CN110511481A - 一种具有阻燃效果的可降解包装板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有阻燃效果的可降解包装板材及其制备方法，其技术方案是：按以下重量组分：PP树脂49～58％、填充剂20～26％、增韧剂1～3％、降解剂3～8％、阻燃剂12～19％、偶联剂0.6～1.2％、润滑剂0.3～0.8％以及抗氧剂0.3～0.9％，本发明的一种具有阻燃效果的可降解包装板材具有很好的降解效果和阻燃性能，通过光‑生物复合降解剂将包装板材在自然环境中分裂降解，最终以还原形式重新进入生态环境中，回归大自然，解决废弃、不易降解的包装材料回收难度大，同时具有很好阻燃和耐高温性能，解决包装板材极易燃烧，燃烧后产生有毒气体造成空气污染的问题。

Description

一种具有阻燃效果的可降解包装板材及其制备方法
【技术领域】
本申请属于具有阻燃和降解效果的包装材料技术领域，具体涉及一种具有阻燃效果的可降解包装板材及其制备方法。
【背景技术】
塑料包装材料的出现和蓬勃发展，极大方便了人们的生活，但其废弃物也日益增多，使用后在自然环境或垃圾场中难于降解、腐烂，成为经久难化、污染环境的垃圾，同时还具有可燃性，极易在一定条件下燃烧，燃烧后产生有毒气体造成空气污染，很容易造成地下水及土壤污染，妨碍动植物生长，甚至危害人类的生存和健康。
现有包装材料难以满足人们的需求，亟需兼具良好阻燃和降解效果的包装板材，且其制备方法存在高成本、工艺复杂的问题，有待进一步改进。
【发明内容】
本申请为了解决上述技术问题，提供了一种具有阻燃效果的可降解包装板材，具有很好的降解效果，以及良好的阻燃性能。
本发明的另一目的是提供一种具有阻燃效果的可降解包装板材的制备方法。
为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案：
一种具有阻燃效果的可降解包装板材，由以下重量百分比组分组成：
如上所述的一种具有阻燃效果的可降解包装板材，所述降解剂包括光敏剂和生物活性剂，所述光敏剂为硬脂酸铁、二茂铁、硬脂酸铈、辛酸铈中的任一种，所述生物活性剂为改性淀粉、聚羟基脂肪酸酯(PHA)中的任一种。优选地，所述光敏剂与所述生物活性剂比例为1:10，所述光敏剂为硬脂酸铁(上海邦成，优级纯GR)，所述生物活性剂为改性玉米淀粉(山东嘉和，粘度60～100Pa·s)。本申请以光-生物复合降解剂作为降解的引发剂，起到光诱发催化降解的作用，导致包装板材中大分子长链不断地通过光-化学反应分裂成较低相对分子质量的碎片，较低相对分子质量的碎片在空气中进一步发生氧化反应产生自由基断链反应，降解成能被生物分解的低相对分子质量化合物，最终被彻底氧化为CO2和H2O，使包装板材在适宜的条件下实现光降解，最终被环境所消纳，不仅克服了无光或光照不足的不易降解或降解不彻底的缺陷，还克服了生物降解包装材料加工复杂、成本太高、不易推广的弊端。
如上所述的一种具有阻燃效果的可降解包装板材，所述阻燃剂为十溴联苯醚、三(三溴新戊基)磷酸酯、四溴双酚S、六溴环十二烷、三氧化二锑中的一种或组合。为添加型阻燃剂，其作用是增加可降解包装板材的耐燃性，优选阻燃剂为十溴联苯醚(上海跃江，平均粒径3.2μm，pH值7.5)与无机阻燃剂三氧化二锑(久运，优级环保型，粒径0.3～0.9μm)以2:1复配使用阻燃效果更佳，可在包装板材表面生成挥发性的卤化锑和卤氧化锑，而它们的挥发可以吸收热量，同时生成气体可隔绝氧气和可燃物，通过气相阻燃的协同效应使阻燃效果得到明显提高，克服包装包材易燃的问题。
如上所述的一种具有阻燃效果的可降解包装板材，所述PP树脂为均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯中的任一种。本发明选用PP树脂作为包装板材的主材原料，具有原料丰富、价格低、无毒、质量轻的优点，同时易于加工以及优良的耐热性、耐腐蚀性、可降解性等特点，优选所述PP树脂为无规共聚聚丙烯(PP-R)，利安德巴塞尔厂家生产的EC440P，熔点164～170℃，密度0.91g/cm2，具有优异的抗冲击性能和透明度。
如上所述的一种具有阻燃效果的可降解包装板材，所述填充剂为硅藻土、滑石粉、碳酸钙、云母中的一种或组合。其作用是提高刚性和耐热性，提高尺寸稳定性，以及作为生物降解辅助剂，能在一定程度上起到帮助加速生物降解的作用，同时还具有改善阻燃效果以及降低成本的作用，优选所述填充剂为硅藻土与滑石粉以4:1比例混合。
如上所述的一种具有阻燃效果的可降解包装板材，所述增韧剂为NBR、POE、EVA、SBS中的任一种。其作用是降低复合材料脆性和提高复合材料抗冲击性能,优选为POE，美国陶氏生产的POE8107，比重0.87、熔流率1.0。
如上所述的一种具有阻燃效果的可降解包装板材，所述偶联剂为偶联剂KH-550、偶联剂KR-212、偶联剂TTS中任一种，其作用是改善复合材料中PP树脂与填充剂之间的结合力，提高流动性，降低粘度，改善延伸率和冲击性能，同时能对降解剂和阻燃剂进行表明处理，提高降解剂以及阻燃剂与树脂的相容性，使其在树脂中分散均匀，有利于光诱发催化降解功能的充分发挥与提高阻燃效果。
如上所述的一种具有阻燃效果的可降解包装板材，所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸铅中的一种或几种混合，其作用是改善板材的流动性，防止材料在加工过程中对设备的粘附现象，同时起熔融促进作用以及增加产品的表面光泽。
如上所述的一种具有阻燃效果的可降解包装板材，所述抗氧剂由主抗氧剂与辅助抗氧剂以(1～2)：(1～2)的比例组成，所述主抗氧剂为抗氧剂CA、抗氧剂1010、抗氧剂264中的任一种，所述辅助抗氧剂为抗氧剂DLTP、抗氧剂DSTP、抗氧剂168中的任一种。所述主抗氧化剂均为酚类抗氧剂，作用是防止所述可降解板材的热氧老化，对产品的防护效果优异，所述辅助抗氧剂与主抗氧剂并用，可产生协同作用，具有分解大分子氢过氧化物的能力，使之成为稳定的化合物，从而阻止氧化的作用。优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010与所述抗氧剂DLTP以2:1的比例并用，具有很好的协同作用，可显著提高热稳定性。
一种具有阻燃效果的可降解包装板材的制备方法，包括以下步骤：
S1、原料处理及混合
按重量百分比称取上述各组分，将偶联剂、PP树脂、填充剂和增韧剂在混料搅拌机中共混3～5分钟，充分搅拌使各组分均匀分散，温度为80～100℃；再加入降解剂、阻燃剂、润滑剂和抗氧剂混合搅拌4～8分钟，得到混合料；
S2、熔融挤出
将所述混合料放入双螺杆挤出机内加热熔融挤出塑化，即得半成品，其工艺条件为：温度为190～215℃，螺杆转速为400～425r/min；
S3、造粒及后处理
将所述半成品进行拉条、冷却、干燥、造粒，其中冷却过程中冷却水的温度保持在25～40℃；最后投入注塑机进行注射成型，既得。
与现有技术相比，本申请的有益效果如下：
本发明公开了一种具有阻燃效果的可降解包装板材，采用PP树脂和填充剂为主材，再添加增韧剂、降解剂、阻燃剂的改性剂，以及偶联剂、润滑剂和抗氧剂的助剂，其中，降解剂以光-生物复合降解剂作为降解的引发剂，起到光诱发催化降解的作用，使包装板材中大分子长链不断地通过光-化学反应分裂成较低相对分子质量的碎片，较低相对分子质量的碎片在空气中进一步发生氧化反应产生自由基断链反应，降解成能被生物分解的低相对分子质量化合物，克服了无光或光照不足的不易降解或降解不彻底的缺陷，阻燃剂为添加型阻燃剂，增加可降解包装板材的耐燃性，通过气相阻燃的协同效应使阻燃效果得到明显提高，克服了包装包材易燃的问题，本申请通过降解剂与阻燃剂的结合使用，促进了包装板材的阻燃和降解效果，使其具有更好的降解效果和阻燃性能；通过本申请实施例检测，本申请的包装板材其堆肥化生物分解率≧63，堆肥化中崩坏程度≧92，同时阻燃性UL-94均为V-0，氧指数≧27.6％，热变形温度≧135.4℃，表明本申请的包装板材具有优异的降解效果，同时具有优异的阻燃性和耐高温性能，以及具有很好的力学性能；通过光-生物复合降解剂将包装板材在自然环境中分裂降解，最终以还原形式重新进入生态环境中，回归大自然，解决废弃、不易降解的包装材料回收难度大，同时具有很好阻燃和耐高温性能，解决包装板材极易燃烧，燃烧后产生有毒气体造成空气污染的问题。
本发明的一种具有阻燃效果的可降解包装板材的制备方法，采用挤出成型工艺，其制备程序为：计量混合→熔融挤出→造粒和冷却→注塑成型，具有工艺流程简单、制备成本低的特点，适合大规模连续生产。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例1～6对本发明作进一步描述：
实施例1：
一种具有阻燃效果的可降解包装板材的制备方法，包括以下步骤：
S1、原料处理及混合
按表1重量百分比称取各组分，将偶联剂、PP树脂、填充剂和增韧剂在混料搅拌机中共混3分钟，充分搅拌使各组分均匀分散，温度为100℃；再加入降解剂、阻燃剂、润滑剂和抗氧剂混合搅拌6分钟，得到混合料；
S2、熔融挤出
将所述混合料放入双螺杆挤出机内加热熔融挤出塑化，即得半成品，其工艺条件为：双螺杆挤出机各段温度为：1区温度190℃、2区温度195℃、3区温度200℃、4区温度195℃、5区温度190℃、6区温度200℃、7区温度190℃、8区温度195℃、9区温度200℃、模头温度205℃，螺杆转速为420r/min；
S3、造粒及后处理
将所述半成品进行拉条、冷却、干燥、造粒，其中冷却过程中冷却水的温度保持在30℃；最后投入注塑机进行注射成型，既得。
实施例2：
一种具有阻燃效果的可降解包装板材的制备方法，包括以下步骤：
S1、原料处理及混合
按表1重量百分比称取各组分，将偶联剂、PP树脂、填充剂和增韧剂在混料搅拌机中共混5分钟，充分搅拌使各组分均匀分散，温度为90℃；再加入降解剂、阻燃剂、润滑剂和抗氧剂混合搅拌5分钟，得到混合料；
S2、熔融挤出
将所述混合料放入双螺杆挤出机内加热熔融挤出塑化，即得半成品，其工艺条件为：双螺杆挤出机各段温度为：1区温度195℃、2区温度200℃、3区温度205℃、4区温度200℃、5区温度195℃、6区温度205℃、7区温度195℃、8区温度200℃、9区温度205℃、模头温度210℃，螺杆转速为425r/min；
S3、造粒及后处理
将所述半成品进行拉条、冷却、干燥、造粒，其中冷却过程中冷却水的温度保持在40℃；最后投入注塑机进行注射成型，既得。
实施例3：
一种具有阻燃效果的可降解包装板材的制备方法，包括以下步骤：
S1、原料处理及混合
按表1重量百分比称取各组分，将偶联剂、PP树脂、填充剂和增韧剂在混料搅拌机中共混6分钟，充分搅拌使各组分均匀分散，温度为80℃；再加入降解剂、阻燃剂、润滑剂和抗氧剂混合搅拌4分钟，得到混合料；
S2、熔融挤出
将所述混合料放入双螺杆挤出机内加热熔融挤出塑化，即得半成品，其工艺条件为：1区温度200℃、2区温度205℃、3区温度210℃、4区温度215℃、5区温度200℃、6区温度210℃、7区温度200℃、8区温度215℃、9区温度210℃、模头温度215℃，螺杆转速为400r/min；
S3、造粒及后处理
将所述半成品进行拉条、冷却、干燥、造粒，其中冷却过程中冷却水的温度保持在25℃；最后投入注塑机进行注射成型，既得。
实施例4：
一种具有阻燃效果的可降解包装板材的制备方法，包括以下步骤：
S1、原料处理及混合
按表1重量百分比称取各组分，将偶联剂、PP树脂、填充剂和增韧剂在混料搅拌机中共混6分钟，充分搅拌使各组分均匀分散，温度为85℃；再加入降解剂、阻燃剂、润滑剂和抗氧剂混合搅拌8分钟，得到混合料；
S2、熔融挤出
将所述混合料放入双螺杆挤出机内加热熔融挤出塑化，即得半成品，其工艺条件为：1区温度190℃、2区温度195℃、3区温度200℃、4区温度195℃、5区温度190℃、6区温度200℃、7区温度190℃、8区温度195℃、9区温度200℃、模头温度205℃，螺杆转速为405r/min；
S3、造粒及后处理
将所述半成品进行拉条、冷却、干燥、造粒，其中冷却过程中冷却水的温度保持在30℃；最后投入注塑机进行注射成型，既得。
实施例5：
一种具有阻燃效果的可降解包装板材的制备方法，包括以下步骤：
S1、原料处理及混合
按表1重量百分比称取各组分，将偶联剂、PP树脂、填充剂和增韧剂在混料搅拌机中共混4分钟，充分搅拌使各组分均匀分散，温度为95℃；再加入降解剂、阻燃剂、润滑剂和抗氧剂混合搅拌8分钟，得到混合料；
S2、熔融挤出
将所述混合料放入双螺杆挤出机内加热熔融挤出塑化，即得半成品，其工艺条件为：1区温度195℃、2区温度200℃、3区温度205℃、4区温度200℃、5区温度195℃、6区温度205℃、7区温度195℃、8区温度200℃、9区温度205℃、模头温度210℃，螺杆转速为420r/min；
S3、造粒及后处理
将所述半成品进行拉条、冷却、干燥、造粒，其中冷却过程中冷却水的温度保持在25℃；最后投入注塑机进行注射成型，既得。
实施例6：
一种具有阻燃效果的可降解包装板材的制备方法，包括以下步骤：
S1、原料处理及混合
按表1重量百分比称取各组分，将偶联剂、PP树脂、填充剂和增韧剂在混料搅拌机中共混5分钟，充分搅拌使各组分均匀分散，温度为100℃；再加入降解剂、阻燃剂、润滑剂和抗氧剂混合搅拌7分钟，得到混合料；
S2、熔融挤出
将所述混合料放入双螺杆挤出机内加热熔融挤出塑化，即得半成品，其工艺条件为：1区温度200℃、2区温度205℃、3区温度210℃、4区温度215℃、5区温度200℃、6区温度210℃、7区温度200℃、8区温度215℃、9区温度210℃、模头温度215℃，螺杆转速为410r/min；
S3、造粒及后处理
将所述半成品进行拉条、冷却、干燥、造粒，其中冷却过程中冷却水的温度保持在35℃；最后投入注塑机进行注射成型，既得。
表1：实施例1～6的组分重量配比
表2：实施例1～6的性能测试结果
从表2测试数据可知，本申请的可降解包装板材，其堆肥化生物分解率≧63，堆肥化中崩坏程度≧92，符和GB20197中规定的生物降解塑料的性能要求(堆肥化生物分解率≧60，堆肥化中崩坏程度≧90)，表明本发明具有良好的分解效果，本申请的阻燃性UL-94测试结果均为V-0，氧指数≧27.6％，热变形温度≧135.4℃，表明本申请的包装板材属于难燃等级，具有优异的阻燃性和耐高温性能，同时本申请的包装板材其拉伸强度≧19.8MPa、弯曲强度≧29.8MPa、溶体流动速率≧10.8g/10min，具有很好的力学性能；通过光-生物复合降解剂将包装板材在自然环境中分裂降解，最终以还原形式重新进入生态环境中，回归大自然，解决废弃、不易降解的包装材料回收难度大，同时具有很好阻燃和耐高温性能，解决包装板材易燃的问题。

Claims (10)

1.一种具有阻燃效果的可降解包装板材，其特征在于由以下重量百分比组分组成：
2.根据权利要求1所述的一种具有阻燃效果的可降解包装板材，其特征在于：所述降解剂包括光敏剂和生物活性剂，所述光敏剂为硬脂酸铁、二茂铁、硬脂酸铈、辛酸铈中的任一种，所述生物活性剂为改性淀粉、聚羟基脂肪酸酯中的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种具有阻燃效果的可降解包装板材，其特征在于：所述阻燃剂为十溴联苯醚、三(三溴新戊基)磷酸酯、四溴双酚S、六溴环十二烷、三氧化二锑中的一种或组合。
4.根据权利要求1所述的一种具有阻燃效果的可降解包装板材，其特征在于：所述PP树脂为均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯中的任一种。
5.根据权利要求1所述的一种具有阻燃效果的可降解包装板材，其特征在于：所述填充剂为硅藻土、滑石粉、碳酸钙、云母中的一种或组合。
6.根据权利要求1所述的一种具有阻燃效果的可降解包装板材，其特征在于：所述增韧剂为NBR、POE、EVA、SBS中的任一种。
7.根据权利要求1所述的一种具有阻燃效果的可降解包装板材，其特征在于：所述偶联剂为偶联剂KH-550、偶联剂KR-212、偶联剂TTS中任一种。
8.根据权利要求1所述的一种具有阻燃效果的可降解包装板材，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸铅中的一种或几种混合。
9.根据权利要求1所述的一种具有阻燃效果的可降解包装板材，其特征在于：所述抗氧剂由主抗氧剂与辅助抗氧剂以(1～2)：(1～2)的比例组成，所述主抗氧剂为抗氧剂CA、抗氧剂1010、抗氧剂264中的任一种，所述辅助抗氧剂为抗氧剂DLTP、抗氧剂DSTP、抗氧剂168中的任一种。
10.一种根据权利要求1～9任一项所述的具有阻燃效果的可降解包装板材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、原料处理及混合
按重量百分比称取上述各组分，将偶联剂、PP树脂、填充剂和增韧剂在混料搅拌机中共混3～5分钟，充分搅拌使各组分均匀分散，温度为80～100℃；再加入降解剂、阻燃剂、润滑剂和抗氧剂混合搅拌4～8分钟，得到混合料；
S2、熔融挤出
将所述混合料放入双螺杆挤出机内加热熔融挤出塑化，即得半成品，其工作条件为：温度为190～215℃，螺杆转速为400～425r/min；
S3、造粒及后处理
将所述半成品进行拉条、冷却、干燥、造粒，其中冷却过程中冷却水的温度保持在25～40℃；最后投入注塑机进行注射成型，既得。
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