CN107652641B - 低成本生物基全降解高透膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低成本生物基全降解高透膜及其制备方法,所述薄膜各组分按质量份数计的配比是:聚乙交酯30~50份、聚乳酸40~60份、相容剂0.2~5份、增塑剂4份、PVAc 4份、马来酸酐2份、抗氧剂164 0.2份、抗氧剂1010 0.3份。本发明的一种低成本生物基全降解高透膜透光率可超过91%,纵向拉伸强度可达59.82MPa,且成本较低,是一种综合性能优异的全生物降解高透膜。
Description
技术领域
本发明属于全生物降解材料技术领域,涉及一种生物降解薄膜,尤其涉及一种低成本生物基全降解高透膜及其制备方法。
背景技术
塑料高透膜自问世以来便受到人们的广泛青睐,经过多年的发展,塑料高透膜已在食品包装、鲜花包装和工业包装等领域得到了大量应用。但目前使用的塑料高透膜主要是LDPE薄膜、双轴取向的PP膜和PET膜等石油基塑料膜,其废弃后可残存在自然界中长达上百年而不会降解,从而给自然环境造成了严重负担。
推广使用全生物降解高透膜是解决这一问题最为根本和有效的方式。在众多的全生物降解材料中,聚乳酸(PLA)具有较高的透光率,因此,以PLA为基材有望制备出可降解的塑料高透膜。申请公布号为CN102153844A的发明专利以PLA和PMMA为基材,成功制备出高透光率的可降解塑料膜,且材料具有较高的缺口冲击强度。但由于配方体系中含有不可生物降解的PMMA这一主基材,因此该发明专利所提供的高透膜并非真正意义上的全生物降解高透膜。申请公布号为CN101983986A的发明专利以PLA为主基材,并通过加入增塑剂和增韧剂,成功制备出高生物基含量的全降解高透膜。在薄膜厚度为0.04mm时,其透光率高达89%,雾度仅为8.5%。但该高透膜成本较高,在推广使用中存在着较大障碍。
聚乙交酯(PGA)是一种成本较低的全生物降解材料,且其分子结构和PLA十分相似,同样具有极佳的生物相容性。因此将PGA和PLA高效复合后有望制备出综合性能优异且价格低廉的全生物降解薄膜。但由于PGA本身分子链结构十分规整,具有较强的结晶能力,在正常状态下其透光率很差。因此若想制备出高透的PGA/PLA全生物降解薄膜,必须有效抑制PGA的结晶行为。
发明内容
解决的技术问题:针对现有全生物降解高透膜成本较高,难以推广应用,本发明提供了一种低成本生物基全降解高透膜及其制备方法。本发明以100%生物基材料PLA和成本较低的PGA为基材,通过增塑改性降低PGA的熔融温度,以避免PLA在高温共混时的降解黄化;选用反应性助剂以突破解决PLA和PGA间的界面相容性问题;通过在流延机冷却辊中通循环冷水的目的实现对PLA/PGA薄膜的淬火处理,从而抑制PLA/PGA复合材料的结晶行为,以保证所制薄膜的高透光率。
技术方案:为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案。
一种低成本生物基全降解薄膜,由以下质量份数的原料组成:聚乙交酯30~50份、聚乳酸40~60份、相容剂0.1~5份、增塑剂4份、聚醋酸乙烯酯4份、马来酸酐2份、抗氧剂1640.2份、抗氧剂1010 0.3份。
进一步,所述的相容剂为过氧化二苯甲酰、ADR 4370S、聚(N-丙酰基乙烯亚胺)、乙烯丙烯酸丁酯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯中的任意一种。
进一步,所述的增塑剂为亚磷酸三苯酯、邻苯二甲酸二辛酯、乙酰柠檬酸三丁酯、葵二酸二丁酯中的一种或两种。
本发明还提供了所述低成本生物基全降解高透膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)将聚乙交酯、马来酸酐和增塑剂混合均匀后加入平行双螺杆挤出机中,熔融共混并风冷切粒,制备出增塑且封端改性的聚乙交酯母粒;
(2)将聚乳酸、相容剂、聚醋酸乙烯酯、抗氧剂164、抗氧剂1010和步骤(1)制备的改性母粒混合均匀后加入平行双螺杆挤出机中,熔融共混并风冷切粒,制备出生物基全降解的流延膜专用料;
(3)将步骤(2)制得的流延膜专用料采用普通流延机流延成型,得到生物基全降解高透膜。
进一步,步骤(1)所述的双螺杆挤出机1-7区的温度分别为160℃,180℃,230℃,230℃,230℃,230℃,230℃,机头温度为220℃。
进一步,步骤(2)所述的双螺杆挤出机1-7区的温度分别为150℃,170℃,185℃,185℃,185℃,185℃,185℃,机头温度为170℃。
进一步,步骤(3)所述的普通流延机1-5区的温度分别为150℃,180℃,180℃,180℃,175℃,冷却辊的进水温度控制在3℃~8℃。
进一步,步骤(3)得到的生物基全降解高透膜的厚度为30μm,幅宽为700mm。
有益效果:与现有技术相比,本发明提供的低成本生物基全降解高透膜透光率可超过91%,纵向拉伸强度可达59.82MPa,且成本较低,是一种综合性能优异的全生物降解高透膜。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明的内容,但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下,对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换,均属于本发明的范围。
若未特别指明,实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1:
低成本生物基全降解高透膜料由以下质量分数的原料组成:
聚乙交酯30份、聚乳酸60份、过氧化二苯甲酰0.1份、乙酰柠檬酸三丁酯4份、聚醋酸乙烯酯4份、马来酸酐2份、抗氧剂164 0.2份、抗氧剂1010 0.3份。
该低成本生物基全降解高透膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)首先将聚乙交酯、马来酸酐和乙酰柠檬酸三丁酯混合均匀后加入到平行同向双螺杆挤出机中共混挤出,设定挤出机一至七区温度依次为160℃,180℃,230℃,230℃,230℃,230℃,230℃,机头温度为220℃,制备增塑封端的PGA改性料;
(2)然后将聚乳酸、过氧化二苯甲酰、聚醋酸乙烯酯、抗氧剂164、抗氧剂1010和增塑封端的PGA改性料混合均匀后加入平行双螺杆挤出机中,设定挤出机一至七区温度依次为150℃,170℃,185℃,185℃,185℃,185℃,185℃,机头温度为170℃,制备出生物基全降解的流延膜专用料;
(3)最后将流延膜专用料通过普通流延机流延成膜,设定流延机1-5区的温度分别为150℃,180℃,180℃,180℃,175℃,同时将冷却辊的进水温度控制在3℃~8℃。
所制薄膜厚度为30μm,幅宽为700mm。
实施例2:
低成本生物基全降解高透膜料由以下质量分数的原料组成:
聚乙交酯35份、聚乳酸55份、ADR 4370S 0.25份、亚磷酸三苯酯3份、邻苯二甲酸二辛酯1份、聚醋酸乙烯酯4份、马来酸酐2份、抗氧剂164 0.2份、抗氧剂1010 0.3份。
该低成本生物基全降解高透膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)首先将聚乙交酯、马来酸酐、亚磷酸三苯酯和邻苯二甲酸二辛酯混合均匀后加入到平行同向双螺杆挤出机中共混挤出,设定挤出机一至七区温度依次为160℃,180℃,230℃,230℃,230℃,230℃,230℃,机头温度为220℃,制备增塑封端的PGA改性料;
(2)然后将聚乳酸、ADR 4370S、聚醋酸乙烯酯、抗氧剂164、抗氧剂1010和增塑封端的PGA改性料混合均匀后加入平行双螺杆挤出机中,设定挤出机一至七区温度依次为150℃,170℃,185℃,185℃,185℃,185℃,185℃,机头温度为170℃,制备出生物基全降解的流延膜专用料;
(3)最后将流延膜专用料通过普通流延机流延成膜,设定流延机1-5区的温度分别为150℃,180℃,180℃,180℃,175℃,同时将冷却辊的进水温度控制在3℃~8℃。
所制薄膜厚度为30μm,幅宽为700mm。
实施例3:
低成本生物基全降解高透膜料由以下质量分数的原料组成:
聚乙交酯40份、聚乳酸50份、聚(N-丙酰基乙烯亚胺)1份、乙酰柠檬酸三丁酯2份、邻苯二甲酸二辛酯2份、聚醋酸乙烯酯4份、马来酸酐2份、抗氧剂164 0.2份、抗氧剂10100.3份。
该低成本生物基全降解高透膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)首先将聚乙交酯、马来酸酐、乙酰柠檬酸三丁酯和邻苯二甲酸二辛酯混合均匀后加入到平行同向双螺杆挤出机中共混挤出,设定挤出机一至七区温度依次为160℃,180℃,230℃,230℃,230℃,230℃,230℃,机头温度为220℃,制备增塑封端的PGA改性料;
(2)然后将聚乳酸、聚(N-丙酰基乙烯亚胺)、聚醋酸乙烯酯、抗氧剂164、抗氧剂1010和增塑封端的PGA改性料混合均匀后加入平行双螺杆挤出机中,设定挤出机一至七区温度依次为150℃,170℃,185℃,185℃,185℃,185℃,185℃,机头温度为170℃,制备出生物基全降解的流延膜专用料;
(3)最后将流延膜专用料通过普通流延机流延成膜,设定流延机1-5区的温度分别为150℃,180℃,180℃,180℃,175℃,同时将冷却辊的进水温度控制在3℃~8℃。
所制薄膜厚度为30μm,幅宽为700mm。
实施例4:
低成本生物基全降解高透膜料由以下质量分数的原料组成:
聚乙交酯50份、聚乳酸40份、乙烯丙烯酸丁酯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯5份、葵二酸二丁酯4份、聚醋酸乙烯酯4份、马来酸酐2份、抗氧剂164 0.2份、抗氧剂1010 0.3份。
该低成本生物基全降解高透膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)首先将聚乙交酯、马来酸酐和葵二酸二丁酯混合均匀后加入到平行同向双螺杆挤出机中共混挤出,设定挤出机一至七区温度依次为160℃,180℃,230℃,230℃,230℃,230℃,230℃,机头温度为220℃,制备增塑封端的PGA改性料;
(2)然后将聚乳酸、乙烯丙烯酸丁酯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚醋酸乙烯酯、抗氧剂164、抗氧剂1010和增塑封端的PGA改性料混合均匀后加入平行双螺杆挤出机中,设定挤出机一至七区温度依次为150℃,170℃,185℃,185℃,185℃,185℃,185℃,机头温度为170℃,制备出生物基全降解的流延膜专用料;
(3)最后将流延膜专用料通过普通流延机流延成膜,设定流延机1-5区的温度分别为150℃,180℃,180℃,180℃,175℃,同时将冷却辊的进水温度控制在3℃~8℃。
所制薄膜厚度为30μm,幅宽为700mm。
对比实验1:
全生物降解薄膜料由以下质量分数的原料组成:
聚乳酸90份、葵二酸二丁酯4份、聚醋酸乙烯酯4份、抗氧剂164 0.2份、抗氧剂10100.3份。
该全生物降解薄膜料的制备方法,包括如下步骤:
(1)将聚乳酸、葵二酸二丁酯、聚醋酸乙烯酯、抗氧剂164和抗氧剂1010混合均匀后加入平行双螺杆挤出机中,设定挤出机一至七区温度依次为150℃,170℃,185℃,185℃,185℃,185℃,185℃,机头温度为170℃,制备出生物基全降解的流延膜专用料;
(2)将流延膜专用料通过普通流延机流延成膜,设定流延机1-5区的温度分别为150℃,180℃,180℃,180℃,175℃,同时将冷却辊的进水温度控制在3℃~8℃。
所制薄膜厚度为30μm,幅宽为700mm。
对比实验2:
将低密度聚乙烯(LG公司FB 3000)通过普通流延机流延成膜,设定流延机1-5区的温度分别为120℃,150℃,150℃,150℃,145℃,同时将冷却辊的进水温度控制在3℃~8℃。所制薄膜厚度为30μm,幅宽为700mm。
实施例6:
本实施例旨在对实施例1~4和对比实验1、2所制薄膜的力学性能和透光率进行评价,力学性能的相关检测依照GB/T1040.3-2006在万能拉伸试验机(CMT-4304,深圳新三思有限公司)上进行,试验速率为50mm/min;透光率的测试依照GB/T2410-2008中规定的雾度计法进行检测,检测结果详见表一。
表一 不同薄膜的力学性能和透光率
在流延过程中,由于薄膜在纵向方向上发生单轴取向,致使薄膜纵向拉伸强度高于横向拉伸强度,而纵向断裂伸长率不及横向断裂伸长率。由表一中的检测数据可以看出,随着配方体系中PGA含量的增加,薄膜的拉伸强度不断增大,透光率逐渐减小,断裂伸长率基本保持不变;且与传统的PE薄膜相比,本发明提供的全生物降解薄膜具有更大的拉伸强度和更高的透光率。
本发明所用PGA为我公司自己生产,其他原料如聚乳酸、相容剂、增塑剂、聚醋酸乙烯酯、马来酸酐、抗氧剂164、抗氧剂1010等可从市场直接采购。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非是对本发明范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例,均属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (4)
1.一种低成本生物基全降解高透膜的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤(1)、按照以下质量份数备原料:聚乙交酯30~50份、聚乳酸40~60份、相容剂0.1~5份、增塑剂4份、聚醋酸乙烯酯4份、马来酸酐2份、抗氧剂164 0.2份、抗氧剂1010 0.3份;
步骤(2)、将聚乙交酯、马来酸酐和增塑剂按照步骤(1)准备的份数混合均匀后加入平行双螺杆挤出机中,熔融共混并风冷切粒,制备出增塑且封端改性的聚乙交酯母粒;双螺杆挤出机1-7区的温度分别为160℃,180℃,230℃,230℃,230℃,230℃,230℃,机头温度为220℃;
步骤(3)、将按照步骤(1)准备的份数聚乳酸、相容剂、聚醋酸乙烯酯、抗氧剂164 、抗氧剂1010 和步骤(2)制备的改性母粒混合均匀后加入平行双螺杆挤出机中,熔融共混并风冷切粒,制备出生物基全降解的流延膜专用料;所述的双螺杆挤出机1-7区的温度分别为150℃,170℃,185℃,185℃,185℃,185℃,185℃,机头温度为170℃;
步骤(4)、将步骤(3)制得的流延膜专用料采用普通流延机流延成型,所述的普通流延机1-5区的温度分别为150℃,180℃,180℃,180℃,175℃,冷却辊的进水温度控制在3℃~8℃,得到生物基全降解高透膜。
2.根据权利要求1所述的低成本生物基全降解高透膜的制备方法,其特征在于:所述的相容剂为乙烯丙烯酸丁酯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯。
3.根据权利要求1所述的低成本生物基全降解高透膜的制备方法,其特征在于:所述的增塑剂为亚磷酸三苯酯、邻苯二甲酸二辛酯、乙酰柠檬酸三丁酯、癸二酸二丁酯中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的低成本生物基全降解高透膜的制备方法,其特征在于:生物基全降解高透膜的厚度为30µm,幅宽为700 mm。
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GR01 | Patent grant | ||
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