CN104877294A - 一种凹凸棒土-pen-pet复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种凹凸棒土-PEN-PET复合材料，包括以下重量份比的组分：凹凸棒土8～14份、聚萘二甲酸乙二醇酯35～50份、马来酸酐16～28份、聚对苯二甲酸乙二醇酯32～48份，本发明同时公开了一种凹凸棒土-PEN-PET复合材料的制备方法。本发明的凹凸棒土-PEN-PET复合材料，抗冲击性能好，阻隔效果好，耐热性能好，环保、无毒、无味，制造成本低，可广泛应用于新鲜蔬菜、水果、肉类等食品及药品领域的包装。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料的制备领域，具体涉及一种具有高阻隔性、稳定性及耐热性的食品级凹凸棒土-PEN-PET复合材料及其制备方法。
背景技术
聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)是由2,6-萘二甲酸二甲酯(NDC)或2,6-萘二甲酸(NDA)与乙二醇(EG)缩聚而成，是一种新兴的优良聚合物。PEN化学结构与PET相似，不同之处在于分子链中PEN由刚性更大的萘环代替了PET中的苯环。萘环结构使PEN比PET具有更高的气体阻隔性能、物理机械性能、化学稳定性及耐热、耐辐射、耐紫外线等性能。聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)材料的特点：由于萘环的结构更容易呈平面状，使得PEN最突出的性能之一就是气体阻隔性能好，PEN对水的阻隔性是PET的3-4倍，对氧气和二氧化碳的阻隔性是PET的4-5倍，其阻隔性可与PVDC相比，不受潮湿环境的影响；PEN具有良好的化学稳定性，PEN对有机溶液和化学药品稳定，耐酸碱的能力好于PET；由于萘环提高了大分子的芳香度，使PEN比PET更具有优良的热性能，PEN的熔点为265°与PET相近，其玻璃化温度在120°以上，比PET高出50°左右；PEN还具有优良的力学性能，PEN的杨氏模量和拉伸弹性模量均比PET高出50％，而且，PEN的力学性能稳定，即使在高温高压情况下，其弹性模量、强度、蠕变和寿命仍能保持相当的稳定性。因而，PEN可作为饮料及食品包装材料，并可大大提高产品的保质期。但是聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)的成本较高，而且自然降解性能较差，严重影响了其在食品包装材料中的应用。
发明内容
本发明针对现有技术不足提供了一种具有高阻隔性、稳定性及耐热性的食品级凹凸棒土-PEN-PET复合材料及其制备方法，有效降低材料制造成本，提高自然降解性能。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种凹凸棒土-PEN-PET复合材料，包括以下重量份比的组分：凹凸棒土8～14份、聚萘二甲酸乙二醇酯35～50份、马来酸酐16～28份、聚对苯二甲酸乙二醇酯32～48份；
所述凹凸棒土-PEN-PET复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a.凹凸棒土的改性：称取柠檬酸、凹凸棒土、浓硫酸，柠檬酸、凹凸棒土、浓硫酸质量比为1:1～3:1～2，将柠檬酸与水配成质量浓度为20～30％的水溶液，加入浓硫酸，搅拌均匀并控制溶液的温度为60～70℃，然后加入凹凸棒土，升温至70～90℃并搅拌4～6h，然后冷却至室温进行固液分离，将所得固体物升温至100～120℃烘干，烘干时间为12～14h，得经改性的凹凸棒土，然后过50～200目筛；
b.将聚对苯二甲酸乙二醇酯、马来酸酐和聚萘二甲酸乙二醇酯置于高混机中，于室温下共混15～18min，然后静置15～20h，得共混物；
c.将步骤a所得经改性的凹凸棒土和步骤b所得的共混物置于高混机中于室温下共混15～18min，得预混物；
d.将步骤c所得预混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，即得凹凸棒土-PEN-PET复合材料。
进一步地，所述凹凸棒土经机械剪切处理，目数为50～200目。
进一步地，所述步骤a中，柠檬酸、凹凸棒土、浓硫酸质量比为1:2:1。
进一步地，所述步骤d中，双螺杆挤出机的机头温度为210～240℃，螺杆转速为120～150r/min。
本发明利用PEN对PET进行改良.在PET中加入PEN可提高材料的耐热温度，还能改进其对气体的阻隔性。PET本身不具备良好的气体的阻隔性，也无足够的耐热性能，而采用PET与PEN共聚材料就可以有效地解决这一难题，PET/PEN材料的耐热性可达到90℃以上，进一步处理可达110℃以上，这是由于PEN中2,6-萘二甲酰单元的引入增加了共聚酯大分子链的刚性，从而使PET/PEN共聚酯表现出比PET更为优良的热稳定性能，同时，PET/PEN材料改良了PET材料的阻隔性。
本发明的凹凸棒土-PEN-PET复合材料的制备方法中，用柠檬酸和浓硫酸对所述凹凸棒土进行改性，使凹凸棒土的吸水性变成亲油性，从而能与PEN、PET很好地相容，使凹凸棒土与PEN、PET相互良好结合，有效提高了凹凸棒土-PEN-PET复合材料的稳定性。添加凹凸棒土提高了复合材料的机械性能及自然降解性能。
本发明的凹凸棒土-PEN-PET复合材料，抗冲击性能好，阻隔效果好，耐热性能好，环保、无毒、无味，制造成本低，可广泛应用于新鲜蔬菜、水果、肉类等食品及药品领域的包装。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：一种凹凸棒土-PEN-PET复合材料，包括以下重量份比的组分：凹凸棒土10份、聚萘二甲酸乙二醇酯40份、马来酸酐20份、聚对苯二甲酸乙二醇酯40份；
所述凹凸棒土-PEN-PET复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a.凹凸棒土的改性：称取柠檬酸、凹凸棒土、浓硫酸，柠檬酸、凹凸棒土、浓硫酸质量比为1:2:1，即柠檬酸5份、凹凸棒土10份、浓硫酸5份，然后将柠檬酸与水配成质量浓度为25％的水溶液，加入浓硫酸，搅拌均匀并控制溶液的温度为65℃，然后加入凹凸棒土，升温至80℃并搅拌5h，然后冷却至室温进行固液分离，将所得固体物升温至120℃烘干，烘干时间为12h，得经改性的凹凸棒土，然后过50～200目筛；
b.将聚对苯二甲酸乙二醇酯、马来酸酐和聚萘二甲酸乙二醇酯置于高混机中，于室温下共混18min，然后静置15h，得共混物；
c.将步骤a所得经改性的凹凸棒土和步骤b所得的共混物置于高混机中于室温下共混18min，得预混物；
d.将步骤c所得预混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，即得凹凸棒土-PEN-PET复合材料。
本实施例中，所述凹凸棒土经机械剪切处理，目数为50～200目；所述步骤d中，双螺杆挤出机的机头温度为220℃，螺杆转速为130r/min。
实施例2：一种凹凸棒土-PEN-PET复合材料，包括以下重量份比的组分：凹凸棒土8份、聚萘二甲酸乙二醇酯50份、马来酸酐16份、聚对苯二甲酸乙二醇酯48份；
所述凹凸棒土-PEN-PET复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a.凹凸棒土的改性：称取柠檬酸、凹凸棒土、浓硫酸，柠檬酸、凹凸棒土、浓硫酸质量比为1:3:1，将柠檬酸与水配成质量浓度为30％的水溶液，加入浓硫酸，搅拌均匀并控制溶液的温度为60℃，然后加入凹凸棒土，升温至90℃并搅拌4h，然后冷却至室温进行固液分离，将所得固体物升温至100℃烘干，烘干时间为14h，得经改性的凹凸棒土，然后过50～200目筛；
b.将聚对苯二甲酸乙二醇酯、马来酸酐和聚萘二甲酸乙二醇酯置于高混机中，于室温下共混15min，然后静置15h，得共混物；
c.将步骤a所得经改性的凹凸棒土和步骤b所得的共混物置于高混机中于室温下共混18min，得预混物；
d.将步骤c所得预混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，即得凹凸棒土-PEN-PET复合材料。
本实施例中，所述凹凸棒土经机械剪切处理，目数为50～200目；所述步骤d中，双螺杆挤出机的机头温度为210℃，螺杆转速为150r/min。
实施例3：一种凹凸棒土-PEN-PET复合材料，包括以下重量份比的组分：凹凸棒土12份、聚萘二甲酸乙二醇酯45份、马来酸酐22份、聚对苯二甲酸乙二醇酯38份；
所述凹凸棒土-PEN-PET复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a.凹凸棒土的改性：称取柠檬酸、凹凸棒土、浓硫酸，柠檬酸、凹凸棒土、浓硫酸质量比为1:3:2，将柠檬酸与水配成质量浓度为20％的水溶液，加入浓硫酸，搅拌均匀并控制溶液的温度为65℃，然后加入凹凸棒土，升温至75℃并搅拌5h，然后冷却至室温进行固液分离，将所得固体物升温至105℃烘干，烘干时间为13h，得经改性的凹凸棒土，然后过50～200目筛；
b.将聚对苯二甲酸乙二醇酯、马来酸酐和聚萘二甲酸乙二醇酯置于高混机中，于室温下共混17min，然后静置16h，得共混物；
c.将步骤a所得经改性的凹凸棒土和步骤b所得的共混物置于高混机中于室温下共混16min，得预混物；
d.将步骤c所得预混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，即得凹凸棒土-PEN-PET复合材料。
本实施例中，所述凹凸棒土经机械剪切处理，目数为50～200目；所述步骤d中，双螺杆挤出机的机头温度为235℃，螺杆转速为125r/min。
实施例4：一种凹凸棒土-PEN-PET复合材料，包括以下重量份比的组分：凹凸棒土9份、聚萘二甲酸乙二醇酯44份、马来酸酐19份、聚对苯二甲酸乙二醇酯42份；
所述凹凸棒土-PEN-PET复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a.凹凸棒土的改性：称取柠檬酸、凹凸棒土、浓硫酸，柠檬酸、凹凸棒土、浓硫酸质量比为1:1:1，将柠檬酸与水配成质量浓度为30％的水溶液，加入浓硫酸，搅拌均匀并控制溶液的温度为68℃，然后加入凹凸棒土，升温至79℃并搅拌5h，然后冷却至室温进行固液分离，将所得固体物升温至100℃烘干，烘干时间为14h，得经改性的凹凸棒土，然后过50～200目筛；
b.将聚对苯二甲酸乙二醇酯、马来酸酐和聚萘二甲酸乙二醇酯置于高混机中，于室温下共混15min，然后静置19h，得共混物；
c.将步骤a所得经改性的凹凸棒土和步骤b所得的共混物置于高混机中于室温下共混17min，得预混物；
d.将步骤c所得预混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，即得凹凸棒土-PEN-PET复合材料。
本实施例中，所述凹凸棒土经机械剪切处理，目数为50～200目；所述步骤d中，双螺杆挤出机的机头温度为230℃，螺杆转速为140r/min。
本发明实施例制备的凹凸棒土-PEN-PET复合材料各项性能指标如下表所示：
Claims (5)
1.一种凹凸棒土-PEN-PET复合材料，其特征在于，包括以下重量份比的组分：凹凸棒土8～14份、聚萘二甲酸乙二醇酯35～50份、马来酸酐16～28份、聚对苯二甲酸乙二醇酯32～48份；
所述凹凸棒土-PEN-PET复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a.凹凸棒土的改性：称取柠檬酸、凹凸棒土、浓硫酸，柠檬酸、凹凸棒土、浓硫酸质量比为1:1～3:1～2，将柠檬酸与水配成质量浓度为20～30％的水溶液，加入浓硫酸，搅拌均匀并控制溶液的温度为60～70℃，然后加入凹凸棒土，升温至70～90℃并搅拌4～6h，然后冷却至室温进行固液分离，将所得固体物升温至100～120℃烘干，烘干时间为12～14h，得经改性的凹凸棒土，然后过50～200目筛；
b.将聚对苯二甲酸乙二醇酯、马来酸酐和聚萘二甲酸乙二醇酯置于高混机中，于室温下共混15～18min，然后静置15～20h，得共混物；
c.将步骤a所得经改性的凹凸棒土和步骤b所得的共混物置于高混机中于室温下共混15～18min，得预混物；
d.将步骤c所得预混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，即得凹凸棒土-PEN-PET复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种凹凸棒土-PEN-PET复合材料，其特征在于：包括以下重量份比的组分：凹凸棒土10份、聚萘二甲酸乙二醇酯40份、马来酸酐20份、聚对苯二甲酸乙二醇酯40份。
3.根据权利要求1或2所述的一种凹凸棒土-PEN-PET复合材料，其特征在于：所述凹凸棒土经机械剪切处理，目数为50～200目。
4.根据权利要求1所述的一种凹凸棒土-PEN-PET复合材料，其特征在于：所述制备方法步骤a中，柠檬酸、凹凸棒土、浓硫酸质量比为1:2:1。
5.根据权利要求1或4所述的一种凹凸棒土-PEN-PET复合材料，其特征在于：所述制备方法步骤d中，双螺杆挤出机的机头温度为210～240℃，螺杆转速为120～150r/min。
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