CN109438937A - 一种抗菌型pla基可降解食品包装材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗菌型PLA基可降解食品包装材料及其制备方法，具体包括以下步骤：(1)将活性炭超细粉碎后，再经过盐酸和超声洗涤，得到经过处理后的活性炭；(2)将(1)得到的活性炭置于去离子水中加入一定量的纳米二氧化钛和十六烷基三甲基溴化铵，搅拌、洗涤、烘干；(3)将负载纳米二氧化钛的活性炭、聚乳酸、聚羟基烷酸酯和增塑剂混合物制得的粒料加入压片机压成膜，得到抗菌型PLA基可降解食品包装材料。采用活性炭负载纳米TiO2不仅能净化空气，吸附空气中的微量有毒气体，而且纳米TiO2具有很好的抗菌活性、杀菌，杀病毒，杀霉菌等作用，无任何毒副作用。

Description

一种抗菌型PLA基可降解食品包装材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种食品包装材料，具体涉及一种抗菌型PLA基可降解食品包装材料及其制备方法。
背景技术
全世界每年生产的塑料超过亿万吨，而我国的塑料占了很大的比例。随着塑料用途的不断增长，各种塑料制品的废弃物已形成白色垃圾，造成严重的环境污染。目前包装用的塑料主要包括聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等。这些使用后废弃的塑料，由于不能够降解而长期存在于自然环境中，造成严重的白色污染。为了解决这一问题，可降解塑料的研究和开发成为了全球的一个研究热点。聚乳酸和聚羟基烷酸酯聚合物在使用后能被自然界中的微生物完全降解，最终生产二氧化碳和水，不污染环境，具有良好的生物降解性能和环境友好型特征，是一种新型的绿色环保材料。
抗菌塑料是一种新型塑料，用抗菌塑料制成的用品具有卫生自洁功效。实验证明，以0.1mg/cm3浓度的锐钛型纳米TiO2可彻底地杀死恶性海拉细胞，而且随着超氧化物歧化酶(SOD)添加量的增多，TiO2光催化杀死癌细胞的效率也提高。对枯草杆菌黑色变种芽孢、绿脓杆菌、大肠杆菌、金色葡萄球菌、沙门氏菌、牙枝菌和曲霉的杀灭率均达到98％以上；在涂料中添加纳米TiO2可以制造出杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料，应用于医院病房、手术室及家庭卫生间等细菌密集、易繁殖的场所，防止感染、除臭除味，能够有效杀灭有害细菌。
中国专利CN 1603361A公开了一种生物可降解聚合物，所采用的是淀粉和聚乳酸组成的生物降解聚合物，其用于食品包装中未添加抗菌剂，不能抑制细菌生长、不能防止食物腐烂。
中国专利CN10974213A公开了一种可降解抑菌食物包装材料及其制备方法，该专利是将壳聚糖采用辐射法进行辐照降解后，加入偶联剂进行混合搅拌，加入可降解高分子材料及其他助剂最后得到抑菌包装材料，采用壳聚糖作为抗菌剂，壳聚糖的抗菌性能不好，对食物保鲜效果欠佳。
现有技术中公开的可降解材料中，大多缺乏抗菌效果，并且制备工艺复杂，本案旨在针对现有技术存在的缺陷，制备一种抗菌效果优良，降解效率高，同时具备较好力学性能的食品包装材料。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明目的在于提供一种抗菌型PLA基可降解食品包装材料及其制备方法，采用活性炭负载纳米二氧化钛、聚乳酸、聚羟基烷酸酯、增塑剂作为抗菌型PLA基可降解食品包装材料的原料，操作方便，工艺简单，抗菌效果好，可完全降解。
本发明的抗菌型PLA基可降解食品包装材料，其包括以下重量份原料组成：
聚乳酸40-60份、聚羟基烷酸酯30-40份、活性炭10-15份、纳米二氧化钛1-5份、十六烷基三甲基溴化铵0.01-0.08份和增塑剂1-5份。
活性炭在作用过程中，依靠空气作为媒介，吸附空气中的有害物质，因此被界定为被动空气净化材料。常用的一类空气净化材料，主要用来吸附空气中的微量有毒气体，氨气、甲醛、苯类可以对装修后的异味进行吸附，无污染，无毒、无副作用，可靠放心。
经过超细粉碎得到的活性炭颗粒的粒径为0.1-300μm。
活性炭粒径为0.1-300μm，与高分子材料复合后，能保证制备得到的包装材料表面的光滑性和美观性，同时，活性炭尺寸为微米级别，其具有的比表面积更大，活性高，微孔发达，负载无机粒子能力更强。
制备所述的抗菌型PLA基可降解食品包装材料包括以下制备步骤：
(1)将活性炭超细粉碎后，置于HCl溶液中超声洗涤，洗涤干燥后得到经过处理后的活性炭；
由于市场上所购买的活性炭基本是工业化生产的，比表面积小，且在制备过程中带入的一些灰分物质、可能存留的油性物、杂质会堵塞孔道，严重影响活性炭的吸附效率，因此在使用前必须对活性炭进行预处理，以提高其比表面积和吸附性能，有利于其对抗菌有效成分的吸附，提高产品的抗菌性能。
(2)将纳米二氧化钛和十六烷基三甲基溴化铵加入去离子水中，搅拌分散，加入步骤(1)得到活性炭，吸附二氧化钛搅拌，洗涤、过滤，烘干，得到负载纳米二氧化钛的活性炭；
纳米二氧化钛首先与十六烷基三甲基溴化铵共混，十六烷基三甲基溴化铵会吸附到二氧化钛表面，形成胶束，得到包覆处理后的纳米二氧化钛。
二氧化钛的杀菌作用必须具备两个条件：一是必须有紫外线照射(包括阳光中的紫外线)；二是必须有氧气，这些条件使其在应用的范围受到限制。将纳米二氧化钛用表面用十六烷基三甲基溴化铵包覆处理后，降低电子跃迁的禁带宽度，并产生电子空穴对，以强化光催化作用，增强二氧化钛的抗菌能力，使其不仅在紫外线照射时有较强的杀菌效果，在微光下也有较明显的杀菌效果。
十六烷基三甲基溴化铵还是一种分散剂，有利于二氧化钛的分散，防止二氧化钛的沉积，同时其本身是一种铵盐，具有一定的抗菌性能，能够提高产品的抗菌性能。
(3)按质量份，将负载纳米二氧化钛的活性炭10-15份、聚乳酸40-60份、聚羟基烷酸酯30-40份和增塑剂1-5份直接加入配料容器中，在120℃-130℃条件下搅拌均匀，冷却至80℃以下，将混合后的物料加入双螺杆挤出机，进行熔融、挤出拉条、冷却、切粒，再将制得的粒料加入压片机压成膜，得到抗菌型PLA基可降解食品包装材料。
活性炭的加入方式为喷洒加入，能更好的与其他物料混合均匀，最大程度的提高其抗菌性。
进一步的，步骤(1)的具体的操作如下：
(1)将活性炭超细粉碎后，置于3％-10％浓度的HCl溶液中在30℃下超声15min，超声完成后浸渍3-8h，洗涤干燥后得到经过处理后的活性炭；
活性炭的加入方式为喷洒加入，能更好的与其他物料混合均匀，最大程度的提高其抗菌性。
所述的增塑剂为环氧大豆油、柠檬酸三乙酯、甘油和聚乙二醇中的一种。
虽然增塑剂在本发明中添加量较少，但是削弱了各聚合物分子之间的次价键，从而增加聚合物分子链的移动性，增加了聚合物的可塑性，降低聚合物的脆性，提高伸长率、曲挠性和柔韧性。
采用以上技术方案所制备得到的抗菌型PLA基可降解食品包装材料制备工艺简单，经过处理后的活性炭负载纳米二氧化钛，具有持久长效的抗菌活性，可延长食品的保质期，同时采用聚乳酸和聚羟基烷酸酯为原料，制备得到高分子复合材料使用后可完全生物降解，不造成环境的污染，易于工业化大规模生产等特点。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步描述。
实施例1
一种抗菌型PLA基可降解食品包装材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将活性炭超细粉碎后，置于5％浓度的HCl溶液中在30℃下超声15min，超声完成后浸渍5h，洗涤干燥后得到经过处理后的活性炭；
(2)将1份的纳米二氧化钛和0.01份十六烷基三甲基溴化铵加入到去离子水中，之后加入步骤(1)得到的活性炭取10份，搅拌，洗涤、烘干后得到负载纳米二氧化钛的活性炭；
(3)将负载纳米二氧化钛的活性炭10份、聚乳酸40份、聚羟基烷酸酯30份和环氧大豆油1份直接加入配料容器中，在120℃条件下搅拌均匀，冷却至80℃以下，将混合后的物料加入双螺杆挤出机，进行熔融、挤出拉条、冷却、切粒，再将制得的粒料加入压片机压成膜，得到抗菌型PLA基可降解食品包装材料。
实施例2
一种抗菌型PLA基可降解食品包装材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将活性炭超细粉碎后，置于3％浓度的HCl溶液中在30℃下超声15min，超声完成后浸渍3h，洗涤干燥后得到经过处理后的活性炭；
(2)将2份的纳米二氧化钛和0.03份十六烷基三甲基溴化铵加入到去离子水中，之后加入步骤(1)得到的活性炭取8份，搅拌，洗涤、烘干后得到负载纳米二氧化钛的活性炭；
(3)将负载纳米二氧化钛的活性炭15份、聚乳酸45份、聚羟基烷酸酯30份和柠檬酸三乙酯2份直接加入配料容器中，在120℃条件下搅拌均匀，冷却至80℃以下，将混合后的物料加入双螺杆挤出机，进行熔融、挤出拉条、冷却、切粒，再将制得的粒料加入压片机压成膜，得到抗菌型PLA基可降解食品包装材料。
实施例3
一种抗菌型PLA基可降解食品包装材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将活性炭超细粉碎后，置于5％浓度的HCl溶液中在30℃下超声15min，超声完成后浸渍6h，洗涤干燥后得到经过处理后的活性炭；
(2)将3份的纳米二氧化钛和0.04份十六烷基三甲基溴化铵加入到去离子水中，之后加入步骤(1)得到的活性炭取12份，搅拌，洗涤、烘干后得到负载纳米二氧化钛的活性炭；
(3)将负载纳米二氧化钛的活性炭14份、聚乳酸50份、聚羟基烷酸酯35份和甘油3份直接加入配料容器中，在130℃条件下搅拌均匀，冷却至80℃以下，将混合后的物料加入双螺杆挤出机，进行熔融、挤出拉条、冷却、切粒，再将制得的粒料加入压片机压成膜，得到抗菌型PLA基可降解食品包装材料。
实施例4
一种抗菌型PLA基可降解食品包装材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将活性炭超细粉碎后，置于8％浓度的HCl溶液中在30℃下超声15min，超声完成后浸渍8h，洗涤干燥后得到经过处理后的活性炭；
(2)将5份的纳米二氧化钛和0.05份十六烷基三甲基溴化铵加入到去离子水中，之后加入步骤(1)得到的活性炭取18份，搅拌，洗涤、烘干后得到负载纳米二氧化钛的活性炭；
(3)将负载纳米二氧化钛的活性炭15份、聚乳酸60份、聚羟基烷酸酯40份和聚乙二醇4份直接加入配料容器中，在130℃条件下搅拌均匀，冷却至80℃以下，将混合后的物料加入双螺杆挤出机，进行熔融、挤出拉条、冷却、切粒，再将制得的粒料加入压片机压成膜，得到抗菌型PLA基可降解食品包装材料。
对比例1
(1)活性炭取18份置于去离子水中加入5份的纳米二氧化钛和0.05份十六烷基三甲基溴化铵，在85℃下搅拌，洗涤、烘干后，在氩气气氛下300℃煅烧2小时；
(2)将负载纳米二氧化钛的活性炭15份、聚乳酸60份、聚羟基烷酸酯40份和聚乙二醇4份直接加入配料容器中，在130℃条件下搅拌均匀，冷却至80℃以下，将混合后的物料加入双螺杆挤出机，进行熔融、挤出拉条、冷却、切粒，再将制得的粒料加入压片机压成膜，得到抗菌型PLA基可降解食品包装材料。
对比例2
(1)将活性炭超细粉碎后，置于8％浓度的HCl溶液中在30℃下超声15min，超声完成后浸渍8h，洗涤干燥后得到经过处理后的活性炭；
(2)将5份的纳米二氧化钛加入到去离子水中，之后加入步骤(1)得到的活性炭取18份，搅拌，洗涤、烘干后得到负载纳米二氧化钛的活性炭；
(3)将负载纳米二氧化钛的活性炭15份、聚乳酸60份、聚羟基烷酸酯40份和聚乙二醇4份直接加入配料容器中，在130℃条件下搅拌均匀，冷却至80℃以下，将混合后的物料加入双螺杆挤出机，进行熔融、挤出拉条、冷却、切粒，再将制得的粒料加入压片机压成膜，得到抗菌型PLA基可降解食品包装材料。
抗菌性能测试采用GB/T 31402—2015《塑料表面抗菌性能试验方法》检测，结果如下表所示：
表1
由表1的实验结果可知，实施例1-4制备得到的抗菌型PLA基可降解食品包装材料具有较好的抗菌性能，并且其抗菌耐久性良好，能保持持久抗菌，抗菌时效性可与食品包装材料的使用寿命相同，方便且经济。通过对比例1可以看出，在没有经过处理的活性炭和纳米二氧化钛制备得到抗菌型PLA基可降解食品包装材料抗菌效果较差。对比例2没有使用十六烷基三甲基溴化铵，其抗菌性能会受到一定影响。

Claims (8)

1.一种抗菌型PLA基可降解食品包装材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)将活性炭超细粉碎后，置于HCl溶液中超声洗涤，洗涤干燥后得到经过处理后的活性炭；
(2)将纳米二氧化钛和十六烷基三甲基溴化铵，加入步骤(1)得到的活性炭，搅拌，洗涤，过滤，烘干后，得到负载纳米二氧化钛的活性炭；
(3)按质量份，将负载纳米二氧化钛的活性炭10-15份、聚乳酸40-60份、聚羟基烷酸酯30-40份和增塑剂1-5份直接加入配料容器中，在120℃-130℃条件下搅拌均匀，冷却至80℃以下，将混合后的物料加入双螺杆挤出机，进行熔融、挤出拉条、冷却、切粒，再将制得的粒料加入压片机压成膜，得到抗菌型PLA基可降解食品包装材料。
2.一种如权利要求1所述的抗菌型PLA基可降解食品包装材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)HCl溶液的浓度为3-10％，超声洗涤的时间为15min。
3.一种如权利要求1所述的抗菌型PLA基可降解食品包装材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中经过超细粉碎得到的活性炭颗粒的粒径为0.1-30μm。
4.一种如权利要求1所述的抗菌型PLA基可降解食品包装材料，其特征在于：步骤(1)中的纳米二氧化钛为经过表面包覆剂处理后的纳米二氧化钛，纳米二氧化钛的晶型为锐钛矿。
5.一种如权利要求1所述的抗菌型PLA基可降解食品包装材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中的活性炭、纳米二氧化钛和十六烷基三甲基溴化铵的质量比为：8-20：1-5：0.01-0.08。
6.一种如权利要求1所述的抗菌型PLA基可降解食品包装材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中的活性炭加入方式为喷洒加入。
7.一种如权利要求1所述的抗菌型PLA基可降解食品包装材料的制备方法，其特征在于：所述的增塑剂为环氧大豆油、柠檬酸三乙酯、甘油和聚乙二醇中的一种。
8.一种如权利要求1-6任一项所述的制备方法得到的抗菌型PLA基可降解食品包装材料，其特征在于包括以下重量份的试剂：聚乳酸40-60份、聚羟基烷酸酯30-40份、活性炭10-15份、纳米二氧化钛1-5份、十六烷基三甲基溴化铵0.01-0.08份和增塑剂1-5份。
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