CN105459536B - 一种五层共挤高强度阻隔抗菌环保复合膜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种五层共挤高强度阻隔环保复合膜，从外到内依次为聚乳酸/聚己内酯复合膜，聚乳酸淀粉复合膜I、聚乳酸/EVOH/POSS/层状蒙脱土复合膜、聚乳酸/淀粉复合膜II、聚乳酸/壳聚糖复合膜。该复合膜通过多层熔融共挤成膜。该复合膜具有优异的强度、韧性，并对氧气具有良好的阻隔性，且具有良好的抗菌效果，可应用于环保包装膜领域。

Description

一种五层共挤高强度阻隔抗菌环保复合膜
技术领域
本发明涉及一种聚乳酸复合膜的制备方法，尤其涉及一种高强度及具有良好阻隔性及其一定抗菌效果的多层共挤聚乳酸复合膜的制备方法。
背景技术
塑料材料虽然拥有较优异的性能和广泛的适用性，但其来源于石油产品且无法降解，在资源危机和环境污染越发严重的今天，寻找性能优良且可再生的替代材料则成为目前材料领域研究的重中之重。
在目前的可降解材料中，淀粉因其便宜的价格和广泛的来源已被深入研究并通过改性与复合制备了多种生活与工业用品，如淀粉基膜、淀粉餐具等。但淀粉有其天然的缺陷，它的力学性能差，性能不稳定，只能运用于对力学性能要求低的领域。而聚乳酸的出现改变了这一现状。聚乳酸（PLA）是脂肪族聚酯，以乳酸（2-羟基丙酸）为基本结构单元。PLA可通过发酵玉米等天然原料制得，也可采用乳酸缩聚制得。PLA 及其终端产品可在堆肥条件下自然分解成为CO2和水，降低了固体废弃物排放量，是一种绿色环保的生物来源材料。
聚乳酸虽然具有良好的生物可降解性，可加工性，优良的力学性能，但是其性脆易碎，缺乏弹性和柔韧性，很大程度上限制了聚乳酸的应用，而且，在膜的主要应用即为包装应用上，其阻隔性较差，无法应用于需要较好阻隔性的包装领域。采用多层共挤出的方式制备性能优异的多功能膜是一种在薄膜制备领域常见的手段，如CN104191584A公开的一种医用多层共挤膜制造方法，通过内封层、核心层和耐温层的复合，为膜提供了良好的力学与耐热性能。CN103481616A公开了一种防静电多层共挤膜及其制备方法，该复合膜采用多种阻隔抗静电材料有机搭配熔融共挤成膜使得复合膜具有了优异的强度及阻隔抗静电性。
通过多层配合的方式来克服单层环保膜的缺陷，从而生产出具有优异性能的复合膜，将是一种最简单有效的方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服聚乳酸膜材料脆性大，力学性能差且功能性单一的缺陷，提供一种高强韧、及具有良好阻隔性及其一定抗菌效果的多层共挤聚乳酸复合膜的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种五层共挤高强度阻隔环保复合膜，从外到内依次为聚乳酸/聚己内酯复合膜，聚乳酸淀粉复合膜I、聚乳酸/EVOH/POSS/层状蒙脱土复合膜、聚乳酸/淀粉复合膜II、聚乳酸/壳聚糖复合膜，该复合膜通过多层熔融共挤成膜。
进一步，所述聚乳酸/聚己内酯复合膜为以聚乳酸、聚己内酯为主要原料，加入增塑剂、抗氧剂、加工润滑剂等助剂熔融挤出成膜，其中聚乳酸与聚己内酯的质量比介于80：20-50：50之间。所述增塑剂为脂肪族二元酸酯类增塑剂，抗氧剂为抗氧剂 264、BHT、168、1010中的一种或几种，加工润滑剂为脂肪酸类润滑剂，其挤出加工温度介于180-210度之间。
进一步，所述聚乳酸淀粉复合膜I、II为以聚乳酸和淀粉为主要原料，加入少量相容剂淀粉接枝聚乳酸、加工助剂熔融挤出成膜，其中聚乳酸与淀粉的质量比介于80：20-60：40之间，其挤出加工温度介于160-180度之间。
进一步，所述淀粉为经过甘油塑化的玉米淀粉或木薯淀粉。其处理方式为将淀粉30-40度下干燥24小时后，加入其质量20-40%的甘油，高速搅拌10-20分钟后，取出放置熟化24小时得到。
进一步，所述淀粉接枝聚乳酸可通过熔融原位接枝聚合制备，其接枝率介于0.8%-1.6%之间。
进一步，所述聚乳酸/EVOH POSS/层状蒙脱土复合膜以聚乳酸、EVOH、POSS相容剂、层状纳米蒙脱土为原料，共混后熔融挤出成膜。其中聚乳酸与EVOH的质量比介于80：20-60：40之间，聚乳酸与POSS相容剂的质量比介于100：1.5-100：3之间，聚乳酸与层状纳米蒙脱土的质量比介于100：2-100：4之间，其挤出温度介于190-210度之间。
进一步，所述POSS相容剂为端基为亲水基团的POSS纳米粒子。POSS是一种具有八面体笼状结构的硅氧结构，多面体低聚硅倍半氧烷（POSS）在笼状结构的角落上存在8个不同或相同的基团R。本发明中R基团为亲水基团，优选的，可选择八臂马来酸酐POSS，其分子结构式如下：
进一步，所述聚乳酸/壳聚糖复合膜为以聚乳酸和壳聚糖为主要原料，共混后熔融挤出成膜。聚乳酸与壳聚糖的质量比介于95：5-90：10之间，其挤出温度介于170-190度之间。
进一步，所述聚乳酸/聚己内酯复合膜的厚度介于0.1-0.3mm之间，聚乳酸淀粉复合膜I、II的厚度介于0.1-0.2mm之间，聚乳酸/EVOH POSS/层状蒙脱土复合膜的厚度介于0.2-0.4mm之间，所述聚乳酸/壳聚糖复合膜的厚度介于0.1-0.3mm之间。
进一步，本发明的有益效果在于，在多层复合膜中，聚乳酸/聚己内酯复合膜保证了表面基本强度和抗穿刺性能，聚乳酸/EVOH/POSS/层状蒙脱土复合膜具有良好的阻隔性和力学性能作为核心层，聚乳酸/壳聚糖复合膜则提供了良好的抗菌特性，聚乳酸/淀粉复合膜作为连接层因其加工时具有较大粘度，可对上下各层起到粘结作用。通过各层性能的有机复合与搭配，复合膜具有良好的强度，阻隔性及抗菌性。
附图说明
附图1为实施例1复合膜的截面结构示意图。
附图2为实施例2复合膜的截面结构示意图。
具体实施方式
以下将详细描述本发明的示例性实施方法。但这些实施方法仅为示范性目的，而本发明不限于此。
实施例1
参照图1，一种五层共挤高强度阻隔环保复合膜，从外到内依次为聚乳酸/聚己内酯复合膜1，聚乳酸淀粉复合膜I2、聚乳酸/EVOH/POSS/层状蒙脱土复合膜3、聚乳酸/淀粉复合膜II4、聚乳酸/壳聚糖复合膜5。该复合膜通过多层熔融共挤成膜。
所述聚乳酸/聚己内酯复合膜1为以聚乳酸、聚己内酯为主要原料，加入增塑剂DOA、抗氧剂264、加工润滑剂硬脂酸钙熔融挤出成膜，其中聚乳酸与聚己内酯的质量比为60：40，增塑剂DOA、抗氧剂264、硬脂酸钙的质量均为聚乳酸质量的3%，其挤出加工温度介于180-210度之间。
所述聚乳酸淀粉复合膜I2、II4为以聚乳酸和淀粉为主要原料，加入相容剂淀粉接枝聚乳酸、罗门哈斯公司的BPMS-26加工助剂熔融挤出成膜，其中聚乳酸与淀粉的质量比为70：30，淀粉接枝聚乳酸的用量为聚乳酸和淀粉质量和的10%，BPMS-26为聚乳酸和淀粉质量和的3%，其挤出加工温度介于160-180度之间。
所述淀粉为经过甘油塑化的玉米淀粉。其处理方式为将淀粉40度干燥24小时后，加入其质量30%的甘油，以150rad/min速度搅拌20分钟后，取出熟化24小时得到。
所述淀粉接枝聚乳酸可通过熔融原位接枝聚合制备，其接枝率为1.2%。
所述聚乳酸/EVOH POSS/层状蒙脱土复合膜3以聚乳酸、EVOH、八臂马来酸酐POSS、层状纳米蒙脱土为原料，共混后熔融挤出成膜。其中聚乳酸与EVOH的质量比为70：30，聚乳酸与八臂马来酸酐POSS的质量比为100：2.5，聚乳酸与层状纳米蒙脱土的质量比为100：3，其挤出温度介于190-210度之间。
所述聚乳酸/壳聚糖复合膜5为以聚乳酸和壳聚糖为主要原料，共混后熔融挤出成膜。聚乳酸与壳聚糖的质量比为92：8，其挤出温度介于170-190度之间。
所述聚乳酸/聚己内酯复合膜1的厚度为0.2mm，聚乳酸淀粉复合膜I2、II4的厚度为0.15mm，聚乳酸/EVOH POSS/层状蒙脱土复合膜2的厚度为0.3mm，聚乳酸/壳聚糖复合膜5的厚度为0.2mm。
具体性能见表1。
实施例2
参照图2，一种五层共挤高强度阻隔环保复合膜，从外到内依次为聚乳酸/聚己内酯复合膜1’，聚乳酸淀粉复合膜I2’、聚乳酸/EVOH/POSS/层状蒙脱土复合膜3’、聚乳酸/淀粉复合膜II4’、聚乳酸/壳聚糖复合膜5’，该复合膜通过多层熔融共挤成膜。
所述聚乳酸/聚己内酯复合膜1’为以聚乳酸、聚己内酯为主要原料，加入增塑剂DOA、抗氧剂264、加工润滑剂硬脂酸钙熔融挤出成膜，其中聚乳酸与聚己内酯的质量比为70：30。增塑剂DOA、抗氧剂264、硬脂酸钙的质量均为聚乳酸质量的2.5%。所述聚乳酸/聚己内酯复合膜1的挤出加工温度介于180-210度之间。
所述聚乳酸淀粉复合膜I2’、II4’为以聚乳酸和淀粉为主要原料，加入相容剂淀粉接枝聚乳酸、罗门哈斯公司的BPMS-26加工助剂熔融挤出成膜，其中聚乳酸与淀粉的质量比为75：35，淀粉接枝聚乳酸的用量为聚乳酸和淀粉质量和的8%，BPMS-26为聚乳酸和淀粉质量和的3.5%，其挤出温度介于160-180度。
所述淀粉为经过甘油塑化的木薯淀粉。其处理方式为将淀粉40度干燥24小时后，加入其质量35%的甘油，以150rad/min速度搅拌15分钟后，取出熟化24小时得到。
所述淀粉接枝聚乳酸可通过熔融原位接枝聚合制备，其接枝率为1.4。
所述聚乳酸/EVOH POSS/层状蒙脱土复合膜3’以聚乳酸、EVOH、八臂马来酸酐POSS、层状纳米蒙脱土为原料，共混后熔融挤出成膜。其中聚乳酸与EVOH的质量比为75：25，聚乳酸与八臂马来酸酐POSS的质量比为100：2，聚乳酸与层状纳米蒙脱土的质量比为100：3.5，其挤出温度介于190-210度之间。
所述聚乳酸/壳聚糖复合膜4’为以聚乳酸和壳聚糖为主要原料，共混后熔融挤出成膜。聚乳酸与壳聚糖的质量比为93：7，其挤出温度介于170-190度之间。
所述聚乳酸/聚己内酯复合膜1’的厚度为0.15mm，聚乳酸淀粉复合膜I2’、II4’的厚度介于0.18mm之间，聚乳酸/EVOH POSS/层状蒙脱土复合膜2’的厚度为0.25mm，聚乳酸/壳聚糖复合膜5’的厚度介于0.25mm。
具体性能见表1。
表1、实施例1、2所制得复合膜性能
复合材料性能 实施例1 实施例2
断裂延伸率（%） 36±8 32±6
断裂强度（Mpa） 76.7±3.84 79.3±4.76
气体透过量（cm<sup>3</sup>/m<sup>2</sup>·24h·0.1Mpa） 12±3.5 11±2.6

Claims (7)

1.一种五层共挤高强度阻隔环保复合膜，从外到内依次为聚乳酸/聚己内酯复合膜，聚乳酸淀粉复合膜I、聚乳酸/EVOH/POSS/层状蒙脱土复合膜、聚乳酸/淀粉复合膜II、聚乳酸/壳聚糖复合膜，该复合膜通过多层熔融共挤成膜；
其特征还在于：所述POSS为八臂马来酸酐POSS，其分子结构式如下：
。
2.如权利要求1所述的一种五层共挤高强度阻隔环保复合膜，其特征在于：所述聚乳酸/聚己内酯复合膜为以聚乳酸、聚己内酯为主要原料，加入增塑剂、抗氧剂、加工润滑剂熔融挤出成膜，其中聚乳酸与聚己内酯的质量比介于80：20-50：50 之间。
3.如权利要求1所述的一种五层共挤高强度阻隔环保复合膜，其特征在于：所述聚乳酸淀粉复合膜I、II 为以聚乳酸和淀粉为主要原料，加入少量相容剂淀粉接枝聚乳酸、加工助剂熔融挤出成膜，其中聚乳酸与淀粉的质量比介于80：20-60：40 之间。
4.如权利要求1所述的一种五层共挤高强度阻隔环保复合膜，其特征在于：所述聚乳酸/EVOH/POSS/层状蒙脱土复合膜以聚乳酸、EVOH、POSS相容剂、层状纳米蒙脱土为原料，共混后熔融挤出成膜，其中聚乳酸与EVOH的质量比介于80：20-60：40 之间，聚乳酸与POSS相容剂的质量比介于100：1.5-100：3 之间，聚乳酸与层状纳米蒙脱土的质量比介于100 ：2-100 ：4 之间。
5.如权利要求1所述的一种五层共挤高强度阻隔环保复合膜，其特征在于：所述聚乳酸/壳聚糖复合膜为以聚乳酸和壳聚糖为主要原料，共混后熔融挤出成膜，聚乳酸与壳聚糖的质量比介于95：5-90：10 之间。
6.如权利要求1所述的一种五层共挤高强度阻隔环保复合膜，其特征在于：所述聚乳酸/聚己内酯复合膜的厚度介于0.1-0.3mm之间，聚乳酸淀粉复合膜I、II 的厚度介于0.1-0.2mm之间，聚乳酸/EVOH/POSS/层状蒙脱土复合膜的厚度介于0.2-0.4mm之间，所述聚乳酸/壳聚糖复合膜的厚度介于0.1-0.3mm之间。
7.如权利要求1所述的一种五层共挤高强度阻隔环保复合膜，其特征在于：所述淀粉为经过甘油塑化的玉米淀粉或木薯淀粉。
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