CN107488293B - 一种生物基全降解塑料食品包装袋及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种生物基全降解塑料食品包装袋及其制备方法，该生态降解塑料食品包装袋由混合料通过制袋工艺制得，所述混合料包括：憎水改性淀粉、塑料树脂、氧化降解添加剂、生物降解助剂和热稳定剂；所述憎水改性淀粉与塑料树脂的质量比为(5～40)：(60～95)；所述氧化降解添加剂为憎水改性淀粉和塑料树脂总质量的1～15％，所述生物降解助剂为憎水改性淀粉和塑料树脂总质量的1～10％，所述热稳定剂为憎水改性淀粉和塑料树脂总质量的0.1～2％；所述氧化降解添加剂、生物降解助剂和热稳定剂均具有食品安全使用性。本发明提供的生物基全降解塑料食品包装袋可实现完全降解，并且生产加工成本较低，容易加工，易于推广和应用。

Description

一种生物基全降解塑料食品包装袋及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料制品技术领域，尤其涉及一种生物基全降解塑料食品包装袋及其制备方法。
背景技术
塑料包装材料因其原料来源丰富、成本低廉、性能优良，被广泛应用于食品包装，并逐步取代了玻璃、金属、纸类等传统包装材料。塑料具有质量轻、使用方便，阻隔性、耐热性、耐蚀性好等特性，但塑料包装材料的缺点是不易降解，焚烧会产生有毒气体。并且，塑料包装材料属于塑料制品中使用周期最短的品种，一般为1个月～3个月，最长一年，此后便被废弃，从而造成严重的“白色污染”。
为此，国内外广泛开展了可降解塑料食品包装袋的研究工作，其中研究开发较多的是生物降解塑料制品。生物降解塑料是在自然条件下，通过土壤微生物的生命活动而进行降解的一类塑料，可分为化学合成高分子基、天然高分子基两大类。从降解机理看，生物降解塑料又可分为不完全生物降解塑料和可完全生物降解塑料。可完全生物降解塑料最终分解成水和二氧化碳等无机物，但是这类塑料存在加工困难、耐水性差和加工成本较高等问题，目前难以产业化推广和应用。
其中，淀粉基塑料属于天然高分子基、不完全生物降解塑料的一种，淀粉基填充型塑料通常是在通用塑料(PE、PP等)中加入淀粉和其他添加剂制成。从节约石化资源的角度来说，淀粉为可再生的生物质资源，相应的淀粉基塑料产品是名副其实的低碳产品，在很大程度上可以节约石化资源。淀粉可以实现在自然环境中的完全降解，淀粉基塑料的降解主要依靠的是淀粉组分的分解，塑料基材不能降解；然而，淀粉分解后会在塑料基材上留下小洞或将整个塑料变为难分解的碎片。这些碎片材不具有降解性能，且难以回收，仍对土壤环境造成污染，不能彻底解决“白色污染”问题。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种生物基全降解塑料食品包装袋及其制备方法，本发明提供的生物基全降解塑料食品包装袋可实现完全降解，加工简便，易于推广和应用。
本发明提供一种生物基全降解塑料食品包装袋，由混合料通过制袋工艺制得，所述混合料包括：憎水改性淀粉、塑料树脂、氧化降解添加剂、生物降解助剂和热稳定剂；所述氧化降解添加剂、生物降解助剂和热稳定剂均具有食品安全使用性；
所述憎水改性淀粉与塑料树脂的质量比为(5～40)：(60～95)；所述氧化降解添加剂为憎水改性淀粉和塑料树脂总质量的1～15％，所述生物降解助剂为憎水改性淀粉和塑料树脂总质量的1～10％，所述热稳定剂为憎水改性淀粉和塑料树脂总质量的0.1～2％。
优选地，所述塑料树脂选自低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚丙烯中的一种或多种。
优选地，所述憎水改性淀粉由原淀粉与改性剂反应制得，所述改性剂选自金属脂肪酸盐、脂肪酸和金属酸酯中的一种或多种。
优选地，所述原淀粉选自玉米淀粉、马铃薯淀粉和红薯淀粉中的一种或多种。
优选地，所述氧化降解添加剂由包括纳米过渡金属无机物、过渡金属盐和塑料基体的物料制成。
优选地，所述生物降解助剂为柠檬酸、乳酸、琥珀酸、富马酸、苹果酸和草酸中的一种或几种。
优选地，所述热稳定剂选自硬脂酸钙和硬脂酸镁中的一种或多种。
本发明提供一种生物基全降解塑料食品包装袋的制备方法，包括以下步骤：
A)将塑料树脂、氧化降解添加剂、生物降解助剂和热稳定剂混合，然后加入憎水改性淀粉，得到混合料；所述氧化降解添加剂、生物降解助剂和热稳定剂均具有食品安全使用性；所述憎水改性淀粉与塑料树脂的质量比为(5～40)：(60～95)；所述氧化降解添加剂为憎水改性淀粉和塑料树脂总质量的1～15％，所述生物降解助剂为憎水改性淀粉和塑料树脂总质量的1～10％，所述热稳定剂为憎水改性淀粉和塑料树脂总质量的0.1～2％；
B)将所述混合料进行制袋工艺，得到生物基全降解塑料食品包装袋。
优选地，所述步骤A)中混合的温度为40～60℃，混合搅拌5～20min后加入憎水改性淀粉，继续混合搅拌5～20min，得到混合料。
优选地，所述步骤B)中制袋工艺的热封温度为170～200℃。
与现有技术相比，在一定配比下，本发明提供的生物基全降解塑料食品包装袋以憎水改性淀粉为生物活性降解物质，塑料树脂为基体，辅助添加具有食品安全使用性的氧化降解添加剂、生物降解助剂以及热稳定剂等。在本发明中，改性淀粉表现出明显的憎水性，可提高淀粉可塑性，以及淀粉与基体塑料之间的相容性。通过采用憎水改性淀粉一方面能提高淀粉在塑料基材中的分散性，提高塑料食品包装袋的加工性能，降低了加工难度；另一方面也保证了塑料食品包装袋的综合性能。本发明在生物基降解包装袋中添加一定量的氧化降解添加剂和生物降解助剂，使塑料基体部分兼具了氧化生物双降解特性。此外，通过调控氧化降解添加剂和生物降解助剂的添加比例，可以控制降解塑料食品包装袋的降解速度，从而实现其完全降解。因此，本发明混合料中各组分共同作用，实现了塑料食品包装袋的完全降解，并且生产加工成本较低，加工简便，易于推广和应用。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种生物基全降解塑料食品包装袋，由混合料通过制袋工艺制得，所述混合料包括：憎水改性淀粉、塑料树脂、氧化降解添加剂、生物降解助剂和热稳定剂；所述氧化降解添加剂、生物降解助剂和热稳定剂均具有食品安全使用性；所述憎水改性淀粉与塑料树脂的质量比为(5～40)：(60～95)；所述氧化降解添加剂为塑料树脂和憎水改性淀粉总质量的1～15％，所述生物降解助剂为塑料树脂和憎水改性淀粉总质量的1～10％，所述热稳定剂为塑料树脂和憎水改性淀粉总质量的0.1～2％。
本发明提供的生物基全降解塑料食品包装袋可实现完全降解，对环境无污染；并且生产加工成本较低，易于加工，克服了一般完全生物降解塑料食品包装袋加工复杂、成本高、不易推广的弊端。
本发明提供的生物基全降解塑料食品包装袋采用包括憎水改性淀粉、塑料树脂、氧化降解添加剂、生物降解助剂和热稳定剂的混合料，通过制袋工艺制得。所述塑料树脂常原属于不能被自然降解的塑料部分，优选选自低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)中的一种或多种，更优选为HDPE和LDPE中的一种或多种。本发明对所述塑料树脂的来源没有特殊限制，可以采用市售产品，如低密度聚乙烯树脂，重均分子量范围50000～250000，熔融指数0.5g/10min～5g/10min。
本发明所述生物基全降解塑料食品包装袋以改性后的淀粉作为生物活性降解物质，所述改性后的淀粉具有憎水性，可提高淀粉可塑性，以及淀粉与塑料树脂之间的相容性，利于塑料食品包装袋的综合性能等。即，所述混合料包括憎水改性淀粉；并且所述憎水改性淀粉与塑料树脂的质量比为(5～40)：(60～95)。在本发明的实施例中，所述憎水改性淀粉的添加量为5～40％，优选为10～30％；塑料树脂添加量为60～95％，优选为70～90％，如70％、80％、90％。由于淀粉的来源广泛，成本较低，本发明所述的生物基全降解塑料食品包装袋具有降低成本、增加生物质碳含量的显著优势。
本发明对所述憎水改性淀粉的来源没有特殊限制，可以采用羟基氢取代度≥30％或HLB值≤6的淀粉类市售产品。在本发明的优选实施例中，所述憎水改性淀粉由原淀粉与改性剂反应制得；其中，所述原淀粉选自玉米淀粉、马铃薯淀粉和红薯淀粉中的一种或多种。在本发明中，所述改性剂可选自金属脂肪酸盐、脂肪酸和金属酸酯中的一种或多种。所述的金属脂肪酸盐如硬脂酸盐，包括硬脂酸钙、硬脂酸锌和硬脂酸镁中的一种或多种，添加比例可为1～3％；金属酸酯类包括铝酸酯和钛酸酯中的一种或多种，添加比例可为1～3％；脂肪酸优选为硬脂酸、油酸和月桂酸中的一种或多种，添加比例可为1～3％。本发明实施例优选同时添加三种不同种类的改性剂，对原淀粉进行改性处理；该处理过程中的反应条件可为120～190℃的温度下，混合搅拌15～50min，得到上述的憎水改性淀粉。通过该工艺制备的憎水改性淀粉，其表面羟基氢取代度≥30％。
本发明制备的生物基全降解塑料食品包装袋的混合料包括氧化降解添加剂和生物降解助剂；本发明所述的氧化降解添加剂是促进塑料树脂在光、热以及氧等环境条件中通过氧化降解，使其分子量降低到1万以下；所述生物降解助剂是促进已发生氧化降解的小分子量聚合物链段，被微生物利用并逐步进行生物降解。本发明实施例在生物基全降解塑料食品包装袋中添加不同比例的纳米级氧化降解添加剂，通过自然界中光、热的作用，将塑料食品包装袋中大分子量的聚乙烯等塑料基材氧化降解为小分子量聚合物，在生物降解助剂的促进下，由土壤中常见的微生物降解为水、二氧化碳和腐殖质被作物利用，对环境无二次污染，从根本上解决生物基塑料食品包装袋产品不能完全降解的问题。
在本发明中，所述氧降解添加剂的添加量为塑料树脂和憎水改性淀粉总质量的1～15％，优选为3～10％；生物降解助剂的添加量为塑料树脂和憎水改性淀粉总质量的1～10％，优选为3～10％。如添加量过多，则影响塑料食品包装袋加工及其综合性能。在本发明的实施例中，所述氧化降解添加剂由包括纳米过渡金属无机物、过渡金属盐、塑料基体的物料制成，所述生物降解助剂选自柠檬酸、乳酸、琥珀酸、富马酸、苹果酸、草酸中的一种或几种。氧化降解添加剂和生物降解助剂共同构成多元双降解添加剂，本发明实施例在生物基全降解塑料食品包装袋中掺混少量这种添加剂，取得更好的降解效果。
在本发明的实施例中，所述氧化降解添加剂包括纳米过渡金属无机物，其为紫外光催化降解成分，颗粒直径可在5nm～900nm之间。所述纳米过渡金属无机物优选自纳米过渡金属氧化物，更优选为纳米TiO2、纳米ZnO中的一种无机物或多种形成的混合物。所述氧化降解添加剂优选包括0.1wt％～10wt％的纳米过渡金属无机物，更优选包括1wt％～8wt％的纳米过渡金属无机物。
所述氧化降解添加剂可包括过渡金属盐，其为可见光催化氧化降解和热催化氧化降解成分。所述过渡金属盐中的过渡金属优选自钴、铁、锌；即，所述过渡金属盐包括铁、钴、锌等的金属盐。在本发明的实施例中，所述过渡金属盐可选自铁、钴或锌的硬脂酸盐、己酸盐、癸酸盐、辛酸盐、二十二酸盐，如硬脂酸铁、癸酸铁、硬脂酸锌、硬脂酸钴、癸酸钴等。所述氧化降解添加剂优选包括1wt％～10wt％的过渡金属盐，更优选包括3wt％～8wt％的过渡金属盐。
所述氧化降解添加剂包括余量的塑料基体，优选为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二酯中的一种或多种。本发明优选采用含有聚烯烃的氧化降解添加剂，其与塑料食品包装袋材料的相容性更好，利于应用。本发明对所述塑料基体的来源等没有特殊限制，采用市售产品即可。
本发明实施例可将上述纳米过渡金属无机物、过渡金属盐和塑料基体混合，经挤出造粒，得到氧化降解添加剂。其中，所述混合优选在高速搅拌机中进行，搅拌的时间一般为1分钟～3分钟。本发明实施例可采用双螺杆造粒机组进行挤出造粒；各挤出区段的温度一般为50℃～250℃，挤出转数可为25转/分～450转/分。
本发明对所述氧化降解添加剂的来源没有特殊限制，可以采用具有食品安全使用性的市售产品；本发明实施例可以采用山东天壮环保科技有限公司的型号为EBP-1303、EBP-1304和EBP-1305的氧化降解添加剂中的一种或几种。具体地，氧化降解添加剂EBP-1203的具体成分及质量分数占比为：线性低密度聚乙烯树脂90％、纳米TiO2 3％、纳米ZnO3％、硬脂酸锌4％；氧化降解添加剂EBP-1304的具体成分及质量分数占比为：线性低密度聚乙烯树脂91％、纳米TiO2 4％、硬脂酸钴5％；氧化降解添加剂EBP-1305的具体成分及质量分数占比为：线性低密度聚乙烯树脂90％、纳米ZnO 2％、硬脂酸钴4％、硬脂酸锌4％。
所述生物降解助剂为助生物降解成分，可为柠檬酸、乳酸、琥珀酸、富马酸、苹果酸、草酸中的一种或几种，具有食品安全使用性。本发明对所述柠檬酸、乳酸、琥珀酸、富马酸、苹果酸、草酸的来源没有特殊限制，采用市售产品即可。
除了氧化降解添加剂和生物降解助剂，本发明提供的生物基全降解塑料食品包装袋的混合料包括热稳定剂等其他具有食品安全使用性的添加剂。所述热稳定剂优选选自硬脂酸钙和硬脂酸镁中的一种或多种，具有食品安全使用性。所述热稳定剂为塑料树脂和憎水改性淀粉总质量的0.1～2％，优选为0.4～0.8％。
相应地，本发明提供了一种生物基全降解塑料食品包装袋的制备方法，包括：
A)将塑料树脂、氧化降解添加剂、生物降解助剂和热稳定剂混合，然后加入憎水改性淀粉，得到混合料；所述氧化降解添加剂、生物降解助剂和热稳定剂均具有食品安全使用性；所述憎水改性淀粉与塑料树脂的质量比为(5～40)：(60～95)；所述氧化降解添加剂为塑料树脂和憎水改性淀粉总质量的1～15％，所述生物降解助剂为塑料树脂和憎水改性淀粉总质量的1～10％，所述热稳定剂为塑料树脂和憎水改性淀粉总质量的0.1～2％；
B)将所述混合料进行制袋，得到生物基全降解塑料食品包装袋。
在本发明中，所述的塑料树脂、氧化降解添加剂、生物降解助剂和热稳定剂，以及憎水改性淀粉等原料的内容与前文所述的内容一致，在此不再赘述。本发明实施例首先对原淀粉改性处理以制备憎水改性淀粉，具体地，将原淀粉固体粉末与改性剂一起投放于高速搅拌机中，搅拌、反应，得到憎水改性淀粉。其中，所述改性剂可选自金属脂肪酸盐、脂肪酸和金属酸酯中的一种或多种，具体种类与反应条件等也与前文所述的内容一致，在此不在一一赘述。改性后的淀粉表现出明显的憎水性，可提高淀粉可塑性及淀粉与高分子聚合物之间的相容性。
本发明实施例将塑料树脂、氧化降解添加剂、生物降解助剂和热稳定剂加入高速搅拌机中，优选在温度为40～60℃的条件下，混合搅拌5min～20min。混合均匀后，再加入憎水改性淀粉继续混合搅拌，5min～20min后，即可得到混合料。
本发明实施例将上述混合料经制袋工艺，即经过吹膜、牵引、印刷、热封、成袋等工序，制备得到生物基全降解塑料食品包装袋。其中，具体可设定吹膜机五个加热段的温度分别为160℃、165℃、175℃、175℃、185℃，或者分别为170℃、175℃、180℃、185℃、185℃；制袋时的热封温度优选为170～200℃。
制得生物基全降解塑料食品包装袋后，本发明对其进行性能测试。所述塑料食品包装袋产品厚度范围20～50μm；热封强度范围为3～8N/15mm。其卫生性能理化指标为总迁移量≦1mg/dm2，高锰酸钾消耗量≦2mg/kg水(60℃，2h)，重金属(以Pb计)≦1mg/kg 4％乙酸(体积分数)(60℃，2h)，脱色试验显示为阴性，符合《GB/T4806.7-2016食品安全国家标准食品接触用塑料材料及用品》的规定。该产品使用性能优良，能够满足塑料食品包装袋使用环境和寿命要求，且降解诱导期可控。根据所应用地区环境的不同，调整憎水改性淀粉和氧化降解添加剂、生物降解助剂的添加比例，实现对降解时间的控制。在野外环境下90～150天，开始降解；在野外环境下，经180～360天后，达到完全降解，土壤中无可见塑料残留。本发明所述生物基全降解塑料食品包装袋达到其使用寿命后完全降解，避免了对环境造成污染，解决了传统淀粉填充型塑料食品包装袋不能完全降解的问题。
本发明生物基全降解塑料食品包装袋由于添加了改性后的淀粉作为生物活性降解物质，提高了塑料食品包装袋的生物质碳含量。改性后的淀粉还增加了与塑料树脂之间的相容性，加工简便，有效的降低了塑料食品包装袋产品加工成本等。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的生物基全降解塑料食品包装袋及其制备方法进行具体地描述。
实施例1
(1)改性淀粉制备：按照质量配比，将93％玉米淀粉(济南鸿旭化工有限公司，食品级，含水量≤14％)、3％硬脂酸钙、3％钛酸四丁酯和1％油酸加入高速搅拌机中，于130℃下混合搅拌15min，得到憎水改性玉米淀粉，取代度33％。
(2)混料：将质量分数为35％的低密度聚乙烯树脂(LDPE，大庆石化2426F)、质量分数为35％的高密度聚乙烯树脂(HDPE，齐鲁石化6098)和氧化降解添加剂EBP-1303(山东天壮环保科技有限公司)、柠檬酸(日照金禾生化集团有限公司)加入高速搅拌机中，在40℃下混合搅拌5min后加入硬脂酸钙(淄博市鲁川化工有限公司，优级品，200目)以及30％憎水改性玉米淀粉，搅拌5min，得到混合料。其中，氧化降解添加剂、生物降解助剂的质量均占塑料基材和改性淀粉总质量为3％，硬脂酸钙占0.8％。氧化降解添加剂EBP-1303的具体成分及质量分数占比为：线性低密度聚乙烯树脂90％(齐鲁石化7042)、纳米TiO2 3％(宣城晶瑞新材料有限公司)、纳米ZnO 3％(山东博奥实业有限公司)、硬脂酸锌4％(博宇化工有限公司)。
(3)制袋：上述混合料导入吹膜机料斗中(浙江东风塑料机械厂SJ-50型高低压吹膜机组)，设定吹膜机五个加热段的温度分别为160℃、165℃、175℃、175℃、185℃，经挤出吹塑成均匀膜桶，控制挤出量和牵引速度，使膜厚为30μm。随后进行牵引、印刷、热封、成袋，设定制袋的热封温度为170℃，得到生物基全降解塑料食品包装袋。
按照上文所述方法，将制备的生物基全降解塑料食品包装袋进行性能测试。该食品包装袋的热封强度范围为5.7N/15mm。其卫生性能理化指标为总迁移量为0.5mg/dm2，高锰酸钾消耗量为1mg/kg水(60℃，2h)，重金属(以Pb计)≦1mg/kg 4％乙酸(体积分数)(60℃，2h)，脱色试验显示为阴性。在野外自然条件下，经过150天时塑料食品包装袋试样发生了降解；经过320天，塑料食品包装袋完全降解，土壤中无可见塑料留存。
实施例2
(1)改性淀粉制备：按照质量配比，将94％马铃薯淀粉(济南清岸化工有限公司，食品级，含水率≤18％)、2％硬脂酸铁、1％钛酸四丁酯和3％硬脂酸加入高速搅拌机中，于120℃下混合搅拌35min，得到憎水改性马铃薯淀粉，取代度33％。
(2)混料：将质量分数为80％的低密度聚乙烯树脂(LDPE，大庆石化2426F)和氧化降解添加剂EBP-1304(山东天壮环保科技有限公司)、苹果酸(河南万海化工产品有限公司)加入高速搅拌机中，在60℃下混合搅拌10min后加入硬脂酸镁(淄博市鲁川化工有限公司，优级品，200目)以及20％憎水改性马铃薯淀粉搅拌5min，得到混合料。其中，氧化降解添加剂和生物降解助剂的质量均占塑料基材和改性淀粉总质量为6％，硬脂酸镁占0.5％。氧化降解添加剂EBP-1304的具体成分及质量分数占比为：线性低密度聚乙烯树脂91％(齐鲁石化7042)、纳米TiO2 4％(宣城晶瑞新材料有限公司)、硬脂酸钴5％(淄川鲁泰化工有限公司)。
(3)制袋：上述混合料导入吹膜机料斗中(浙江东风塑料机械厂SJ-50型高低压吹膜机组)，设定吹膜机五个加热段的温度分别为160℃、165℃、175℃、175℃、185℃，经挤出吹塑成均匀膜桶，控制挤出量和牵引速度，使膜厚为35μm。随后进行牵引、印刷、热封、成袋，并设定制袋的热封温度为170℃，得到生物基全降解塑料食品包装袋。
按照上文所述方法，将制备的生物基全降解塑料食品包装袋进行性能测试。该食品包装袋的热封强度范围为6.5N/15mm。其卫生性能理化指标为总迁移量为0.3mg/dm2，高锰酸钾消耗量为2mg/kg水(60℃，2h)，重金属(以Pb计)≦1mg/kg 4％乙酸(体积分数)(60℃，2h)，脱色试验显示为阴性。在野外自然条件下，经过120天，塑料食品包装袋试样发生了降解；经过290天，塑料食品包装袋完全降解，土壤中无可见塑料留存。
实施例3
(1)改性淀粉制备：按照质量配比，将93％红薯淀粉(山东梁山红太阳淀粉制品厂，食品级，含水量≤10％)、1％硬脂酸锌、3％钛酸四丁酯和3％月桂酸加入高速搅拌机中，于160℃下混合搅拌25min，得到憎水改性红薯淀粉，取代度35％。
(2)混料：将质量分数为90％的高密度聚乙烯树脂(HDPE，齐鲁石化6098)和氧化降解添加剂EBP-1305(山东天壮环保科技有限公司)、柠檬酸(日照金禾生化集团有限公司)加入高速搅拌机中，在45℃下混合搅拌10min后加入硬脂酸钙，以及10％憎水改性红薯淀粉搅拌5min，得到混合料。其中，氧化降解添加剂和生物降解助剂的质量均占塑料基材和改性淀粉总质量的10％，硬脂酸钙占1％。氧化降解添加剂EBP-1305的具体成分及质量分数占比为：线性低密度聚乙烯树脂90％(齐鲁石化7042)、纳米ZnO 2％(宣城晶瑞新材料有限公司)、硬脂酸钴4％(淄川鲁泰化工有限公司)、硬脂酸锌4％(广东翁江化学试剂有限公司)。
(3)制袋：上述混合料导入吹膜机料斗中(浙江东风塑料机械厂SJ-50型高低压吹膜机组)，设定吹膜机五个加热段的温度分别为170℃、175℃、180℃、185℃、185℃，经挤出吹塑成均匀膜桶，控制挤出量和牵引速度，使膜厚为35μm。随后进行牵引、印刷、热封，成袋，并设定制袋的热封温度为175℃，得到生物基全降解塑料食品包装袋。
按照上文所述方法，将制备的生物基全降解塑料食品包装袋进行性能测试。该食品包装袋的热封强度范围为6.8N/15mm。其卫生性能理化指标为总迁移量为0.1mg/dm2，高锰酸钾消耗量为0.5mg/kg水(60℃，2h)，重金属(以Pb计)≦1mg/kg 4％乙酸(体积分数)(60℃，2h)，脱色试验显示为阴性。在野外自然条件下，经过90天，塑料食品包装袋试样发生了降解。经过180天，塑料食品包装袋完全降解，土壤中无塑料薄膜残留。
对比例1
(1)混料：将质量分数为55％的低密度聚乙烯树脂(LDPE，大庆石化2426F)、质量分数为45％的高密度聚乙烯树脂(HDPE，齐鲁石化6098)和氧化降解添加剂EBP-1203(山东天壮环保科技有限公司)、苹果酸(河南万海化工产品有限公司)加入高速搅拌机中，在40℃下混合搅拌5min后加入硬脂酸钙(淄博市鲁川化工有限公司，优级品，200目)搅拌5min，得到混合料。其中，氧化降解添加剂、生物降解助剂的质量均占塑料基材质量为3％，硬脂酸钙占1％。
(2)制袋：上述混合料导入吹膜机料斗中(浙江东风塑料机械厂SJ-50型高低压吹膜机组)，设定吹膜机五个加热段的温度分别为160℃、165℃、175℃、175℃、185℃，经挤出吹塑成均匀膜桶，控制挤出量和牵引速度，使膜厚为35μm。随后进行牵引、印刷、热封，成袋，并设定制袋的热封温度为175℃，得到生物基全降解塑料食品包装袋。
按照上文所述方法，将制备的降解塑料食品包装袋进行性能测试。该食品包装袋的热封强度为7.2N/15mm。其卫生性能理化指标为总迁移量为0.2mg/dm2，高锰酸钾消耗量为1mg/kg水(60℃，2h)，重金属迁移量(以Pb计)≦1mg/kg 4％乙酸(体积分数)(60℃，2h)，脱色试验显示为阴性。在野外自然条件下，经过165天时塑料食品包装袋试样发生了降解。经过340天，塑料食品包装袋完全降解，土壤中无可见塑料留存。
对比例2
(1)混料：将质量分数为75％的低密度聚乙烯树脂(LDPE，大庆石化2426F)和25％玉米原淀粉，以及硬脂酸钙加入高速搅拌机中，在50℃下混合搅拌10min，得到混合料。其中，硬脂酸钙占塑料基材和淀粉总质量的2％。
(2)制袋：上述混合料导入吹膜机料斗中(浙江东风塑料机械厂SJ-50型高低压吹膜机组)，设定吹膜机五个加热段的温度分别为150℃、160℃、170℃、170℃、180℃。混合料经塑化挤出后，在膨大、牵引过程中出现大量破口，导致吹膜无法完成。
对比例3
(1)混料：将质量分数为80％的低密度聚乙烯树脂(LDPE，大庆石化2426F)和氧化降解添加剂EBP-1304(山东天壮环保科技有限公司)、苹果酸(河南万海化工产品有限公司)加入高速搅拌机中，在50℃下混合搅拌5min后加入硬脂酸钙(淄博市鲁川化工有限公司，优级品，200目)以及20％原玉米淀粉，搅拌5min，得到混合料。其中，氧化降解添加剂、柠檬酸的质量均占塑料基材和原玉米淀粉总质量为5％，硬脂酸钙占1％。
(2)制袋：上述混合料导入吹膜机料斗中(浙江东风塑料机械厂SJ-50型高低压吹膜机组)，设定吹膜机五个加热段的温度分别为150℃、160℃、170℃、170℃、180℃。混合料经塑化挤出后，在膨大、牵引过程中出现大量破口，导致吹膜无法完成。
对比例4
(1)将质量分数为80％的低密度聚乙烯树脂(LDPE，大庆石化2426F)和氧化降解添加剂EBP-1304(山东天壮环保科技有限公司)加入高速搅拌机中，在60℃下混合搅拌10min后加入硬脂酸镁，以及20％憎水改性玉米淀粉(实施例1中制得)搅拌5min，得到混合料。其中，氧化降解添加剂占塑料基材和改性淀粉总质量的5％，硬脂酸镁占0.5％。
(2)制袋：上述混合料导入吹膜机料斗中(浙江东风塑料机械厂SJ-50型高低压吹膜机组)，设定吹膜机五个加热段的温度分别为160℃、165℃、175℃、175℃、185℃，经挤出吹塑成均匀膜桶，控制挤出量和牵引速度，使膜厚为30μm。随后进行牵引、印刷、热封，成袋，并设定制袋的热封温度为175℃，得到生物基降解塑料食品包装袋。
按照上文所述方法，将制备的生物基降解塑料食品包装袋进行性能测试。该食品包装袋的热封强度为5.7N/15mm。其卫生性能理化指标为总迁移量为0.1mg/dm2，高锰酸钾消耗量为0.5mg/kg水(60℃，2h)，重金属迁移量(以Pb计)≦1mg/kg 4％乙酸(体积分数)(60℃，2h)，脱色试验显示为阴性。在野外自然条件下，经过126天，塑料食品包装袋试样发生了降解。经过300天，塑料食品包装袋完全降解为粉末，分子量测试表明重均分子量降为1万以下，说明塑料食品包装袋未发生有效生物降解。
对比例5
(1)将质量分数为80％的低密度聚乙烯树脂(LDPE，大庆石化2426F)和苹果酸(河南万海化工产品有限公司)加入高速搅拌机中，在60℃下混合搅拌10min后加入硬脂酸镁，以及20％憎水改性玉米淀粉(实施例1中制得)搅拌5min，得到混合料。其中，苹果酸占塑料基材和改性淀粉总质量的7％，硬脂酸镁占1％。
(2)制袋：上述混合料导入吹膜机料斗中(浙江东风塑料机械厂SJ-50型高低压吹膜机组)，设定吹膜机五个加热段的温度分别为160℃、165℃、175℃、175℃、185℃，经挤出吹塑成均匀膜桶，控制挤出量和牵引速度，使膜厚为30μm。随后进行牵引、印刷、热封，成袋，并设定制袋的热封温度为180℃，得到生物基全降解塑料食品包装袋。
按照上文所述方法，将制备的生物基全降解塑料食品包装袋进行性能测试。该食品包装袋的热封强度为5.2N/15mm。其卫生性能理化指标为总迁移量为0.3mg/dm2，高锰酸钾消耗量为1mg/kg水(60℃，2h)，重金属迁移量(以Pb计)≦1mg/kg 4％乙酸(体积分数)(60℃，2h)，脱色试验显示为阴性。在野外自然条件下，经过120天，塑料食品包装袋试样出现破损，分子量测试表明其聚乙烯成分未发生有效降解，重均分子量降低不明显。
由以上实施例可知，本发明采用憎水改性淀粉能提高淀粉在塑料基材中的分散性，提高塑料食品包装袋的加工性能，降低了加工难度；也保证了包装袋的综合性能。此外，通过调控氧化降解添加剂和生物降解助剂的添加比例，可以控制降解塑料食品包装袋的降解速度。本发明混合料中各组分共同作用，实现了塑料食品包装袋的完全降解，并且生产加工成本较低，加工简便，易于推广和应用。

Claims (1)

1.一种生物基全降解塑料食品包装袋的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
(1)改性淀粉制备：按照质量配比，将93％玉米淀粉、3％硬脂酸钙、3％钛酸四丁酯和1％油酸加入高速搅拌机中，于130℃下混合搅拌15min，得到憎水改性玉米淀粉，取代度33％；
(2)混料：将质量分数为35％的低密度聚乙烯树脂、质量分数为35％的高密度聚乙烯树脂和氧化降解添加剂EBP-1303、柠檬酸加入高速搅拌机中，在40℃下混合搅拌5min后加入硬脂酸钙以及30％憎水改性玉米淀粉，搅拌5min，得到混合料；其中，氧化降解添加剂EBP-1303质量占塑料基材和改性淀粉总质量为3％，柠檬酸的质量占塑料基材和改性淀粉总质量为3％，硬脂酸钙占0.8％，氧化降解添加剂EBP-1303的具体成分及质量分数占比为：线性低密度聚乙烯树脂90％、纳米TiO2 3％、纳米ZnO 3％、硬脂酸锌4％；
(3)制袋：上述混合料导入吹膜机料斗中，设定吹膜机五个加热段的温度分别为160℃、165℃、175℃、175℃、185℃，经挤出吹塑成均匀膜桶，控制挤出量和牵引速度，使膜厚为30μm，随后进行牵引、印刷、热封、成袋，设定制袋的热封温度为170℃，得到生物基全降解塑料食品包装袋。
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