CN110843308A - 可生物降解的薄膜及其制备方法以及其在空气能包装材料中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可生物降解的薄膜，由三层构成，其特征在于：第一面层和第二面层是在PE中添加有重量百分含量为0.5‑10％的生物降解粒子201#，位于第一面层和第二面层之间的中间层为尼龙，中间层厚度占薄膜总厚度的10％‑20％。这种薄膜用于空气能包装材料，既可满足包装的性能要求，降解速度也能够满足需要。

Description

可生物降解的薄膜及其制备方法以及其在空气能包装材料中 的应用
技术领域
本发明涉及一种生物降解薄膜，特别是一种可生物降解的空气能包装用的薄膜。
背景技术
空气能包装材料，是一种以气柱作为缓冲结构的包装材料，用于包装电子产品、易碎商品、硒鼓、墨盒等。其主体结构是由两层塑料膜通过热合形成多条条状充气室，在一端的热合线处通过印刷耐热涂料形成逆止阀结构，形成正向充气逆向锁止的结构，如CN204548903U。
随着商业的发展和物流业的发展，以及空气能包装材料所具有的优势，社会对空气能包装材料的使用量快速增长。这也带来了环境问题，就是用完并废弃后的空气能包装材料的如何处理的问题，否则由于其不易降解而导致对环境的“白色污染”。
出于环保的考虑，开发可降解塑料成为解决白色污染问题的一个途径。现有的生物降解塑料，是在塑料原料中添加聚乳酸、聚乙烯醇等可生物降解的材料，以使其废弃后在自然环境条件下加速降解，可降解塑料目前已经应用于地膜、购物袋等。
但对于空气能包装材料而言，由于是在用作包装材料的气室内充入空气，实现减缓、缓冲保护，而在商品的整个存储和运输过程中，保持充气状态可能需要几个月的时间。因此空气能包装材料，需要较好的空气阻隔性和较高的抗拉强度，以及良好的热熔焊接性能，因此目前通常采用多层共挤吹塑/复合或流延的方式制备。与地膜或购物袋等产品不同，常规的生物降解技术很难用于空气能包装材料，主要存在着下述不足：
(1)常规的降解塑料都是在短时间内实现的降解，对降解时间的控制有一定的难度。
(2)空气能包装材料在生产过程中加工温度在200℃-230℃，对单一组分的降解粒子影响非常大，容易导致单一降解剂失效。
(3)常规的降解塑料，其物理机械性能达不到空气能包装材料的要求(如：热封拉伸强度，抗穿刺强度，空气透过率等)。
(4)常规的降解材料(如：降解地膜或大棚膜)，由于其生产工艺以及产品本身的缺陷(厚薄均匀度，空气透过率，热封强度，抗穿刺强度，高温高湿与低温性能等)，无法满足空气能包装的需求。
有鉴于此，需要开发一种可生物降解的空气能包装材料，以解决空气能包装材料大量使用带来的环境问题。
发明内容
针对空气能包装材料带来的环境问题，以及现有的降解塑料不能满足空气能包装材料的要求问题，本发明的目的在于提供一种可生物降解的薄膜。
本发明的可生物降解的薄膜，由三层构成，第一面层和第二面层是在PE中添加有重量百分含量为0.5-10％的生物降解粒子201#，位于第一面层和第二面层之间的中间层为尼龙，中间层厚度占薄膜总厚度的10％-20％。
在第一面层和第二面层中，生物降解粒子201#的添加量优选1.5％。
中间层尼龙优选生物基PA56或PA66，尤其是生物基PA56，具有较好的降解性能。
本发明还涉及上述可生物降解的薄膜在空气能包装材料中的应用。
本发明还提供了上述可生物降解薄膜的生产方法，包括如下步骤：
(1)先将生物降解粒子201#通过60-80℃的温度，烤料1-2小时；
(2)按照面层原料比例要求将包括PE和生物降解粒子201#的原料搅拌 10-15分钟，使将生物降解粒子201#与原生基础材料进行充分的混合均匀；
(3)将混合后的原料按第一面层、中间层和第二面层的进料要求分别从料斗进入螺杆挤出机，经过挤压磨擦生热和外部加热而逐步溶化，熔融后的原料从模头模口共挤出，经吹胀、风环冷却、牵引架拉升、牵引辊、再经收卷架收卷成膜。
在本发明中，第一面层和第二面层，其厚度和材料组成可以完全相同，是以中间层为对称中心的对称结构，也可以厚度不同形成非对称结构。
第一面层和第二面层，本身也可以为多层复合层，采用不同PE，比如LDPE 层、HDPE层、MLDPE中的一种、两种、三种，以满足不同空气能包装材料的要求，由于各复合层均是PE塑料，因此在本发明中统称PE，以及统称为面层。
生物降解粒子201#，是BioSphere Plastic Portland，OR，USA产品，是PLA (聚乳酸)与PBAT(聚对苯二甲酸丁二醇酯—己二酸丁二醇酯)双组份复合的降解粒子。发明人经过大量研究和试验，发现以一定量的比例加入到空气能包装材料的面层时，可以解决空气能包装材料降解和性能要求的矛盾。
本发明的这种可生物降解的薄膜，通过科学合理地添加201#，能够满足空气能包装材料在穿刺强度、热封强度和空气透过率的要求，也有较好的降解能力，综合性能优良。
附图说明
图1为本发明的空气通包装材料155天降解速率。
图2为本发明空气能包装材料865到降解速率。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，以助于理解本发明的内容。
下面的实施例为对称结构复合薄膜，具体复合结构及各层占总厚度比例为MLLPE15.3％/LLDPE18％/TIE6.7％/PA20％/TIE6.7％/LLDPE18％/MLLDPE15.3％；其中TIE为粘合树脂，用于把PE面层与中间PA尼龙层粘接在一起。即第一面层和第二面层均为MLLPE/LLDPE复合结构。
其生产方法为：
(1)先将生物降解粒子通过60-80℃的温度，烤料1-2小时，主要是201# 材料是通过海运运输的，烘料是为了烘干可能的水分对吹膜过程的影响；
(2)按照面层原料比例要求将包括PE和生物降解粒子201#的原料搅拌 10-15分钟，使将生物降解粒子201#与原生基础材料进行充分的混合均匀；
(3)将混合后的原料按第一面层、中间层和第二面层的进料要求分别从料斗进入螺杆，经过挤压磨擦生热和外部加热而逐步溶化，熔融后的原料从模头模口共挤出，经吹胀、风环冷却、牵引架拉升、牵引辊、再经收卷架收卷成膜，形成复合薄膜。
本发明在第一面层和第二面层中，对于生物降解粒子201#提供了三种添加比例，分别为1.5％、5％和10％，以及添加量为0作为对比例，得到4种薄膜样品。
采用美国ASTM-D5511的标准测试4种薄膜的性能，其中，空气透过率是指在空气压力为0.1MPa条件下，24h单位面积透过空气的体积。检测结果见表 1。
表1薄膜产品性能
Figure RE-GDA0002319408930000041
从表1的测试数据可以看出，随着201#添加量的增加，薄膜865天降解率增加，但增加幅度逐渐降低。同时，穿刺强度和热封强度随添加量的增加而降低，空气透过率显著增加。而作为空气能包装材料，空气透过率是衡量包装材料的重要指标，需要实现保存气体更长的时间，超过10％添加量时，空气透过率的快速增长，将不利于空气能材料的缓冲效果。再综合考试201#增加带来的成本的增长因素，1.5％的比例是最适合的。
图1显示了本发明添加1.5％201#的薄膜(CLEAR FILM)与参考比对阴性接种体(NEG)和参考比对阳性接种体(POS)的降解速度对比图，纵坐标为降解率，横纵标为时间，单位为天数。由图1可以看出，本发明的薄膜155天降解率13.7％。
图2示出了865天降解率，本发明添加1.5％201#的薄膜(White Bags LDPE) 与参考比对阴性接种体(NEG)和参考比对阳性接种体(POS)的降解速度对比图，纵坐标为降解率，横纵标为时间，单位为天数。由图2可以看出，本发明的薄膜865天降解率76.45％，能够满足实际需求。
由于生物基PA56与PA66相比有一定降解能力，因此采用PA56作为中间层的降解薄膜，降解性能略优于上面实施例。

Claims (5)

1.一种可生物降解的薄膜，由三层构成，其特征在于：第一面层和第二面层是在PE中添加有重量百分含量为0.5-10％的生物降解粒子201#，位于第一面层和第二面层之间的中间层为尼龙，中间层厚度占薄膜总厚度的10％-20％。
2.如权利要求1所述的薄膜，其特征在于，在第一面层和第二面层中，生物降解粒子201#的添加量优选1.5％。
3.如权利要求2所述的薄膜，其特征在于，中间层尼龙选用生物基PA56或PA66。
4.一种权利要求1至3中之一所述可生物降解的薄膜在空气能包装材料中的应用。
5.一种权利要求1至3中之一所述可生物降解的薄膜的生产方法，其特征在于：
(1)先将生物降解粒子201#通过60-80℃的温度，烤料1-2小时；
(2)按照面层原料比例要求将包括PE和生物降解粒子201#的原料搅拌10-15分钟，使将生物降解粒子201#与原生基础材料进行充分的混合均匀；
(3)将混合后的原料按第一面层、中间层和第二面层的进料要求分别从料斗进入螺杆挤出机，经过挤压磨擦生热和外部加热而逐步溶化，熔融后的原料从模头模口共挤出，经吹胀、风环冷却、牵引架拉升、牵引辊、再经收卷架收卷成膜。
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