CN110760169A - 一种阻隔材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻隔材料及其制备方法，配方包括：1‑30％的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、5‑20％的聚乳酸(PLA)、50‑80％的己二酸‑对苯二甲酸‑丁二醇酯共聚物(PBAT)、5‑20％功能性粉体、1‑5％的加工助剂和0‑5％的其它助剂；该发明，以PBAT为基础材料，利用PBS的高结晶性和功能粉体的片层结构，形成材料内分子级水汽阻隔层，此外选用具有结晶特性聚乳酸材料在成核剂和片层粉体作用下形成优良的氧气阻隔层，采用双螺杆熔融共混挤出技术实现结晶体和功能粉体的分散，利用单层吹膜技术实现包装薄膜的高效低成本制备，用复合技术实现阻隔膜和纸、铝箔等多元材料的粘合；具有一定阻隔性的生物降解材料，用于复合包装，具有阻水、阻氧、保香、完全生物降解功能。
Description
技术领域
本发明涉及纸塑复合包装技术领域，具体为一种阻隔材料及其制备方法。
背景技术
塑料包装给人们带来极大的便利，但是污染也日益严重。目前国内外主要把焦点集中在商超购物袋、垃圾分类和垃圾袋、农用地膜等领域。生活中用于包装干货、坚果、粉剂、糖果等食品包装、面膜、药品等阻隔包装和复合包装也造成日益严重的污染，而且传统的阻隔包装都是基于聚烯烃类多层挤出或多层复合包装方案，里面含有多种塑料成分，完全无法回收再利用。复合膜对环境的污染在不就的将来会超过购物袋和垃圾袋。
生物降解材料由于本身材料特性的原因，在阻隔包装领域研究较少，用于耐久性较长的复合包装更是少。公开号CN106003943A提出用三层共挤方法制备具有优良阻隔性的地膜材料，但材料中含有淀粉，在水汽透过率、强度和耐老化方面很难满足复合包装；中国专利CN102007001A公开了一种生物降解复合氧阻隔膜，有支撑层和阻隔层组成，其中阻隔层为二氧化碳聚合物，阻氧效果显著，但耐水性比较差，且制备工艺复杂，不适合规模化工业包装。日本专利JP177072提出采用在PLA膜表面涂覆聚乙烯醇的方法制备氧阻隔膜，但聚乙烯醇的阻水性差，且在自然环境中很难被生物降解。专利CN0210235提出在生物降解膜上进行镀铝的方法，但降解膜很难达到镀铝所要求的表面光洁度和平整度，镀铝的效果很难达到要求，且成本高昂。目前报道的国内专利大多利用二氧化碳聚合物来提高阻隔性，但二氧化碳聚合物本身的缺陷(玻璃化温度低、聚合物分子量低、催化剂残留多、国内外工业化几个项目都因技术问题停产)，真正要实现阻隔包装的产业化还有很长的路要走。
针对现有阻隔复合包装的污染问题，和现有专利技术的不足，本发明提供一种对水蒸汽和氧气具有优良阻隔性的完全生物降解材料，生产成本低，材料、工艺成熟。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阻隔材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种阻隔材料，配方包括：聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)、己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)、功能性粉体、加工助剂和其它助剂，各组分的质量百分含量分别是：1-30％的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、5-20％的聚乳酸(PLA)、50-80％的己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)、5-20％功能性粉体、1-5％的加工助剂和0-5％的其它助剂。
一种阻隔材料的制备方法，包括以下步骤，步骤一，原料预处理；步骤二，原料选取；步骤三，混合造粒；步骤四，吹膜；步骤五，分切；
其中在上述步骤一中，将PLA用除湿干燥系统干燥1-10h；将蒙脱土等粉体进行适当的活化偶联处理；
其中在上述步骤二中，按照各组分的质量百分含量分别是：1-30％的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、5-20％的聚乳酸(PLA)、50-80％的己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)、5-20％功能性粉体、1-5％的加工助剂和0-5％的其它助剂进行选取，并按照重量百分比之和为1进行称取；
其中在上述步骤三中，混合造粒包括以下步骤：
1)将称量好的物料加入到专用的三维混合机中搅拌3-10min，至物料充分混匀；
2)将混合好的物料投入双螺杆挤出机中造粒，双螺杆挤出机的加料段温度在90-120℃，压缩段温度在140-180℃，均化段温度在140-165℃，口模温度在150-175℃，转速在280-400rpm；
其中在上述步骤四中，将造好的粒料，用普通吹膜机吹膜，吹膜挤出机的加料段温度在90-120℃，压缩段温度在140-170℃，均化段温度在150-175℃，口模温度在150-175℃，转速在20-50rpm，吹胀比2-6倍，拉伸比为2-6倍，阻隔膜厚度35-100微米；
其中在上述步骤五中，将所制备的阻隔膜进行分切即可得到阻隔材料。
根据上述技术方案，所述加工助剂包括增塑剂，所述增塑剂是柠檬酸三正丁酯、乙酰柠檬酸三正丁酯、环氧大豆油、三醋酸甘油酯、环氧脂肪酸甲酯等中的一种或者几种共混物。
根据上述技术方案，所述加工助剂还包括抗氧剂、热稳定剂、润滑剂、开口剂、偶联剂中的一种或者几种，其中抗氧剂是1010、1076、264、425、330、626、627、DSTP、DLTP中的一种或者几种；热稳定剂是钙锌热稳定剂、硬脂酸锌、硬脂酸钙、有机锡、水滑石中的一种或者几种；润滑剂为硬脂酸、季戊四醇硬脂酸酯、乙撑双硬脂酰胺中一种或者几种；开口剂是油酸酰胺、芥酸酰胺、硅酮等中的一种或者几种；偶联剂是硅烷类偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯类偶联剂中的一种或者几种。
根据上述技术方案，所述其他助剂还包括扩链剂、抗水解剂、抗紫外线剂，其中扩链剂为苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯类，抗水解剂为单体型碳化亚胺和聚合型碳化亚胺的一种或两种，抗紫外线剂包括UV531、UV234、UV327中的一种或多种复合。
根据上述技术方案，所述功能性粉体是超微细云母粉(8000-10000目)、超微细蒙脱土(8000-10000目)和超微细滑石粉(8000-10000目)的混合物。
根据上述技术方案，所述步骤五中，将分切完成的阻隔材料与和纸、铝箔等材料进行复合，制备阻隔复合包装袋。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1.具有良好的力学强度；
2.阻水、阻氧效果显著，能满足大部分与纸和铝箔的复合包装货架要求；
3.100％生物降解，无其他塑料成分残留，可以满足食品接触要求；
4.生产工艺简单，无需改变现有复合工艺和设备；
5.成本低，能解决现有对复合包装生物降解的迫切需求，有极强推广价值，填补国际空白。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
实施例1：
一种阻隔材料，配方包括：聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)、己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)、增塑剂、云母粉、滑石粉、润滑剂、扩链剂、抗紫外线剂和抗氧化剂，各组分的质量百分含量分别是：15％的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、10％的聚乳酸(PLA)、60.5％的己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)、1％增塑剂、6％云母粉、6％滑石粉、0.5％润滑剂、0.2％扩链剂、0.3％抗紫外线剂和0.2％抗氧化剂。
其中，己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)的型号为TH801T；聚乳酸(PLA)的型号为4032D；聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的型号为TH803S；增塑剂为一种乙酰柠檬酸三正丁酯；润滑剂为一种硬脂酸1801；扩链剂的型号为4468；抗紫外线剂的型号为UV531；抗氧化剂的型号为1010。
将称量好的材料按混料先后顺序分别投入到三维混合机中搅拌10min，然后投入双螺杆挤出机中造粒，用吹膜机吹0.05*600mm尺寸片膜，用于和铝箔复合，测试拉力和阻隔性。
实施例2：
一种阻隔材料，配方包括：聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)、己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)、增塑剂、滑石粉、润滑剂、扩链剂、抗紫外线剂、抗水解剂和抗氧化剂，各组分的质量百分含量分别是：10％的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、16％的聚乳酸(PLA)、60.5％的己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)、1％增塑剂、12％滑石粉、0.5％润滑剂、0.2％扩链剂、0.3％抗紫外线剂、0.3％抗水解剂和0.2％抗水解剂。
其中，己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)的型号为Ecoflex C1200；聚乳酸(PLA)的型号为3100HP；聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的型号为AD91Z；增塑剂为一种乙酰柠檬酸三正丁酯；润滑剂为一种硬脂酸1801；扩链剂的型号为4468；抗紫外线剂的型号为UV531；抗水解剂为一种德国朗盛化工产的聚碳化二亚胺；抗氧化剂的型号为1010。
将称量好的材料按混料先后顺序分别投入到三维混合机中搅拌10min，然后投入双螺杆挤出机中造粒，用吹膜机吹0.075*500mm，并测试性能，该膜用于和牛皮纸复合，包装坚果等效果良好。
实施例1，2的材料性能如下：
实施例3：
一种阻隔材料，配方包括：聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)、己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)、增塑剂、超细有机蒙脱土、滑石粉、润滑剂、抗紫外线剂、抗水解剂和抗氧化剂，各组分的质量百分含量分别是：5％的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、25％的聚乳酸(PLA)、51.2％的己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)、2.5％增塑剂、7％超细有机蒙脱土、8％滑石粉、0.5％润滑剂、0.3％抗紫外线剂、0.3％抗水解剂和0.2％抗氧化剂。
其中，己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)的型号为TH801T；聚乳酸(PLA)的型号为2500HP；聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的型号为TH803S；增塑剂为一种乙酰柠檬酸三正丁酯；润滑剂为一种硬脂酸1801；抗紫外线剂的型号为UV531；抗水解剂为一种德国朗盛化工产的聚碳化二亚胺；抗氧化剂的型号为1010。
将称量好的材料按混料先后顺序分别投入到三维混合机中搅拌10min，然后投入双螺杆挤出机中造粒，用吹膜机吹0.05*480mm，并测试性能，用于和纸袋复合，包装茶叶、咖啡等高阻隔要求。
实施例4：
一种阻隔材料，配方包括：聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)、己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)、增塑剂、超细有机蒙脱土、滑石粉、润滑剂、扩链剂、抗紫外线剂、抗水解剂和抗氧化剂，各组分的质量百分含量分别是：25％的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、5％的聚乳酸(PLA)、50.3％的己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)、1％增塑剂、5％超细有机蒙脱土、12％滑石粉、0.5％润滑剂、0.5％抗紫外线剂、0.5％抗水解剂和0.2％抗氧化剂。
其中，己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)的型号为Ecoflex C1200；聚乳酸(PLA)的型号为4042D；聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的型号为TH803S；增塑剂为一种乙酰柠檬酸三正丁酯；润滑剂为一种硬脂酸1801；扩链剂的型号为4468；抗紫外线剂为0.3％的UV531和0.2％的UV324；抗水解剂为一种日本株式会社GSI公司产的聚碳化二亚胺；抗氧化剂的型号为1010。
将称量好的材料按混料先后顺序分别投入到三维混合机中搅拌10min，然后投入双螺杆挤出机中造粒，吹膜机吹0.075*800mm，用于和牛皮纸复合，超长货架。
实施例5：
一种阻隔材料，配方包括：聚乳酸(PLA)、己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)、超细有机蒙脱土、滑石粉、云母粉、润滑剂、抗紫外线剂、抗水解剂和抗氧化剂，各组分的质量百分含量分别是：13％的聚乳酸(PLA)、72.7％的己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)、3％超细有机蒙脱土、5％滑石粉、5％云母粉、0.5％润滑剂、0.3％抗紫外线剂、0.3％抗水解剂和0.2％抗氧化剂。
其中，聚乳酸(PLA)的型号为4032D；己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)的型号为TH801T；润滑剂为一种硬脂酸1801；抗紫外线剂的型号为UV531；抗水解剂为一种德国朗盛化工产的聚碳化二亚胺；抗氧化剂的型号为1010。
将称量好的材料按混料先后顺序分别投入到三维混合机中搅拌10min，然后投入双螺杆挤出机中造粒，用吹膜机吹0.06*600mm并测试性能，用于和铝箔、牛皮纸三层复合。
实施例3，4，5的材料性能如下：
综上所述，本发明，以PBAT为基础材料，利用PBS的高结晶性和功能粉体的片层结构，形成材料内分子级水汽阻隔层，此外选用具有结晶特性聚乳酸材料在成核剂和片层粉体作用下形成优良的氧气阻隔层。本技术采用双螺杆熔融共混挤出技术实现结晶体和功能粉体的分散，利用单层吹膜技术实现包装薄膜的高效低成本制备，用复合技术实现阻隔膜和纸、铝箔等多元材料的粘合；具有一定阻隔性的生物降解材料，用于复合包装，具有阻水、阻氧、保香、完全生物降解功能。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种阻隔材料，配方包括：聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)、己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)、功能性粉体、加工助剂和其它助剂，其特征在于：各组分的质量百分含量分别是：1-30％的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、5-20％的聚乳酸(PLA)、50-80％的己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)、5-20％功能性粉体、1-5％的加工助剂和0-5％的其它助剂。
2.一种阻隔材料的制备方法，包括以下步骤，步骤一，原料预处理；步骤二，原料选取；步骤三，混合造粒；步骤四，吹膜；步骤五，分切；其特征在于：
其中在上述步骤一中，将PLA用除湿干燥系统干燥1-10h；将蒙脱土等粉体进行适当的活化偶联处理；
其中在上述步骤二中，按照各组分的质量百分含量分别是：1-30％的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、5-20％的聚乳酸(PLA)、50-80％的己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物(PBAT)、5-20％功能性粉体、1-5％的加工助剂和0-5％的其它助剂进行选取，并按照重量百分比之和为1进行称取；
其中在上述步骤三中，混合造粒包括以下步骤：
1)将称量好的物料加入到专用的三维混合机中搅拌3-10min，至物料充分混匀；
2)将混合好的物料投入双螺杆挤出机中造粒，双螺杆挤出机的加料段温度在90-120℃，压缩段温度在140-180℃，均化段温度在140-165℃，口模温度在150-175℃，转速在280-400rpm；
其中在上述步骤四中，将造好的粒料，用普通吹膜机吹膜，吹膜挤出机的加料段温度在90-120℃，压缩段温度在140-170℃，均化段温度在150-175℃，口模温度在150-175℃，转速在20-50rpm，吹胀比2-6倍，拉伸比为2-6倍，阻隔膜厚度35-100微米；
其中在上述步骤五中，将所制备的阻隔膜进行分切即可得到阻隔材料。
3.根据权利要求1所述的一种阻隔材料，其特征在于：所述加工助剂包括增塑剂，所述增塑剂是柠檬酸三正丁酯、乙酰柠檬酸三正丁酯、环氧大豆油、三醋酸甘油酯、环氧脂肪酸甲酯等中的一种或者几种共混物。
4.根据权利要求1所述的一种阻隔材料，其特征在于：所述加工助剂还包括抗氧剂、热稳定剂、润滑剂、开口剂、偶联剂中的一种或者几种，其中抗氧剂是1010、1076、264、425、330、626、627、DSTP、DLTP中的一种或者几种；热稳定剂是钙锌热稳定剂、硬脂酸锌、硬脂酸钙、有机锡、水滑石中的一种或者几种；润滑剂为硬脂酸、季戊四醇硬脂酸酯、乙撑双硬脂酰胺中一种或者几种；开口剂是油酸酰胺、芥酸酰胺、硅酮等中的一种或者几种；偶联剂是硅烷类偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯类偶联剂中的一种或者几种。
5.根据权利要求1所述的一种阻隔材料，其特征在于：所述其他助剂还包括扩链剂、抗水解剂、抗紫外线剂，其中扩链剂为苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯类，抗水解剂为单体型碳化亚胺和聚合型碳化亚胺的一种或两种，抗紫外线剂包括UV531、UV234、UV327中的一种或多种复合。
6.根据权利要求1所述的一种阻隔材料，其特征在于：所述功能性粉体是超微细云母粉(8000-10000目)、超微细蒙脱土(8000-10000目)和超微细滑石粉(8000-10000目)的混合物。
7.根据权利要求2所述的一种阻隔材料的制备方法，其特征在于：所述步骤五中，将分切完成的阻隔材料与和纸、铝箔等材料进行复合，制备阻隔复合包装袋。
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