CN103252878B - 一种可生物降解的透明塑料包装罐的注塑成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料技术领域，目前使用未改性的聚乳酸材料作为原材料，无法批量加工薄壁长罐包装制品。本发明提供了一种可生物降解的透明塑料包装罐的注塑成型方法，采用聚乳酸作为原料，注塑成型模具设计为冷热双管道温度控制模具，能够减少聚乳酸在螺杆停留时间，避免聚乳酸因螺杆剪切温度升高以及停留时间过长而导致的降解，保持聚乳酸的高透明性。本发明的注塑成型方法，使聚乳酸不用改性就能制备薄壁长罐包装制品，而且保持了包装制品的高透明性，有利于聚乳酸在包装行业的广泛推广应用。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种可生物降解的透明塑料包装罐的注塑成型方法。
背景技术
目前，塑料基本上都是用不可再生的石油和天然气加工而成的，废弃塑料污染土壤，给世界带了了巨大的环境压力。
聚乳酸（也称聚丙交酯，英文名称为polylactide，英文简称PLA），属于聚酯家族，是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生，具有良好的生物降解性能和环境友好型特征，因此是理想的绿色高分子材料。在常温下聚乳酸可保持稳定，具有良好的机械性能，在堆肥条件下最终可降解成水和二氧化碳，不污染环境。用聚乳酸来代替塑料是减少污染，保护环境最有效的方法之一。
由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，还具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分广泛，可用作制备包装材料、纤维和非织造物等。但是，由于聚乳酸的加工温度比较窄，对温度比较敏感，熔体在螺杆中加温时间长以及温度过高都会导致热降解，使其应用受到极大的限制，因此在制备包装材料上，目前聚乳酸主要应用在一些简单制品上，如包装膜袋、农用地膜及餐具盒等，对于一些复杂的包装制品，如注塑模腔深度大于200mm产品壁厚小于1.5mm的薄壁长罐包装制品，就比较难以加工，主要原因是聚乳酸熔体在经过螺杆加热、混炼进入模腔成型时，由于熔融料体在进入模具后的逐步冷却而使料体所受阻力逐步增加，螺杆剪切力加大，导致聚乳酸部分热降解，流动性进一步变差，制品不容易饱模或者制品变黄变脆。
聚乳酸加工性比较差，严重制约了聚乳酸的推广和应用，很多情况下，聚乳酸的使用必须通过改性处理，常用的改性方法有物理共混改性、物理增塑改性、化学共聚改性、化学交联改性以及复合改性，改性的结果往往是增加了聚乳酸的使用成本，并且牺牲了聚乳酸的高透明高光泽材料特性的优点。
目前尚无一种注塑成型方法能够适用于采用聚乳酸材料制备薄壁长罐包装制品的，薄壁长罐包装制品（包装罐）的尺寸如图1所示：
直径A≥60mm、长度B≥200mm、罐子壁厚C-D/2≤1.5mm。
目前，使用未改性的聚乳酸材料作为原材料，无法批量加工上述的薄壁长罐包装制品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可生物降解的透明塑料包装罐的注塑成型方法。
目前有关注塑成型方法，传统方法一如图2所示，模具流道温度不可控，模具型腔仅采用一种温控方式，主要目的是使产品冷却成型，该方法一般不能用于聚乳酸原料的加工，即使用聚乳酸原料来加工产品也只能做一些简单的包装制品如包装膜袋，无法加工包装罐。传统方法二如图3所示，在传统方法一上有所改进，增加了模具热流道，料体可以顺利通过模具流道，可以加工一些简单的聚乳酸包装制品如包装膜袋等，但是加工薄壁较长的制品时，由于料体通过模具型腔时因为型腔的冷却使料体阻力增大，螺杆剪切力增加，导致聚乳酸热降解黄变，材质变脆，不易加工，也影响制品的透明特性。
本发明的主要技术方案是，提供一种可生物降解的透明塑料包装罐的注塑成型方法，采用聚乳酸作为原料，所述的包装罐尺寸为：直径≥60mm、长度≥200mm、壁厚≤1.5mm；采用的注塑成型模具为冷热双管道温度控制模具。
本发明提供了一种可生物降解的透明塑料包装罐的注塑成型方法，选择聚乳酸作为原材料，包括以下几个步骤：
（A）将聚乳酸置于真空烘箱中温度控制在60-70℃，时间控制在3-4小时；
（B）将步骤（A）得到的聚乳酸加入注塑机料斗，用于注塑成型，注塑成型模具为冷热双管道温度控制模具，模具流道采用热流道设计，模具型腔的热管道温度控制在100-120℃，冷管道温度控制在10-15℃；注塑机螺杆温度控制在160-230℃。
所述的冷热双管道温度控制模具，是指模具型腔采用双管道温控方式，一路管道为水路冷却管道，一路管道为电加热管道。
较佳地，所述的水路冷却管道，为环绕在模具型腔上的环形水路管道。
所述的电加热管道，与模具型腔平行，内置电加热管；
更佳地，电加热管采用环绕模具型腔布置，电加热管到模具型腔的垂直距离为10-20mm；每个模具型腔环绕四根以上电加热管。
所述的模具流道采用热流道设计，是由设置在模具上的热流道控制板控制温度。
由于本发明模具型腔采用冷热双管道温度控制模具，在贴近模具型腔采用双管道设计，一路管道为电加热管道，另一路管道为冷却水管道，其工艺原理，如图4所示，在合模前及合模过程中对模具进行电加热，合模完成后模温达到设定条件即可进行注射，注射过程中模具继续维持高温，由于聚乳酸对温度比较敏感，这样可以保持聚乳酸很好的流动性，同时由于注塑时模具持续高温可以改善模具的排气效果，可以使制品具有高的透明度。注射完成后，用冷却水对模具进行降温处理，对制品进行冷却，以提高制品生产效率。
本发明的创新性在于聚乳酸新的加工工艺，由于聚乳酸存在耐热性差、加工窗口窄、易热降解、对热非常敏感，本方法通过注塑模具热流道和模具采用冷热双管道温度控制，使聚乳酸从烘料到进入螺杆，通过热流道注入模具型腔的每一个环节都设定在一个适合聚乳酸流动的温度，可有效的提高聚乳酸的流动性，降低螺杆剪切力，减少聚乳酸在螺杆停留时间，避免聚乳酸因螺杆剪切温度升高以及停留时间过长而导致的降解，保持聚乳酸的高透明性。
本发明的注塑成型方法，克服了聚乳酸（PLA）难以加工薄壁长罐包装制品（包装罐）的技术难题，使聚乳酸不用改性就能制备薄壁长罐包装制品（包装罐），而且保持了包装制品的高透明性，本发明的方法有利于聚乳酸在包装行业的广泛推广应用。
附图说明
图1是薄壁长罐包装制品的示意图；
图2是传统方法一的流程图；
图3是传统方法二的流程图；
图4是本发明方法的流程图；
图5是冷热双管道温度控制模具的结构示意图，
其中：模具型腔1，水路冷却管道2，电加热管道3，热流道控制板4。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的应用范围。
实施例1：
一种可生物降解的透明塑料包装罐的注塑成型方法，选择聚乳酸购自浙江海正生物材料股份有限公司，型号为PLA树脂REVODE290作为原材料，加工过程包括以下几个步骤：
（A）将聚乳酸置于真空烘箱中温度控制在60℃，时间控制在3-4小时；
（B）将步骤（A）得到的聚乳酸加入注塑机料斗，用于注塑成型，注塑成型模具为冷热双管道温度控制模具，模具流道采用热流道设计（温度210℃），热管道（电加热管道）温度控制在120℃，冷管道（冷却水管道）温度控制在15℃；注塑机螺杆温度螺杆温度，供料段控制在160℃，混炼段控制在230℃，计量段控制在210℃，背压设定在100-300psi。
制得的包装罐成型，不发黄也未热降解，而且透明度高，加工性好。
实施例2：
一种可生物降解的透明塑料包装罐的注塑成型方法，选择聚乳酸购自美国NatureWorks公司，型号为3001D作为原材料，加工过程包括以下几个步骤：
（A）将聚乳酸置于真空烘箱中温度控制在70℃，时间控制在4小时；
（B）将步骤（A）得到的聚乳酸加入注塑机料斗，用于注塑成型，注塑成型模具为冷热双管道温度控制模具，模具流道采用热流道设计（温度200℃），热管道（电加热管道）温度控制在110℃，冷管道（冷却水管道）温度控制在10℃；注塑机螺杆温度螺杆温度，供料段控制在170℃，混炼段控制在210℃，计量段控制在220℃，背压设定在100-300psi。
制得的包装罐成型，不发黄也未热降解，而且透明度高，加工性好。
实施例3：冷热双管道温度控制模具
实施例1或2中用到的冷热双管道温度控制模具，可以如图5所示，是指模具型腔采用双管道温控方式，一路管道为水路冷却管道，一路管道为电加热管道。
所述的水路冷却管道2，为环绕在模具型腔1上的环形水路管道。
所述的电加热管道3，与模具型腔1平行，内置电加热管；电加热管采用环绕模具型腔布置，电加热管到模具型腔的垂直距离为15mm；每个模具型腔环绕六根电加热管。
另外，实施例1或2中模具流道采用热流道设计，如图5所示，是由设置在模具上的热流道控制板4控制温度。
实施例4：本发明方法和传统方法的对比
具体参数和结果如表1所示：
表1：本发明方法和传统方法的对比
由此可见，采用本发明的方法制得的包装罐成型好，不发黄也未热降解，而且透明度高，加工性能好。
本发明的方法制得的产品符合国内外有关生物降解材料标准，如一次性可降解餐饮具通用技术条件GB/T18006.1-1999；可降解塑料包装制品的技术要求HJBZ012-2000。
本发明的方法，使聚乳酸不用改性就能制备薄壁长罐包装制品（包装罐），而且保持了包装制品的高透明性，使聚乳酸这种可降解的绿色环保材料可以在包装行业的广泛地推广应用。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (7)
1.一种可生物降解的透明塑料包装罐的注塑成型方法，采用聚乳酸作为原料，其特征在于，所述的包装罐尺寸为：直径≥60mm、长度≥200mm、壁厚≤1.5mm；该方法包括以下几个步骤：
(A)将聚乳酸置于真空烘箱中温度控制在60-70℃，时间控制在3-4小时；
(B)将步骤(A)得到的聚乳酸加入注塑机料斗，用于注塑成型，注塑成型模具为冷热双管道温度控制模具，模具流道采用热流道设计，模具型腔的热管道温度控制在100-120℃，冷管道温度控制在10-15℃；注塑机螺杆温度控制在160-230℃。
2.根据权利要求1所述的一种可生物降解的透明塑料包装罐的注塑成型方法，其特征在于，所述的冷热双管道温度控制模具，是指模具型腔采用双管道温控方式，一路管道为水路冷却管道，一路管道为电加热管道。
3.根据权利要求2所述的一种可生物降解的透明塑料包装罐的注塑成型方法，其特征在于，所述的水路冷却管道，为环绕在模具型腔上的环形水路管道。
4.根据权利要求2所述的一种可生物降解的透明塑料包装罐的注塑成型方法，其特征在于，所述的电加热管道，与模具型腔平行，内置电加热管。
5.根据权利要求4所述的一种可生物降解的透明塑料包装罐的注塑成型方法，其特征在于，电加热管采用环绕模具型腔布置，电加热管到模具型腔的垂直距离为10-20mm；每个模具型腔环绕四根以上电加热管。
6.根据权利要求1所述的一种可生物降解的透明塑料包装罐的注塑成型方法，其特征在于，选择聚乳酸购自浙江海正生物材料股份有限公司，型号为PLA树脂REVODE290作为原材料，加工过程包括以下几个步骤：
(A)将聚乳酸置于真空烘箱中温度控制在60℃，时间控制在3-4小时；
(B)将步骤(A)得到的聚乳酸加入注塑机料斗，用于注塑成型，注塑成型模具为冷热双管道温度控制模具，模具流道采用热流道设计温度210℃，热管道为电加热管道温度控制在120℃，冷管道为冷却水管道温度控制在15℃；注塑机螺杆温度，供料段控制在160℃，混炼段控制在230℃，计量段控制在210℃，背压设定在100-300psi。
7.根据权利要求1所述的一种可生物降解的透明塑料包装罐的注塑成型方法，其特征在于，选择聚乳酸购自美国NatureWorks公司，型号为3001D作为原材料，加工过程包括以下几个步骤：
(A)将聚乳酸置于真空烘箱中温度控制在70℃，时间控制在4小时；
(B)将步骤(A)得到的聚乳酸加入注塑机料斗，用于注塑成型，注塑成型模具为冷热双管道温度控制模具，模具流道采用热流道设计温度200℃，热管道为电加热管道温度控制在110℃，冷管道为冷却水管道温度控制在10℃；注塑机螺杆温度，供料段控制在170℃，混炼段控制在210℃，计量段控制在220℃，背压设定在100-300psi。
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