CN109367173A - 一种背心袋用低成本高生物基全降解多层共挤膜及其制备方法 - Google Patents

一种背心袋用低成本高生物基全降解多层共挤膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明以全生物降解材料的多元共混改性技术为基础，采用熔融反应共混的方式制备出满足吹塑要求的聚乳酸/聚己二酸‑对苯二甲酸丁二酯(PLA/PBAT)改性料和聚己二酸‑对苯二甲酸丁二酯/热塑性淀粉(PBAT/TPS)改性料；创新性的运用多层共挤技术制备出上下两层为PLA/PBAT改性膜、中间层为PBAT/TPS改性膜的全生物降解三层共挤膜。该薄膜生物基含量最高可达50%以上，拉伸强度超过传统PE薄膜，且成本较低，对于解决“白色污染”问题、促进全生物降解材料在背心袋领域的应用具有十分重要的意义。

Description

一种背心袋用低成本高生物基全降解多层共挤膜及其制备 方法
技术领域
本发明属于全生物降解材料技术领域，涉及一种适用于制作背心袋的全生物降解薄膜，具体涉及一种低成本高生物基全降解多层共挤膜及其制备方法。
背景技术
塑料背心袋的诞生给人们的生活带来了很大的便利。但是随着逐年增加的使用量，大量废弃的塑料背心袋给我们的环境造成了严重的“白色污染”。此外，传统的塑料背心袋是由石油基的PE制备而成，因此背心袋的大量废弃也是对石油资源的极大浪费。
从长远发展来看，推广使用全生物降解材料被认为是解决“白色污染”问题最为根本和有效的方式。近年来，全生物降解材料，尤其是聚乳酸（PLA）和淀粉等生物基全降解材料愈发受到人们的青睐，大量的科研工作者在该领域取得了不错的研发成果。其中聚乳酸（PLA）力学强度大，经增韧或增塑改性后可制备出综合性能优良的全生物降解薄膜，但是该种薄膜成本较高，严重限制了其进一步广泛应用。相比较而言，淀粉基全生物降解薄膜具有明显的价格优势，但该种薄膜质地过软，用其制作背心袋难度很大。此外由于淀粉的吸水率较高，会加快薄膜的降解速率，因此为保证产品足够的货架期，现有的淀粉基全生物降解薄膜中的淀粉含量一般较低。
发明内容
技术方案：为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种背心袋用低成本高生物基全降解多层共挤膜，其特征在于所述多层共挤膜由上中下三层组成，其中上下层是相同材质，为聚乳酸/聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(PLA/PBAT)改性膜，中间层为聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯/热塑性淀粉(PBAT/TPS)改性膜。
进一步地，所述的PLA/PBAT改性膜由以下质量分数的原料组成：PLA 55~70份，PBAT 30~45份，乙烯-马来酸酐共聚物0.1~0.2份，乙烯-醋酸乙烯共聚物3~5份，芥酸酰胺0.2份，纳米二氧化硅0.15份，抗氧剂1010 0.1份，抗氧剂168 0.2份。
进一步地，所述的PBAT/TPS改性膜由以下质量分数的原料组成：PBAT 50~60份，玉米淀粉30~40份，硬脂酸锌0.3~0.4份，甘油3.6~4.8份，二甘醇2.1~2.8份，山梨醇1.5~2份，柠檬酸0.6~0.8份，乙烯-丙烯酸共聚物2.4~3.2份，过氧化二苯甲酰0.05份，油酸酰胺0.1份。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种背心袋用低成本高生物基全降解多层共挤膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）将PLA，PBAT，乙烯-马来酸酐共聚物，乙烯-醋酸乙烯共聚物，芥酸酰胺，纳米二氧化硅，抗氧剂1010，抗氧剂168通过拌料机混合均匀后加入到平行双螺杆挤出机中，熔融共混并风冷切粒，制备出PLA/PBAT改性料；
（2）将PBAT，玉米淀粉，硬脂酸锌，甘油，二甘醇，山梨醇，柠檬酸，乙烯-丙烯酸共聚物，过氧化二苯甲酰，油酸酰胺通过高混机混合均匀后加入到平行双螺杆挤出机中，熔融共混并风冷切粒，制备出PBAT/TPS改性料；
（3）将步骤（1）制备的PLA/PBAT改性料和步骤（2）制备的PBAT/TPS改性料通过ABA型三层共挤吹膜机吹制出上下两层为PLA/PBAT改性膜、中间层为PBAT/TPS改性膜的三层共挤膜，该三层共挤膜两边做有插边；
（4）将步骤（3）制备的三层共挤膜通过制袋机做成背心袋。
进一步地，步骤（1）中所述的双螺杆挤出机1-10区的温度分别为140℃、185℃、190℃、190℃、190℃、190℃、190℃、180℃、180℃、180℃，机头温度为175℃。
进一步地，步骤（2）中所述的双螺杆挤出机1-10区的温度分别为110℃、135℃、140℃、140℃、140℃、140℃、140℃、135℃、135℃、135℃，机头温度为130℃。
进一步地，步骤（3）中制备的多层共挤膜总厚度为25微米，上、下层的PLA/PBAT改性膜厚度相同，均为3~7微米，中层PBAT/TPS改性膜厚度为11~19微米，所述共挤膜薄宽度为280mm，两边插边宽度均为75mm。
与现有技术相比，本发明所取得的有益效果为：
（1）所制备的背心袋用低成本高生物基全降解多层共挤膜中生物基含量最高可达50%以上，拉伸强度超过传统PE薄膜，且成本较低，对于解决“白色污染”问题、促进全生物降解材料在背心袋领域的应用具有十分重要的意义。
（2）以全生物降解材料的多元共混改性技术为基础，选用反应性助剂乙烯-马来酸酐共聚物以突破解决PLA和PBAT的界面相容性问题，制备出高PLA含量的改性吹膜料。
（3）采用多种增塑剂复配增塑改性淀粉的方式制备出满足吹塑要求的PBAT/TPS改性料。
（4）创新性的运用多层共挤技术制备出上下两层为PLA/PBAT改性膜、中层为PBAT/TPS改性膜的全生物降解三层共挤膜，可避免PBAT/TPS改性膜与环境的直接接触以延缓其降解速率，同时利用PLA/PBAT改性膜挺度较大的特点弥补PBAT/TPS改性膜过于柔软的缺陷。
（5）与单纯的PLA/PBAT全生物降解膜相比，本发明制备的全生物降解三层共挤膜具有明显的成本优势。
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：
背心袋用低成本高生物基全降解多层共挤膜中的上下两层由以下质量分数的原料组成：
PLA 70份，PBAT 30份，乙烯-马来酸酐共聚物0.2份，乙烯-醋酸乙烯共聚物5份，芥酸酰胺0.2份，纳米二氧化硅0.15份，抗氧剂1010 0.1份，抗氧剂168 0.2份。
中层由以下质量分数的原料组成：
PBAT 50份，玉米淀粉40份，硬脂酸锌0.4份，甘油4.8份，二甘醇2.8份，山梨醇2份，柠檬酸0.8份，乙烯-丙烯酸共聚物3.2份，过氧化二苯甲酰0.05份，油酸酰胺0.1份。
该背心袋用低成本高生物基全降解多层共挤膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）首先将PLA，PBAT，乙烯-马来酸酐共聚物，乙烯-醋酸乙烯共聚物，芥酸酰胺，纳米二氧化硅，抗氧剂1010，抗氧剂168通过拌料机混合均匀后加入到平行双螺杆挤出机中，设定挤出机1-10区的温度分别为140℃，185℃，190℃，190℃，190℃，190℃，190℃，180℃，180℃，180℃，机头温度175℃，熔融共混并风冷切粒，制备出PLA/PBAT改性料；
（2）然后将PBAT，玉米淀粉，硬脂酸锌，甘油，二甘醇，山梨醇，柠檬酸，乙烯-丙烯酸共聚物，过氧化二苯甲酰，油酸酰胺通过高混机混合均匀后加入到平行双螺杆挤出机中，设定挤出机1-10区的温度分别为110℃，135℃，140℃，140℃，140℃，140℃，140℃，135℃，135℃，135℃，机头温度130℃，熔融共混并风冷切粒，制备出PBAT/TPS改性料；
（3）接着将PLA/PBAT改性料和PBAT/TPS改性料通过ABA型三层共挤吹膜机吹制出上下两层为PLA/PBAT改性膜、中层为PBAT/TPS改性膜的三层共挤膜。该三层共挤膜总厚度为25微米，中间层PBAT/TPS改性膜的厚度为11微米，上下两层PLA/PBAT改性膜的厚度均为7微米，共挤膜的宽度为280mm，两边插边宽度均为75mm。
（4）最后将制备的三层共挤膜通过制袋机做成背心袋。
实施例2：
背心袋用低成本高生物基全降解多层共挤膜中的上下两层由以下质量分数的原料组成：
PLA 60份，PBAT 40份，乙烯-马来酸酐共聚物0.2份，乙烯-醋酸乙烯共聚物5份，芥酸酰胺0.2份，纳米二氧化硅0.15份，抗氧剂1010 0.1份，抗氧剂168 0.2份。
中层由以下质量分数的原料组成：
PBAT 55份，玉米淀粉35份，硬脂酸锌0.4份，甘油4.8份，二甘醇2.8份，山梨醇2份，柠檬酸0.8份，乙烯-丙烯酸共聚物3.2份，过氧化二苯甲酰0.05份，油酸酰胺0.1份。
该背心袋用低成本高生物基全降解多层共挤膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）首先将PLA，PBAT，乙烯-马来酸酐共聚物，乙烯-醋酸乙烯共聚物，芥酸酰胺，纳米二氧化硅，抗氧剂1010，抗氧剂168通过拌料机混合均匀后加入到平行双螺杆挤出机中，设定挤出机1-10区的温度分别为140℃，185℃，190℃，190℃，190℃，190℃，190℃，180℃，180℃，180℃，机头温度175℃，熔融共混并风冷切粒，制备出PLA/PBAT改性料；
（2）然后将PBAT，玉米淀粉，硬脂酸锌，甘油，二甘醇，山梨醇，柠檬酸，乙烯-丙烯酸共聚物，过氧化二苯甲酰，油酸酰胺通过高混机混合均匀后加入到平行双螺杆挤出机中，设定挤出机1-10区的温度分别为110℃，135℃，140℃，140℃，140℃，140℃，140℃，135℃，135℃，135℃，机头温度130℃，熔融共混并风冷切粒，制备出PBAT/TPS改性料；
（3）接着PLA/PBAT改性料和PBAT/TPS改性料通过ABA型三层共挤吹膜机吹制出上下两层为PLA/PBAT改性膜、中层为PBAT/TPS改性膜的三层共挤膜，该三层共挤膜总厚度为25微米，中层PBAT/TPS改性膜的厚度为19微米，上下两层PLA/PBAT改性膜的厚度均为3微米，共挤膜的宽度为280mm，两边插边宽度均为75mm。
（4）最后将制备的三层共挤膜通过制袋机做成背心袋。
实施例3：
背心袋用低成本高生物基全降解多层共挤膜中的上下两层由以下质量分数的原料组成：
PLA 55份，PBAT 45份，乙烯-马来酸酐共聚物0.1份，乙烯-醋酸乙烯共聚物3份，芥酸酰胺0.2份，纳米二氧化硅0.15份，抗氧剂1010 0.1份，抗氧剂168 0.2份。
中层由以下质量分数的原料组成：
PBAT 60份，玉米淀粉30份，硬脂酸锌0.3份，甘油3.6份，二甘醇2.1份，山梨醇1.5份，柠檬酸0.6份，乙烯-丙烯酸共聚物2.4份，过氧化二苯甲酰0.05份，油酸酰胺0.1份。
该背心袋用低成本高生物基全降解多层共挤膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）首先将PLA，PBAT，乙烯-马来酸酐共聚物，乙烯-醋酸乙烯共聚物，芥酸酰胺，纳米二氧化硅，抗氧剂1010，抗氧剂168通过拌料机混合均匀后加入到平行双螺杆挤出机中，设定挤出机1-10区的温度分别为140℃，185℃，190℃，190℃，190℃，190℃，190℃，180℃，180℃，180℃，机头温度175℃，熔融共混并风冷切粒，制备出PLA/PBAT改性料；
（2）然后将PBAT，玉米淀粉，硬脂酸锌，甘油，二甘醇，山梨醇，柠檬酸，乙烯-丙烯酸共聚物，过氧化二苯甲酰，油酸酰胺通过高混机混合均匀后加入到平行双螺杆挤出机中，设定挤出机1-10区的温度分别为110℃，135℃，140℃，140℃，140℃，140℃，140℃，135℃，135℃，135℃，机头温度130℃，熔融共混并风冷切粒，制备出PBAT/TPS改性料；
（3）接着PLA/PBAT改性料和PBAT/TPS改性料通过ABA型三层共挤吹膜机吹制出上下两层为PLA/PBAT改性膜、中层为PBAT/TPS改性膜的三层共挤膜，该三层共挤膜总厚度为25微米，中层PBAT/TPS改性膜的厚度为19微米，上下两层PLA/PBAT改性膜的厚度均为3微米，共挤膜宽度为280mm，两边插边宽度均为75mm。
（4）最后将制备的三层共挤膜通过制袋机做成背心袋。
对比例：
将高密度聚乙烯（韩国乐天，7000F）通过ABA型三层共挤吹膜机吹制出上中下三层均为高密度聚乙烯的三层共挤膜，该三层共挤膜总厚度为25微米，中层的厚度为19微米，上下两层的厚度均为3微米，共挤膜宽度为280mm，两边插边宽度均为75mm，并将制备的三层共挤膜通过制袋机做成背心袋。
本对比例旨在对实施例1～3和对比实验所制共挤膜的拉伸强度、断裂伸长率和热封合强度进行评价，拉伸强度和断裂伸长率的相关检测依照GB/T1040 .3-2006，试验速率为50mm/min；热封合强度的测试依照ZB Y 28004-1986，所有的测试在万能拉伸试验机(CMT-4304，深圳新三思有限公司)上进行，检测结果详见表一，本发明所用原材料及助剂均可从市场直接采购。
表一 不同实施例和对比例所获得共挤膜的拉伸强度、断裂伸长率和热封合强度对比表
从表一中可以明显看出，本发明通过采用低成本高生物基全降解多层共挤膜所获得的背心袋，其相比于对比例中所获得背心袋，在拉伸强度和热封合强度上都有所增强，同时通过实施例1、实施例2、实施例3之间的相互比较可以发现，通过调节上下层以及中层中PLA和PBAT相互之间的配比，可以对共挤膜的拉伸强度、断裂伸长率、以及热封合强度做出一定程度的微调，但微调后的拉伸强度和热封合强度仍整体强于对比例中所获得的拉伸强度和热封合强度。

Claims (7)

1.一种背心袋用低成本高生物基全降解多层共挤膜，其特征在于，所述多层共挤膜由上、中、下三层组成，其中，上、下层是相同材质，为聚乳酸/聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(PLA/PBAT)改性膜，中层为聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯/热塑性淀粉(PBAT/TPS)改性膜。
2.根据权利要求1所述的背心袋用低成本高生物基全降解多层共挤膜，其特征在于，所述PLA/PBAT改性膜由以下质量分数的原料组成：PLA 55~70份，PBAT 30~45份，乙烯-马来酸酐共聚物0.1~0.2份，乙烯-醋酸乙烯共聚物3~5份，芥酸酰胺0.2份，纳米二氧化硅0.15份，抗氧剂1010 0.1份，抗氧剂168 0.2份。
3.根据权利要求1所述的背心袋用低成本高生物基全降解多层共挤膜，其特征在于，所述PBAT/TPS改性膜由以下质量分数的原料组成：PBAT 50~60份，玉米淀粉30~40份，硬脂酸锌0.3~0.4份，甘油3.6~4.8份，二甘醇2.1~2.8份，山梨醇1.5~2份，柠檬酸0.6~0.8份，乙烯-丙烯酸共聚物2.4~3.2份，过氧化二苯甲酰0.05份，油酸酰胺0.1份。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的背心袋用低成本高生物基全降解多层共挤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将PLA，PBAT，乙烯-马来酸酐共聚物，乙烯-醋酸乙烯共聚物，芥酸酰胺，纳米二氧化硅，抗氧剂1010，抗氧剂168通过拌料机混合均匀后加入到平行双螺杆挤出机中，熔融共混并风冷切粒，制备出PLA/PBAT改性料；
（2）将PBAT，玉米淀粉，硬脂酸锌，甘油，二甘醇，山梨醇，柠檬酸，乙烯-丙烯酸共聚物，过氧化二苯甲酰，油酸酰胺通过高混机混合均匀后加入到平行双螺杆挤出机中，熔融共混并风冷切粒，制备出PBAT/TPS改性料；
（3）将步骤（1）制备的PLA/PBAT改性料和步骤（2）制备的PBAT/TPS改性料通过ABA型三层共挤吹膜机吹制出上下两层为PLA/PBAT改性膜、中层为PBAT/TPS改性膜的三层共挤膜，该三层共挤膜两边做有插边；
（4）将步骤（3）制备的三层共挤膜通过制袋机做成背心袋。
5.根据权利要求4所述的背心袋用低成本高生物基全降解多层共挤膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的双螺杆挤出机1-10区的温度分别为140℃、185℃、190℃、190℃、190℃、190℃、190℃、180℃、180℃、180℃，机头温度为175℃。
6.根据权利要求4所述的背心袋用低成本高生物基全降解多层共挤膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的双螺杆挤出机1-10区的温度分别为110℃、135℃、140℃、140℃、140℃、140℃、140℃、135℃、135℃、135℃，机头温度为130℃。
7.根据权利要求4所述的背心袋用低成本高生物基全降解多层共挤膜的制备方法，其特征在于：步骤（3）中制备的多层共挤膜总厚度为25微米，上、下层的PLA/PBAT改性膜厚度相同，均为3~7微米，中层PBAT/TPS改性膜厚度为11~19微米，所述共挤膜的宽度为280mm，两边插边宽度均为75mm。
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