CN110746675A - 一种可降解环保包装袋材料及其制备方法 - Google Patents

一种可降解环保包装袋材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可降解环保包装袋材料及其制备方法，属于物流包装技术领域，所述的材料，包括以下原料：低密度聚乙烯、MBS树脂、硬脂酸丁酯、丁苯橡胶、碳酸钙、竹粉、纳米氧化铜粉、锌粉、氧化锆粉、乙基己酸锌、微晶石蜡、苎麻纤维、氧化钒纤维、2‑羟乙基‑2‑羟丙基甲醚纤维素、γ‑(2,3‑环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、聚乳酸、二辛基琥珀酸磺酸钠、2‑甲基丙烯酸2‑(二甲基氨基)乙基‑2(醇)酯，所述材料是经过称取原料、混合、熔融挤出等步骤制成的。本发明制得的包装袋材料具有优异的抗菌性性能、拉伸性能、降解性能、环保性能等优点，可降低生产成本，满足物流包装技术领域的应用需求。

Description

一种可降解环保包装袋材料及其制备方法
技术领域
本发明属于物流包装技术领域，具体涉及一种可降解环保包装袋材料及其制备方法。
背景技术
随着社会的不断进步和人们的生活水平的不断提高，包装袋已成为工业以及日常生活中不可或缺的重要消耗品之一。
物流包装袋指快递行业运送货物等所包装用的袋子。目前使用较多的是用聚乙烯材料做成的塑料快递袋，具有成本低，使用方便，防水性能好的特点，但存在以下几个方面的缺陷：（1）在使用过程中容易滋生细菌，影响使用安全性，此外在物流运输过程中，由于运输空间的密闭不透气以及温度高，如此，更进一步加快包装袋上的细菌滋生，更不利于安全使用。（2）在运输或使用过程中很容易被外力或尖锐物刮破或刺破，影响包装袋的正常使用，也给人们带来诸多不便。（3）降解性能差，不够环保。
中国专利申请文献“一种抗菌防破损包装袋及其制备方法（申请公布号：CN105968493 A）”公开了一种抗菌防破损包装袋，包括如下重量份数的组分：低密度聚乙烯58-71份、丁苯橡胶13-19份、MBS树脂6-15份、羟基硅油3-9份、竹粉7-14份、苎麻纤维5-11份、纳米氧化铜粉3-6份、锌粉2-6份、氧化锆粉4-9份、碱式碳酸钙6-13份、黄原胶5-11份、微晶石蜡1-6份、POE 2-5份、乙基己酸锌2-8份、硬脂酸丁酯3-10份、氧化钒纤维2-9份、2-羟乙基-2-羟丙基甲醚纤维素1-6份、偶联剂0 .5-3份。该包装袋具有一定的抗菌效果好，可防刮破或刺破，但降解性能差，不够环保，无法满足物流包装领域的应用需求。
因此，如何对现有技术进行改进，提高降解性能等，以满足物流包装领域的应用需求，成为了新的研究方向。
发明内容
为解决现有技术制得的包装袋材料降解性能差，不够环保，无法满足物流包装领域的应用需求的问题，本发明通过优化制备工艺，从而提出一种可降解环保包装袋材料及其制备方法，以提高降解性能等，满足物流包装领域的应用需求。
为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种可降解环保包装袋材料，包括以下原料：低密度聚乙烯、MBS树脂、硬脂酸丁酯、丁苯橡胶、碳酸钙、竹粉、纳米氧化铜粉、锌粉、氧化锆粉、乙基己酸锌、微晶石蜡、苎麻纤维、氧化钒纤维、2-羟乙基-2-羟丙基甲醚纤维素、γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷、聚乳酸、二辛基琥珀酸磺酸钠、2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯。
优选地，所述γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷、聚乳酸、二辛基琥珀酸磺酸钠、2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯的重量比为（0.8-2.6）:（3-7）:（0.6-1.5）:（2-5）。
更优选地，所述的可降解环保包装袋材料，以重量份为单位，包括以下原料：低密度聚乙烯80-102份、MBS树脂18-22份、硬脂酸丁酯9-14份、丁苯橡胶23-28份、碳酸钙16-25份、竹粉15-20份、纳米氧化铜粉4-9份、锌粉5-10份、氧化锆粉5-8份、乙基己酸锌3-6份、微晶石蜡5-8份、苎麻纤维13-16份、氧化钒纤维3-8份、2-羟乙基-2-羟丙基甲醚纤维素4-6份、γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷0.8-2.6份、聚乳酸3-7份、二辛基琥珀酸磺酸钠0.6-1.5份、2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯2-5份。
再更优选地，所述的可降解环保包装袋材料，以重量份为单位，包括以下原料：低密度聚乙烯94份、MBS树脂20份、硬脂酸丁酯12份、丁苯橡胶26份、碳酸钙22份、竹粉18份、纳米氧化铜粉8份、锌粉9份、氧化锆粉7份、乙基己酸锌5份、微晶石蜡6份、苎麻纤维15份、氧化钒纤维5份、2-羟乙基-2-羟丙基甲醚纤维素5份、γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷2份、聚乳酸5份、二辛基琥珀酸磺酸钠1.2份、2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯4份。
本发明还提供一种根据可降解环保包装袋材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量份数配比称取原料；
（2）先将竹粉、纳米氧化铜粉、锌粉、氧化锆粉、乙基己酸锌、微晶石蜡、苎麻纤维、氧化钒纤维、2-羟乙基-2-羟丙基甲醚纤维素混合均匀，制得混合物A；
（3）将步骤（2）制得的混合物A与余下原料一起加入到反应釜中混合，制得混合物B；
（4）将步骤（3）制得的混合物B投入到双螺杆挤出机中熔融挤出，制得可降解环保包装袋材料。
优选地，步骤（2）中将竹粉、纳米氧化铜粉、锌粉、氧化锆粉、乙基己酸锌、微晶石蜡、苎麻纤维、氧化钒纤维、2-羟乙基-2-羟丙基甲醚纤维素混合均匀所采用的温度为80-85℃。
优选地，步骤（3）中混合的条件：在温度为100-120℃，转速为800-1200r/min下混合2-3h。
更优选地，所述混合的条件：在温度为118℃，转速为1200r/min下混合2h。
优选地，步骤（4）中熔融挤出的条件：在温度为170-190℃，螺杆转速为60-100r/min，挤出压力为15-18MPa下熔融挤出。
更优选地，所述熔融挤出的条件：在温度为189℃，螺杆转速为100r/min，挤出压力为18MPa下熔融挤出。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明采用低密度聚乙烯、γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷、聚乳酸、二辛基琥珀酸磺酸钠、2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯在制备包装袋材料中起到了协同作用，提高了抗菌性性能、拉伸性能和降解性能。
（2）本发明制得的包装袋材料的抗菌率达到了98.23%以上，拉伸强度达到了64.6MPa以上，土埋120天后失重达到87.1%以上，说明具有优异的抗菌性性能、拉伸性能、降解性能、环保性能等优点，可降低生产成本，满足物流包装技术领域的应用需求。
（3）本发明制得的包装袋材料的抗菌性性能、拉伸性能和降解性能显著高于（现有技术）制得的包装袋的抗菌性性能、拉伸性能和降解性能，分别至少高于4.7%、39.5%、15.2%，说明了本发明的技术具有显著进步。
（4）本发明制得的包装袋材料的抗菌性性能达到了98.23%以上，可有效解决在物流运输过程中，由于运输空间的密闭不透气以及温度高，导致包装袋上的细菌滋生，不利于安全使用的问题。
（5）本发明制得的包装袋材料拉伸强度达到了64.6MPa以上，可有效解决在运输或使用过程中很容易被外力或尖锐物刮破或刺破，影响包装袋的正常使用，给人们带来诸多不便的问题。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
在实施例中，可降解环保包装袋材料，以重量份为单位，包括以下原料：低密度聚乙烯80-102份、MBS树脂18-22份、硬脂酸丁酯9-14份、丁苯橡胶23-28份、碳酸钙16-25份、竹粉15-20份、纳米氧化铜粉4-9份、锌粉5-10份、氧化锆粉5-8份、乙基己酸锌3-6份、微晶石蜡5-8份、苎麻纤维13-16份、氧化钒纤维3-8份、2-羟乙基-2-羟丙基甲醚纤维素4-6份、γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷0.8-2.6份、聚乳酸3-7份、二辛基琥珀酸磺酸钠0.6-1.5份、2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯2-5份；
所述可降解环保包装袋材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量份数配比称取原料；
（2）先将竹粉、纳米氧化铜粉、锌粉、氧化锆粉、乙基己酸锌、微晶石蜡、苎麻纤维、氧化钒纤维、2-羟乙基-2-羟丙基甲醚纤维素在80-85℃下混合均匀，制得混合物A；
（3）将步骤（2）制得的混合物A与余下原料一起加入到反应釜中，在温度为100-120℃，转速为800-1200r/min下混合2-3h，制得混合物B；
（4）将步骤（3）制得的混合物B投入到双螺杆挤出机中，在温度为170-190℃，螺杆转速为60-100r/min，挤出压力为15-18MPa下熔融挤出，制得可降解环保包装袋材料。
实施例1
一种可降解环保包装袋材料，以重量份为单位，包括以下原料：低密度聚乙烯83份、MBS树脂19份、硬脂酸丁酯9份、丁苯橡胶24份、碳酸钙18份、竹粉15份、纳米氧化铜粉5份、锌粉6份、氧化锆粉5份、乙基己酸锌3份、微晶石蜡5份、苎麻纤维14份、氧化钒纤维3份、2-羟乙基-2-羟丙基甲醚纤维素4份、γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷1份、聚乳酸3份、二辛基琥珀酸磺酸钠0.7份、2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯2份；
所述可降解环保包装袋材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量份数配比称取原料；
（2）先将竹粉、纳米氧化铜粉、锌粉、氧化锆粉、乙基己酸锌、微晶石蜡、苎麻纤维、氧化钒纤维、2-羟乙基-2-羟丙基甲醚纤维素在80℃下混合均匀，制得混合物A；
（3）将步骤（2）制得的混合物A与余下原料一起加入到反应釜中，在温度为102℃，转速为800r/min下混合3h，制得混合物B；
（4）将步骤（3）制得的混合物B投入到双螺杆挤出机中，在温度为172℃，螺杆转速为60r/min，挤出压力为15MPa下熔融挤出，制得可降解环保包装袋材料。
实施例2
一种可降解环保包装袋材料，以重量份为单位，包括以下原料：低密度聚乙烯94份、MBS树脂20份、硬脂酸丁酯12份、丁苯橡胶26份、碳酸钙22份、竹粉18份、纳米氧化铜粉8份、锌粉9份、氧化锆粉7份、乙基己酸锌5份、微晶石蜡6份、苎麻纤维15份、氧化钒纤维5份、2-羟乙基-2-羟丙基甲醚纤维素5份、γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷2份、聚乳酸5份、二辛基琥珀酸磺酸钠1.2份、2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯4份；
所述可降解环保包装袋材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量份数配比称取原料；
（2）先将竹粉、纳米氧化铜粉、锌粉、氧化锆粉、乙基己酸锌、微晶石蜡、苎麻纤维、氧化钒纤维、2-羟乙基-2-羟丙基甲醚纤维素在85℃下混合均匀，制得混合物A；
（3）将步骤（2）制得的混合物A与余下原料一起加入到反应釜中，在温度为118℃，转速为1200r/min下混合2h，制得混合物B；
（4）将步骤（3）制得的混合物B投入到双螺杆挤出机中，在温度为189℃，螺杆转速为100r/min，挤出压力为18MPa下熔融挤出，制得可降解环保包装袋材料。
实施例3
一种可降解环保包装袋材料，以重量份为单位，包括以下原料：低密度聚乙烯100份、MBS树脂21份、硬脂酸丁酯12份、丁苯橡胶26份、碳酸钙25份、竹粉19份、纳米氧化铜粉9份、锌粉8份、氧化锆粉8份、乙基己酸锌5份、微晶石蜡7份、苎麻纤维16份、氧化钒纤维6份、2-羟乙基-2-羟丙基甲醚纤维素6份、γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷2.5份、聚乳酸7份、二辛基琥珀酸磺酸钠1.4份、2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯5份；
所述可降解环保包装袋材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量份数配比称取原料；
（2）先将竹粉、纳米氧化铜粉、锌粉、氧化锆粉、乙基己酸锌、微晶石蜡、苎麻纤维、氧化钒纤维、2-羟乙基-2-羟丙基甲醚纤维素在83℃下混合均匀，制得混合物A；
（3）将步骤（2）制得的混合物A与余下原料一起加入到反应釜中，在温度为108℃，转速为1000r/min下混合2.6h，制得混合物B；
（4）将步骤（3）制得的混合物B投入到双螺杆挤出机中，在温度为182℃，螺杆转速为90r/min，挤出压力为16MPa下熔融挤出，制得可降解环保包装袋材料。
对比例1
与实施例2的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备可降解环保包装袋材料的原料中缺少低密度聚乙烯、γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷、聚乳酸、二辛基琥珀酸磺酸钠、2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯。
对比例2
与实施例2的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备可降解环保包装袋材料的原料中缺少低密度聚乙烯。
对比例3
与实施例2的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备可降解环保包装袋材料的原料中缺少γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷。
对比例4
与实施例2的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备可降解环保包装袋材料的原料中缺少聚乳酸。
对比例5
与实施例2的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备可降解环保包装袋材料的原料中缺少二辛基琥珀酸磺酸钠。
对比例6
与实施例2的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备可降解环保包装袋材料的原料中缺少2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯。
对比例7
中国专利申请文献“一种抗菌防破损包装袋及其制备方法（申请公布号：CN105968493A）”中实施例4制备包装袋材料。
性能测试
将实施例1-3和对比例1-7制得的包装袋材料加入到吹塑机中，吹塑成型，其吹塑成型的条件为：吹胀比为1:3.5，牵引速度为4.6m/min，主机转速为70rpm，加工成型包装袋，对实施例1-3和对比例1-7制得的包装袋产品进行相关性能测试，结果如下表所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。
注：采用国标GB/T 31402-2015进行抗菌测试；采用国标GB/T 1040.3-2006进行拉伸性能测试；采用国标GB/T 20197-2006进行降解试验。
由上表可知：
（1）由实施例2和对比例1-6的数据可见，低密度聚乙烯、γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷、聚乳酸、二辛基琥珀酸磺酸钠、2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯在制备包装袋材料中起到了协同作用，提高了抗菌性性能、拉伸性能和降解性能；这可能是：聚乳酸表面含有非常多的羟基，其在γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷的接枝作用下，使得聚乳酸接枝到低密度聚乙烯上，而低密度聚乙烯的表面含有大量的不饱和键，可实现聚乳酸依附着低密度聚乙烯，从而能够让低密度聚乙烯在聚乳酸的接枝作用下降解。此外，聚乳酸为酸性物质，聚乳酸水解后可产生酸性的环境，而酸性的环境能够有效抑制细菌的酶活性，进而抑制细菌生长，从而能够抑制或杀死细菌，提高包装袋材料的抗菌性能。
二辛基琥珀酸磺酸钠能够改进分子间的留着率，还能够充分发挥分散和活化效果，进而活化γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷、聚乳酸、2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯，使γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷、聚乳酸、2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯能够均匀的分散在低密度聚乙烯中，降低包装袋材料的结晶度，同时能够抑制包装袋在吹塑过程中因分散相产生的聚集问题，从而阻止因为2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯、聚乳酸用量过多发生团聚现象，使得受力方向两界面分离拓宽聚乙烯分子链的空间自由体积形成空穴，不仅提高包装袋材料的降解性能，还提高了拉伸性能。
2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯中小的颗粒可对剪切变形产生作用，而大的颗粒能够阻止裂纹的增长，使得包装袋在吹塑过程中能够抑制分散相产生的聚集问题，导致不规则分子链的产生，以及受力方向两界面分离形成空穴，二辛基琥珀酸磺酸钠与2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯粒子相互作用，避免空穴形成，可有效解决了形成空穴这种局部集中应力的问题，从而提高了包装袋材料的拉伸性能。
（2）实施例1-3制得的包装袋的抗菌率达到了98.23%以上，拉伸强度达到了64.6MPa以上，土埋120天后失重达到87.1%以上，说明具有优异的抗菌性性能、拉伸性能和降解性能等优点。
（3）由实施例1-3和对比例7的数据可见，实施例1-3制得的包装袋的抗菌性性能、拉伸性能和降解性能显著高于对比例7（现有技术）制得的包装袋的抗菌性性能、拉伸性能和降解性能，分别至少高于4.7%、39.5%、15.2%，说明了本发明的技术具有显著进步。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种可降解环保包装袋材料，包括以下原料：低密度聚乙烯、MBS树脂、硬脂酸丁酯、丁苯橡胶、碳酸钙、竹粉、纳米氧化铜粉、锌粉、氧化锆粉、乙基己酸锌、微晶石蜡、苎麻纤维、氧化钒纤维、2-羟乙基-2-羟丙基甲醚纤维素，其特征在于，还包括以下原料：γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷、聚乳酸、二辛基琥珀酸磺酸钠、2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯。
2.根据权利要求1所述的可降解环保包装袋材料，其特征在于，所述γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷、聚乳酸、二辛基琥珀酸磺酸钠、2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯的重量比为（0.8-2.6）:（3-7）:（0.6-1.5）:（2-5）。
3.根据权利要求1所述的可降解环保包装袋材料，其特征在于，以重量份为单位，包括以下原料：低密度聚乙烯80-102份、MBS树脂18-22份、硬脂酸丁酯9-14份、丁苯橡胶23-28份、碳酸钙16-25份、竹粉15-20份、纳米氧化铜粉4-9份、锌粉5-10份、氧化锆粉5-8份、乙基己酸锌3-6份、微晶石蜡5-8份、苎麻纤维13-16份、氧化钒纤维3-8份、2-羟乙基-2-羟丙基甲醚纤维素4-6份、γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷0.8-2.6份、聚乳酸3-7份、二辛基琥珀酸磺酸钠0.6-1.5份、2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯2-5份。
4.根据权利要求3所述的可降解环保包装袋材料，其特征在于，以重量份为单位，包括以下原料：低密度聚乙烯94份、MBS树脂20份、硬脂酸丁酯12份、丁苯橡胶26份、碳酸钙22份、竹粉18份、纳米氧化铜粉8份、锌粉9份、氧化锆粉7份、乙基己酸锌5份、微晶石蜡6份、苎麻纤维15份、氧化钒纤维5份、2-羟乙基-2-羟丙基甲醚纤维素5份、γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷2份、聚乳酸5份、二辛基琥珀酸磺酸钠1.2份、2-甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基-2(醇)酯4份。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的可降解环保包装袋材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按重量份数配比称取原料；
（2）先将竹粉、纳米氧化铜粉、锌粉、氧化锆粉、乙基己酸锌、微晶石蜡、苎麻纤维、氧化钒纤维、2-羟乙基-2-羟丙基甲醚纤维素混合均匀，制得混合物A；
（3）将步骤（2）制得的混合物A与余下原料一起加入到反应釜中混合，制得混合物B；
（4）将步骤（3）制得的混合物B投入到双螺杆挤出机中熔融挤出，制得可降解环保包装袋材料。
6.根据权利要求5所述的可降解环保包装袋材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中将竹粉、纳米氧化铜粉、锌粉、氧化锆粉、乙基己酸锌、微晶石蜡、苎麻纤维、氧化钒纤维、2-羟乙基-2-羟丙基甲醚纤维素混合均匀所采用的温度为80-85℃。
7.根据权利要求5所述的可降解环保包装袋材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中混合的条件：在温度为100-120℃，转速为800-1200r/min下混合2-3h。
8.根据权利要求7所述的可降解环保包装袋材料的制备方法，其特征在于，所述混合的条件：在温度为118℃，转速为1200r/min下混合2h。
9.根据权利要求5所述的可降解环保包装袋材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中熔融挤出的条件：在温度为170-190℃，螺杆转速为60-100r/min，挤出压力为15-18MPa下熔融挤出。
10.根据权利要求9所述的可降解环保包装袋材料的制备方法，其特征在于，所述熔融挤出的条件：在温度为189℃，螺杆转速为100r/min，挤出压力为18MPa下熔融挤出。
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