5～15％、淀粉20～25％、增容剂3～8％。
高密度聚乙烯(HDPE)不吸湿、隔水，非常适合可用于包装用途。中到高分子量(一般选择分子量在500000以上的高密度聚乙烯)等级具有极好的抗冲击性，在常温直至-40℃低温下均可保证物理性能无下降。
聚乳酸立构复合物(sc-PLA)，是由PLLA(左旋聚乳酸)和PDLA(右旋聚乳酸)共混而成，按重量计，含有PDLA1～10％，优选4～6％，PLLA(左旋聚乳酸)和PDLA(右旋聚乳酸)分子量为100000～150000。使用聚乳酸立构复合物可以有效克服聚乳酸组分在热加工过程中的热力学缺陷，其熔融温度比包装级聚乳酸高50～80℃，力学性能也得到了很大的提高。
所述环氧植物油为环氧大豆油、环氧葵花油、环氧亚麻油、环氧蓖麻油、环氧棉籽油或环氧橡胶籽油中的一种或几种的混合物。环氧植物油在新型高分子材料、橡胶等工业领域中有着广泛的应用。例如环氧大豆油与聚乙烯相容性好，挥发性低，迁移性小，是聚乙烯塑料以及聚乙烯醇塑料的有效增塑剂与稳定剂，具有良好的热稳定性和光稳定性，且无毒，可作为食品、药物的包装材料。
所述增容剂为硅氧烷、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯酸、马来酸酐、氧化聚乙烯或铝酸酯中的一种或几种的混合物。
所述薄膜的厚度为25～50微米。
所述淀粉是多糖类化合物，易受到微生物的攻击，添加淀粉促使聚乙烯大分子链加速断裂，降解成可以为微生物吞噬的低分子化合物碎片。采用增容剂对淀粉进行改性可降低淀粉吸水性，使之由亲水性偏向于疏水性，也提高了其耐热剪切稳定性，使其能与疏水的高熔点的聚乙烯树脂相混合。
此外，淀粉和油的同时存在可以加快聚乙烯的降解，淀粉不直接参与聚合物的降解，但加入淀粉和油的混合物可促进聚合物的劣化，其结果表现羰基增加、氧化开始温度下降、熔点变化等。
本发明提供的复合可生物降解聚乙烯薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)原料组分混合并于180～280℃熔融塑化，这可以根据现有技术中的其它方法来进行，例如在高速混合机里进行充分共混，再进入同向双螺杆挤出机进行挤出造粒得到母粒。
(2)熔融塑化后的母粒，经吹塑制得所述薄膜，薄膜厚度为25～50微米。
本发明所描述的复合可生物降解聚乙烯薄膜在正常的贮存、使用条件下，它可长期保存其固有的物理力学性能，而一旦成为废弃物，在水及微生物等因素的作用下，较短期内失去强度，碎化而回归自然，降解速度快，降解效果好，因此不会危害环境。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
将原料组分，即按重量计含有47％的高密度聚乙烯(牌号4000F)、15％的聚乳酸立构复合物(按重量计含PDLA 1％，PLLA和PDLA的重均分子量均为100000，深圳光华伟业)、5％的环氧大豆油、25％的淀粉、8％的硅氧烷投入双螺杆挤出机。
双螺杆挤出机参数设置如下：
螺杆转速：80rpm 长径比：44
机筒各区温度设置如下：
I区：180℃ II区：200℃ III区：230℃ IV区：270℃ V区：280℃ VI区：260℃
VII区：250℃ 机头：275℃
制得母粒后使用吹塑机进行吹塑，从自料斗下料，母粒向模头方向向上挤出成型，由空气吹胀制得厚度为25微米的薄膜。
采用本实施例的组成，制备的产品性能检测结果为(按国家标准GB 13022-91《薄膜拉伸性能试验方法》检测)：拉伸强度(Mpa)：横向19，纵向27；断裂伸长率：横向140，纵向160，抗冲击性能：冲击破损重量140g。于江苏省西南部长江下游地区进行的铺膜实验：3个月后，薄膜开始崩裂，6个月后破裂成2～3cm2，12个月后只能见到细小丝状物。
实施例2
将原料组分，即按重量计含有40％的高密度聚乙烯(牌号4000F)、25％的聚乳酸立构复合物(重均分子量为150000，按重量计含PDLA 4％，深圳光华伟业)、5％的环氧葵花油、25％的淀粉、5％的乙烯-丙烯酸共聚物投入双螺杆挤出机。
双螺杆挤出机参数设置如下：
螺杆转速：80rpm 长径比：44
机筒各区温度设置如下：
I区：190℃ II区：210℃ III区：230℃ IV区：260℃ V区：280℃ VI区：270℃
VII区：260℃ 机头：260℃
制得母粒后使用吹塑机进行吹塑，从自料斗下料，母粒向模头方向向上挤出成型，由空气吹胀制得厚度为35微米的薄膜。
采用本实施例的组成，制备的产品性能检测结果为(按国家标准GB 13022-91《薄膜拉伸性能试验方法》检测)：拉伸强度(Mpa)：横向20，纵向26；断裂伸长率：横向140，纵向170，抗冲击性能：冲击破损重量140g。于江苏省西南部长江下游地区进行的铺膜实验：10周后，薄膜开始崩裂，5个月后破裂成2～3cm2，12个月后只能见到细小丝状物。
实施例3
将原料组分，即按重量计含有50％的高密度聚乙烯(牌号4000F)、20％的聚乳酸立构复合物(重均分子量为120000，按重量计含PDLA 6％，深圳光华伟业)、5％的环氧亚麻油、22％的淀粉、3％的马来酸酐投入双螺杆挤出机。
双螺杆挤出机参数设置如下：
螺杆转速：80rpm 长径比：44
机筒各区温度设置如下：
I区：190℃ II区：220℃ III区：240℃ IV区：260℃ V区：280℃ VI区：260℃
VII区：260℃ 机头：250℃
制得母粒后使用吹塑机进行吹塑，从自料斗下料，母粒向模头方向向上挤出成型，由空气吹胀制得厚度为50微米的薄膜。
采用本实施例的组成，制备的产品性能检测结果：拉伸强度(Mpa)：横向22，纵向27；断裂伸长率：横向150，纵向170，抗冲击性能：冲击破损重量150g。于江苏省西南部长江下游地区进行的铺膜实验：3个月后，薄膜开始崩裂，6个月后破裂成2～3cm2，12个月后只能见到细小丝状物。
实施例4
将原料组分，即按重量计含有55％的高密度聚乙烯(牌号4000F)、10％的聚乳酸立构复合物(重均分子量为130000，按重量计含PDLA 10％，深圳光华伟业)、5％的环氧蓖麻油、15％的淀粉、15％的丙烯酸投入双螺杆挤出机。
双螺杆挤出机参数设置如下：
螺杆转速：80rpm 长径比：44
机筒各区温度设置如下：
I区：180℃ II区：210℃ III区：240℃ IV区：270℃ V区：280℃ VI区：270℃
VII区：260℃ 机头：260℃
制得母粒后使用吹塑机进行吹塑，从自料斗下料，母粒向模头方向向上挤出成型，由空气吹胀制得厚度为50微米的薄膜。
采用本实施例的组成，制备的产品性能检测结果为(按国家标准GB 13022-91《薄膜拉伸性能试验方法》检测)：拉伸强度(Mpa)：横向20，纵向25；断裂伸长率：横向140，纵向160，抗冲击性能：冲击破损重量140g。于江苏省西南部长江下游地区进行的铺膜实验：3个月后，薄膜开始崩裂，6个月后破裂成2～3cm2，12个月后只能见到细小丝状物。
实施例5
将原料组分，即按重量计含有44％的高密度聚乙烯(牌号7200F)、30％的聚乳酸立构复合物(重均分子量为140000，按重量计含PDLA 4％，深圳光华伟业)、3％的环氧棉籽油、20％的淀粉、3％的氧化聚乙烯投入双螺杆挤出机。
双螺杆挤出机参数设置如下：
螺杆转速：80rpm 长径比：44
机筒各区温度设置如下：
I区：180℃ II区：210℃ III区：230℃ IV区：260℃ V区：280℃ VI区：260℃
VII区：250℃ 机头：245℃
制得母粒后使用吹塑机进行吹塑，从自料斗下料，母粒向模头方向向上挤出成型，由空气吹胀制得厚度为50微米的薄膜。
采用本实施例的组成，制备的产品性能检测结果为(按国家标准GB 13022-91《薄膜拉伸性能试验方法》检测)：拉伸强度(Mpa)：横向25，纵向34；断裂伸长率：横向160，纵向180，抗冲击性能：冲击破损重量170g。于江苏省西南部长江下游地区进行的铺膜实验：3个月后，薄膜开始崩裂，6个月后破裂成2～3cm2，12个月后只能见到细小丝状物。
实施例6
将原料组分，即按重量计含有50％的高密度聚乙烯(牌号7000F)、10％的聚乳酸立构复合物(重均分子量为100000，按重量计含PDLA 4％，深圳光华伟业)、15％的环氧橡胶籽油、15％的淀粉、10％的铝酸酯投入双螺杆挤出机。
双螺杆挤出机参数设置如下：
螺杆转速：80rpm 长径比：44
机筒各区温度设置如下：
I区：190℃ II区：210℃ III区：230℃ IV区：260℃ V区：280℃ VI区：270℃
VII区：260℃ 机头：260℃
制得母粒后使用吹塑机进行吹塑，从自料斗下料，母粒向模头方向向上挤出成型，由空气吹胀制得厚度为50微米的薄膜。
采用本实施例的组成，制备的产品性能检测结果为(按国家标准GB 13022-91《薄膜拉伸性能试验方法》检测)：拉伸强度(Mpa)：横向22，纵向26；断裂伸长率：横向140，纵向160，抗冲击性能：冲击破损重量145g。于江苏省西南部长江下游地区进行的铺膜实验：3个月后，薄膜开始崩裂，6个月后破裂成2～3cm2，12个月后只能见到细小丝状物。
实施例7
将原料组分，即按重量计含有45％的高密度聚乙烯(牌号4000F)、13％的聚乳酸立构复合物(重均分子量为100000，按重量计含PDLA4％，深圳光华伟业)、7％的环氧橡胶籽油、30％的淀粉、5％的铝酸酯投入双螺杆挤出机。
双螺杆挤出机参数设置如下：
螺杆转速：80rpm 长径比：44
机筒各区温度设置如下：
I区：190℃ II区：220℃ III区：230℃ IV区：260℃ V区：270℃ VI区：260℃
VII区：250℃ 机头：250℃
制得母粒后使用吹塑机进行吹塑，从自料斗下料，母粒向模头方向向上挤出成型，由空气吹胀制得厚度为50微米的薄膜。
采用本实施例的组成，制备的产品性能检测结果为(按国家标准GB 13022-91《薄膜拉伸性能试验方法》检测)：拉伸强度(Mpa)：横向21，纵向26；断裂伸长率：横向150，纵向170，抗冲击性能：冲击破损重量150g。于江苏省西南部长江下游地区进行的铺膜实验：3个月后，薄膜开始崩裂，6个月后破裂成2～3cm2，12个月后只能见到细小丝状物。
Claims (6)
1.一种可生物降解聚乙烯薄膜，其特征在于，其原料由以下重量百分数的各组分组成：高密度聚乙烯40~55%、聚乳酸立构复合物10~30%、环氧植物油3~25%、淀粉15~35%、增容剂3~15%；
所述环氧植物油为环氧大豆油、环氧葵花油、环氧亚麻油、环氧蓖麻油、环氧棉籽油或环氧橡胶籽油中的一种或几种的混合物；
所述聚乳酸立构复合物是由PLLA和PDLA混合而成，按重量计，含有PDLA 1~10%，PLLA和PDLA分子量为100000~150000。
2.根据权利要求1所述的可生物降解聚乙烯薄膜，其特征在于，其原料由以下重量百分数的各组分组成：高密度聚乙烯45~50%、聚乳酸立构复合物15~20%、环氧植物油5~15%、淀粉20~25%、增容剂3~8%。
3.根据权利要求1所述的可生物降解聚乙烯薄膜，其特征在于，聚乳酸立构复合物中按重量计含有PDLA 4~6%。
4.根据权利要求1所述的可生物降解聚乙烯薄膜，其特征在于，所述增容剂为硅氧烷、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯酸、马来酸酐、氧化聚乙烯或铝酸酯中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1~4任一项所述的可生物降解聚乙烯薄膜，其特征在于，所述薄膜的厚度为25~50微米。
6.权利要求1~5任一项所述的可生物降解聚乙烯薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将原料组分混合并于180~280℃熔融塑化；
（2）熔融塑化后的母粒，经吹塑制得所述薄膜。
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