CN104877320A - 一种用于包装材料的新型pcl组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于包装材料的新型PCL组合物，按重量份计，由以下组份制成：PCL 40～45份，PLA 20～25份，木棉纤维10～15份，核桃壳粉5～10份，增塑剂8～10份，润滑剂2～5份，抗氧剂0.2～0.5份。本发明还提供了该用于包装材料的PCL组合物的制备方法。本发明提供的PCL组合物具有较好的力学性能，使用寿命较长。
Description
技术领域：
本发明涉及一种包装材料，特别是涉及一种用于包装材料的新型PCL组合物及其制备方法。
背景技术：
包装材料是指用于制造包装容器、包装装潢、包装印刷、包装运输等满足产品包装要求所使用的材料，既包括金属、塑料、玻璃、陶瓷、纸、竹本、野生蘑类、天然纤维、化学纤维、复合材料等主要包装材料，又包括涂料、粘合剂、捆扎带、装潢、印刷材料等辅助材料。其中，塑料包装材料是使用量最大的包装材料之一，不过随着人们环保意识的提高，塑料包装材料的降解是现阶段急需解决的主要问题之一。目前，国内已有研究出光降解、光生物降解、光氧生物降解、高淀粉含量型生物降解、高碳酸钙填充型光氧降解、全生物降解等几类降解塑料。可降解塑料制品在包装方面的应用，已遍及于普通包装薄膜、收缩薄膜、购物袋、垃圾袋等等，对于改善环境质量发挥了积极的作用，而从保护生态平衡出发，研究完全生物降解塑料已迫在眉睫。
例如，公开号为CN101298512B、公开日为2011.07.27、申请人为刘原珊的中国专利申请公开了“PVA-PCL-淀粉共混材料及其制备方法”，所述共混材料主要是利用双螺杆挤出机对含有PVA、PCL、淀粉的混合物料挤制而成，所述混合物料还包括碳酸钙和/或云母粉，且该混合物料中含有的每100重量份的原料组成包括：10～30重量份的PVA，20～50重量份的PCL，1.5～5重量份的碳酸钙和/或云母粉，和余量的淀粉。该发明通过各原料的合理配比，并利用优化且简单的工艺过程，使所制备的可降解材料在降低生产成本的同时可相对保证材料的力学性能，从而扩大了其可应用范围。该专利存在的缺陷是共混材料的力学性能不够好，实际应用于包装材料时容易破损，使用寿命不长。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是提供一种用于包装材料的新型PCL组合物，其具有较好的力学性能，使用寿命较长。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种用于包装材料的新型PCL组合物，按重量份计，由以下组份制成：PCL 40～45份，PLA 20～25份，木棉纤维10～15份，核桃壳粉5～10份，增塑剂8～10份，润滑剂2～5份，抗氧剂0.2～0.5份。
优选地，本发明所述木棉纤维的长度为5mm。
优选地，本发明所述核桃壳粉的粒径为200目。
优选地，本发明所述增塑剂由体积比为5:1的丙三醇和聚乙烯醇制成。
优选地，本发明所述润滑剂为硬脂酸钙。
优选地，本发明所述抗氧剂为抗氧剂1010。
本发明要解决的另一技术问题是提供上述用于包装材料的PCL组合物的制备方法。
为解决上述技术问题，技术方案是：
一种用于包装材料的新型PCL组合物的制备方法，其步骤如下：
(1)将原木棉纤维剪切成5mm的木棉纤维，置于烘箱中90℃下干燥9小时，得到干燥木棉纤维备用；
(2)将核桃壳用去离子水洗净后风干，加入粉碎机粉碎，过200目后得到核桃粉备用；
(3)将步骤(1)得到的干燥木棉纤维、步骤(2)得到的核桃粉一起加入氢氧化钠水溶液，
60℃下搅拌5h，移至偶联剂KH550的乙醇溶液中继续搅拌5h，出料后抽滤、洗涤，用鼓风干燥机干燥至恒重，得到改性填料；
(4)将PCL、PLA、增塑剂、润滑剂、抗氧剂、步骤(3)得到的改性填料加入流变仪的密炼强中共混8分钟，移至注射成型机中注射成型，得到用于包装材料的PCL组合物。
优选地，所述步骤(3)中，氢氧化钠水溶液的质量浓度为10％。
优选地，所述步骤(4)中，共混时的温度为170℃，转速为80rpm。
优选地，所述步骤(4)中，注射成型机的料筒温度为185℃，模具温度65℃，注射压力为0.6MPa，注射时间为6s，保压时间为10s。
由上可见，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)木棉纤维是一种植物纤维，具有较高的比强度、比模量以及扭转刚度，而且在自然环境中可降解，可在PCL基体中起到骨架增强的作用，不过木棉纤维呈亲水性，直接加入时与PCL基体的界面相容性不好，增强作用有限，因此本发明先对其进行碱化处理，将木棉纤维表面的杂质、纤维素、木质素等除去，再通过偶联剂KH550进行偶联处理，木棉纤维的羟基与偶联剂发生了键合反应，将木棉纤维的亲水性变成了疏水性，大大改善了木棉纤维与PCL基体之间的界面相容性，从而有效提高了组合物的刚度、拉伸性能和弯曲性能。
2)核桃壳粉是一种力学性能很好的植物刚性粒子，可在自然环境中降解，其经过碱化和偶联处理后可与PCL基体形成较好的界面结合，在PCL基体内能均匀分散，当组合物受到外力作用时，核桃壳粉可优先承载外力载荷并大量消耗外力的冲击能量，大大降低了PCL基体所受到的载荷破坏效应，从而显著提高了组合物的抗冲击性能和韧性，延长其使用寿命。
具体实施方式：
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种用于包装材料的新型PCL组合物，按重量份计，由以下组份制成：PCL 44份，PLA 25份，长度为5mm的木棉纤维12份，粒径为200目的核桃壳粉6份，增塑剂(由体积比为5:1的丙三醇和聚乙烯醇制成)8.5份，硬脂酸钙2.5份，抗氧剂10100.2份。
其制备方法的步骤如下：
(1)将原木棉纤维剪切成5mm的木棉纤维，置于烘箱中90℃下干燥9小时，得到干燥木棉纤维备用；
(2)将核桃壳用去离子水洗净后风干，加入粉碎机粉碎，过200目后得到核桃粉备用；
(3)将步骤(1)得到的干燥木棉纤维、步骤(2)得到的核桃粉一起加入质量浓度为10％的氢氧化钠水溶液，60℃下搅拌5h，移至偶联剂KH550的乙醇溶液中继续搅拌5h，出料后抽滤、洗涤，用鼓风干燥机干燥至恒重，得到改性填料；
(4)将PCL、PLA、增塑剂、硬脂酸钙、抗氧剂1010、步骤(3)得到的改性填料加入流变仪的密炼强中温度为170℃、转速为80rpm下共混8分钟，移至注射成型机中注射成型，注射成型机的料筒温度为185℃，模具温度65℃，注射压力为0.6MPa，注射时间为6s，保压时间为10s，得到用于包装材料的PCL组合物。
实施例2
一种用于包装材料的新型PCL组合物，按重量份计，由以下组份制成：PCL 45份，PLA 22份，长度为5mm的木棉纤维11份，粒径为200目的核桃壳粉9份，增塑剂(由体积比为5:1的丙三醇和聚乙烯醇制成)8份，硬脂酸钙3份，抗氧剂10100.4份。
其制备方法与实施例1一样。
实施例3
一种用于包装材料的新型PCL组合物，按重量份计，由以下组份制成：PCL 40份，PLA 24份，长度为5mm的木棉纤维15份，粒径为200目的核桃壳粉8份，增塑剂(由体积比为5:1的丙三醇和聚乙烯醇制成)9.5份，硬脂酸钙5份，抗氧剂10100.3份。
其制备方法与实施例1一样。
实施例4
一种用于包装材料的新型PCL组合物，按重量份计，由以下组份制成：PCL 42份，PLA 23份，长度为5mm的木棉纤维14份，粒径为200目的核桃壳粉5份，增塑剂(由体积比为5:1的丙三醇和聚乙烯醇制成)10份，硬脂酸钙4.5份，抗氧剂10100.5份。
其制备方法与实施例1一样。
实施例5
一种用于包装材料的新型PCL组合物，按重量份计，由以下组份制成：PCL 41份，PLA 20份，长度为5mm的木棉纤维10份，粒径为200目的核桃壳粉7份，增塑剂(由体积比为5:1的丙三醇和聚乙烯醇制成)9份，硬脂酸钙3.5份，抗氧剂10100.4份。
其制备方法与实施例1一样。
实施例6
一种用于包装材料的新型PCL组合物，按重量份计，由以下组份制成：PCL 43份，PLA 21份，长度为5mm的木棉纤维13份，粒径为200目的核桃壳粉10份，增塑剂(由体积比为5:1的丙三醇和聚乙烯醇制成)8.8份，硬脂酸钙4份，抗氧剂10100.2份。
其制备方法与实施例1一样。
经测试，实施例1-6以及对比例的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度如下表所示，其中，对比例为公开号为CN101298512B的中国专利，拉伸强度按照GB/T 1447-2005测试，弯曲强度按照据GB/T 1449-2005测试，冲击强度按照GB/T 1843-2008测试：
由上表可见，本发明的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度均明显好于对比例，证明具有较好的力学性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种用于包装材料的新型PCL组合物，其特征在于：按重量份计，由以下组份制成：PCL 40～45份，PLA 20～25份，木棉纤维10～15份，核桃壳粉5～10份，增塑剂8～10份，润滑剂2～5份，抗氧剂0.2～0.5份。
2.根据权利要求1所述的用于包装材料的新型PCL组合物，其特征在于：所述木棉纤维的长度为5mm。
3.根据权利要求1所述的用于包装材料的新型PCL组合物，其特征在于：所述核桃壳粉的粒径为200目。
4.根据权利要求1所述的用于包装材料的新型PCL组合物，其特征在于：所述增塑剂由体积比为5:1的丙三醇和聚乙烯醇制成。
5.根据权利要求1所述的用于包装材料的新型PCL组合物，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸钙。
6.根据权利要求1所述的用于包装材料的新型PCL组合物，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的用于包装材料的新型PCL组合物的制备方法，其特征在于：其步骤如下：
(1)将原木棉纤维剪切成5mm的木棉纤维，置于烘箱中90℃下干燥9小时，得到干燥木棉纤维备用；
(2)将核桃壳用去离子水洗净后风干，加入粉碎机粉碎，过200目后得到核桃粉备用；
(3)将步骤(1)得到的干燥木棉纤维、步骤(2)得到的核桃粉一起加入氢氧化钠水溶液，
60℃下搅拌5h，移至偶联剂KH550的乙醇溶液中继续搅拌5h，出料后抽滤、洗涤，用鼓风干燥机干燥至恒重，得到改性填料；
(4)将PCL、PLA、增塑剂、润滑剂、抗氧剂、步骤(3)得到的改性填料加入流变仪的密炼强中共混8分钟，移至注射成型机中注射成型，得到用于包装材料的PCL组合物。
8.根据权利要求7所述的用于包装材料的新型PCL组合物的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，氢氧化钠水溶液的质量浓度为10％。
9.根据权利要求7所述的用于包装材料的新型PCL组合物的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，共混时的温度为170℃，转速为80rpm。
10.根据权利要求7所述的用于包装材料的新型PCL组合物的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，注射成型机的料筒温度为185℃，模具温度65℃，注射压力为0.6MPa，注射时间为6s，保压时间为10s。
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