CN111349273A - 一种高淀粉填充的hdpe吹膜专用料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生物可降解材料领域，公开了一种高淀粉填充的HDPE吹膜专用料及其制备方法。以所述吹膜专用料含有：淀粉10‑35％，塑化剂2‑10％，载体一5‑30％，载体二25‑60％，增韧剂5‑25％，相容剂2‑10％，润滑剂0.1‑1％，助剂0.5‑2％。本发明提供的高淀粉填充的HDPE吹膜专用料适用于HDPE模头进行加工，制备低成本、低厚度的淀粉基可降解膜袋产品，所制备膜袋产品淀粉含量均在在10％以上，最高可以达到35％，进一步提升了淀粉在生物基环保降解材料或制品中的添加量，节约成本的同时，保证了所制得的生物基环保降解膜袋产品的优异物理性能与环保性能。

Description

一种高淀粉填充的HDPE吹膜专用料及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物可降解材料领域，具体涉及一种高淀粉填充的HDPE吹膜专用料及其制备方法。
背景技术
近年来，由于一次性塑料制品降解周期过长带来的环境污染问题日益严峻，降解材料越来越受到人们重视，淀粉填充型可降解材料由于成本优势，开始被越来越多的采用。
通常高淀粉填充的材料均采用线性聚乙烯(LLDPE)与(LDPE)作为加工载体，这是由于淀粉的加入会导致材料的拉伸、穿刺与撕裂等关键使用性能出现不同程度下降，而LLDPE与LDPE由于材料以上相关性能较好，通过添加比例的调整可以实现较高淀粉含量的填充。
在薄膜制备时，高密度聚乙烯(HDPE)与低密度聚乙烯(LDPE)相比，结晶程度更高，力学强度高，因此往往应用于对强度要求更高的产品上，例如商品袋、杂货袋等，日常生活种所见的购物袋、外卖背心袋均是由HDPE制作得到的。
但HDPE由于结构特点导致拉伸韧性、环境应力开裂性较差，若在材料中再填充淀粉，将导致其失去膜袋产品的使用性能。
此外，市场上常规的HDPE吹膜设备与LDPE吹膜设备结构不同，一般不能通用，且HDPE材料的加工温度较LDPE加工温度高20-30℃，达到175℃左右，在此加工条件下淀粉容易发生分解而导致材料性能下降。
综合以上因素，可以发现市场上几乎难以见到适用于HDPE模头的高淀粉填充的HDPE材料。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种高淀粉填充的HDPE吹膜专用料及其制备方法，本发明提供的吹膜专用料适用于HDPE模头进行加工，能够制备低成本的淀粉基可降解膜袋产品，所制备膜袋产品淀粉含量均在在10％以上，最高可以达到35％，进一步提升了淀粉在生物基环保降解材料或制品中的添加量，节约成本的同时，保证了所制得的生物基环保降解膜袋产品的优异物理性能与环保性能。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种高淀粉填充的HDPE吹膜专用料，该吹膜专用料包含以下质量百分比的组分：
淀粉10-35％，塑化剂2-10％，载体一5-30％，载体二25-60％，增韧剂5-25％，相容剂2-10％，润滑剂0.1-1％，助剂0.5-2％。
优选地，所述淀粉选自小麦淀粉、玉米淀粉和木薯淀粉中的一种或多种。
优选地，所述塑化剂选自甘油、山梨醇和聚乙二醇200中的一种或几种。
优选地，所述载体一为熔融指数为20-40g/10min的HDPE。
优选地，所述载体二为熔融指数在0.01-1g/10min的HDPE。
优选地，所述增韧剂选自POE、EAA和EVA中的一种或多种。
优选地，所述POE、EAA、EVA的熔融指数为20-40g/10min。
优选地，所述相容剂为MLLDPE、LDPE或POE与马来酸酐的接枝组合。
优选地，所述相容剂MLLDPE-g-MA、LDPE-g-MA或POE-g-MA的接枝率为0.5％以上。
优选地，所述润滑剂选自PE蜡、氧化PE蜡、硬脂酸钙和硬脂酸锌中一种或多种。
优选地，所述助剂为三烯丙基异氰酸酯和抗氧剂1010。
第二方面，本发明提供了一种本发明所述的吹膜专用料的制备方法，该方法包括下述步骤：
1)将所述淀粉与塑化剂加入高速混合机中80℃以内搅拌8-10分钟；
2)加入剩余组分，继续搅拌3-5分钟，放出备用；
3)使用平行双螺杆造粒机组挤出、造粒，即得。
优选地，所述双螺杆造粒机组的各区段温度为90-175℃，螺杆转速为300-400rpm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供优化的高淀粉填充HDPE吹膜专用料的组分及配比，能够保证淀粉在膜袋制品中的添加量最高可以达到35％，具有很大成本优势；
2、适用于装备HDPE模头的吹膜加工设备，可以实现稳定生产；
3、采用本发明提供的高填充HDPE吹膜专用料制得的淀粉基膜袋产品的性能优异；适用于各种包装袋和/或封口袋中，尤其适用于快递袋、手提袋、背心袋、穿绳袋，平口袋，按扣袋、夹链袋、边封袋、手提袋、抽绳袋等中。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，如无特别说明，所用的各材料均可通过商购获得，如无特别说明，所用的方法为本领域的常规方法。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
第一方面，本发明提供了一种高淀粉填充的HDPE吹膜专用料，该吹膜专用料包含以下质量百分比的组分：
淀粉10-35％，塑化剂2-10％，载体一5-30％，载体二25-60％，增韧剂5-25％，相容剂2-10％，润滑剂0.1-1％，助剂0.5-2％。
通过优化的高淀粉填充的HDPE吹膜专用料的组分及配比，可以调整淀粉在生物基环保降解膜袋产品中的添加量，从而可以根据使用需求调整产品性能、生产成本及环保性能。
在本发明中，优选地，该吹膜专用料包含以下质量百分比的组分：
淀粉15-35％，塑化剂3-7％，载体一5-20％，载体二40-50％，增韧剂5-15％，相容剂3-8％，润滑剂0.1-1％，助剂0.5-2％。
对于上述淀粉没有特别的限定，可以市面上能够获得的各种工业级或食用级淀粉，包括但不限于玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉、高粱淀粉和混合豆淀粉，本领域技术人员可以根据实际使用需求进行确定。在本发明中，优选地，所述淀粉选自玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉和高粱淀粉中一种或多种。
对于上述塑化剂没有特别的限定，可以为本领域中常用的各种塑化剂，例如可以为醇类、酯类和植物酸等，在本发明中，为了提升淀粉在后续产品中的添加量并保证产品的优异性能，优选地，所述塑化剂选自甘油、山梨醇和聚乙二醇200中一种或多种。
对于上述载体一并不限定厂家与牌号，但为了保证最终吹膜专用料的加工流动性，优选地，所述载体一为熔融指数为20-40g/10min的注塑级HDPE。
对于上述载体二也不限定厂家与牌号，但为了保证最终膜袋产品的物理性能与使用性能，优选地，所述载体二为熔融指数为0.01-1g/10min的吹膜级HDPE。
为了保证后续产品在使用时的拉伸韧性、耐环境应力开裂性能，在发明中，优选地，所述增韧剂选自POE、EAA和EVA中的一种或多种；更优选地，所述POE、EAA、EVA的熔融指数范围为20-40g/10min。
为了减小淀粉粒径，提升淀粉在吹膜专用料与后续产品中的分散性能，在本发明中，优选地，所述相容剂为MLLDPE、LDPE或POE与马来酸酐的接枝组合；更优选地，所述相容剂MLLDPE-g-MA、LDPE-g-MA或POE-g-MA的接枝率为0.5％以上。
为了提升吹膜专用料在造粒与吹膜时的加工性能，优选地，所述润滑剂选自PE蜡、氧化PE蜡、硬脂酸钙和硬脂酸锌中一种或多种。
为了提高材料加工过程的热稳定性与后续产品持续使用的耐老化性能，优选地，所述助剂为三烯丙基异氰酸酯和/或抗氧剂1010；更优选地，所述助剂为三烯丙基异氰酸酯和抗氧剂1010按照质量比为1：1配制得到。
第二方面，本发明提供了一种上述吹膜专用料的制备方法，该方法包括下述步骤：
1)将所述淀粉与塑化剂加入高速混合机中80℃以内搅拌8-10分钟；
2)加入剩余组分，继续搅拌3-5分钟，放出备用；
3)使用平行双螺杆造粒机组挤出、造粒，即得。
在本发明的方法中，优选地，所述双螺杆造粒机组的各区段温度为90-175℃，螺杆转速为300-400rpm。
下面通过实施例对本发明进行详细地说明，但本发明并不仅限于下述实施例。
实施例中用到的所有原料除特殊说明外，均为市购。
性能测试方法如下：
拉伸强度、撕裂强度、抗摆锤冲击、穿刺强度测试：按照相应国家标准测试方法进行测试。
拉伸性能测试：按照GB/T 1040.3-2006测试，试样采用2型，长度为150mm，宽度为15mm，试验速度为200mm/min。检测样品纵向和横向两个方向的数据；
撕裂强度测试：按GB/T 16578.2-2009的规定进行。检测样品纵向和横向两个方向的数据；
抗摆锤冲击：按GB/T 8809-2015标准进行测试；
穿刺强度：按GB/T 10004-2008标准进行测试；
拉断力单位为N，拉伸强度单位为MPa，断裂伸长率单位为％，抗摆锤冲击单位为J，穿刺强度单位为N。
实施例1
木薯淀粉15％，山梨醇3％，载体一(HDPE-2052)20％，载体二(HDPE-7000F)46％，EAA 10％，MLLDPE-g-MA 5％，PE蜡0.5％，三烯丙基异氰酸酯0.25％，抗氧剂10100.25％。
实施例2
小麦淀粉20％，甘油4％，载体一(HDPE-2052)20％，载体二(HDPE-7000F)40％，EVA10％，LDPE-g-MA 5％，氧化PE蜡0.5％，三烯丙基异氰酸酯0.25％，抗氧剂10100.25％。
实施例3
玉米淀粉30％，聚乙二醇2006％，载体一(HDPE-4052)10％，载体二(HDPE-7000F)33％，POE 15％，POE-g-MA 5％，PE蜡0.25％，硬脂酸锌0.25％，三烯丙基异氰酸酯0.25％，抗氧剂10100.25％。
实施例4
木薯淀粉35％，聚乙二醇2003％+甘油4％，载体一(HDPE-4052)10％，载体二(HDPE-7000F)27％，POE 15％，POE-g-MA 5％，PE蜡0.25％，硬脂酸锌0.25％，三烯丙基异氰酸酯0.25％，抗氧剂10100.25％。
制备吹膜专用料
按照具体实施方式，首先按照实施例1-4所示的比例将淀粉与塑化剂加入高速混合机中在80℃下以500rpm的速率搅拌10分钟；再照比例加入载体一、载体二、相容剂、润滑剂、助剂，继续搅拌5分钟，放出备用；
使用平行双螺杆造粒机组挤出、造粒，设置双螺杆挤出机各区温度为：一区90℃、二区140℃、三区145℃、四区150℃、五区155℃、六区155℃、七区155℃、八区155℃、九区155℃、十区155℃、十一区155℃、十二区155℃、十三区160℃、机头160℃；设置螺杆转速380rpm，得到吹膜专用料Z1-Z4。
制备薄膜产品H1-H4
分别取上述制得的淀粉吹膜专用料Z1-Z4，使用常规55型吹膜机，60mm直径的HDPE模头制备薄膜：
将原料混合后投入吹膜机吹膜，设置吹膜机各区温度为：一区160℃、二区165℃、三区170℃、四区170℃、五区175℃、上模头175℃、下模头175℃，得到厚度为0.025mm的薄膜产品H1-H4。
针对H1-H4进行测试，测试结果见下述表1。
表1
Figure BDA0002467912450000081
通过上述表1可知，本发明所生产的高淀粉填充的HDPE吹膜专用料可以适用于HDPE吹膜设备，所制备的薄膜产品，均性能优异，满足使用需求，产品的淀粉含量最高可达到35％。
上述实施例中使用的材料均为市场上可以买到的常规产品，所使用淀粉为食品级木薯淀粉、小麦淀粉和玉米淀粉，塑化剂采用生物来源的原料，造粒所用HDPE共有三种，牌号分别为美国Nexus Resin的HDPE-2052(熔融指数为20g/10min)、HDPE-4052(熔融指数为40g/10min)和伊朗石化的HDPE-7000F(熔融指数为0.04g/10min)，所用增韧剂EAA、EVA、POE的熔融指数均为20g/10min，所用MLLDPE-g-MA的接枝率为0.6％，LDPE-g-MA的接枝率为1.0％，POE-g-MA的接枝率为1.2％，所用润滑剂购买自上海华熠化工助剂有限公司，所用助剂也为市场常规产品。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种高淀粉填充的HDPE吹膜专用料，其特征在于，该吹膜专用料包含以下质量百分比的组分：
淀粉10-35％，塑化剂2-10％，载体一5-30％，载体二25-60％，增韧剂5-25％，相容剂2-10％，润滑剂0.1-1％，助剂0.5-2％。
2.根据权利要求1所述的高淀粉填充的HDPE吹膜专用料，其中，所述淀粉选自小麦淀粉、玉米淀粉和木薯淀粉中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的高淀粉填充的HDPE吹膜专用料，其中，所述塑化剂选自甘油、山梨醇和聚乙二醇200中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的高淀粉填充的HDPE吹膜专用料，其中，所述载体一为熔融指数为20-40g/10min的HDPE。
5.根据权利要求1所述的高淀粉填充的HDPE吹膜专用料，其中，所述载体二为熔融指数为0.01-1g/10min的HDPE。
6.根据权利要求1所述的高淀粉填充的HDPE吹膜专用料，其中，所述增韧剂选自POE、EAA和EVA中的一种或多种；
优选地，所述POE、EAA、EVA的熔融指数为20-40g/10min。
7.根据权利要求1所述的高淀粉填充的HDPE吹膜专用料，其中，所述相容剂为MLLDPE、LDPE或POE与马来酸酐的接枝组合。
8.根据权利要求7所述的高淀粉填充的HDPE吹膜专用料，其中，所述相容剂MLLDPE-g-MA、LDPE-g-MA或POE-g-MA的接枝率为0.5％以上。
9.根据权利要求1所述的高淀粉填充的HDPE吹膜专用料，其中，所述润滑剂选自PE蜡、氧化PE蜡、硬脂酸钙和硬脂酸锌中一种或多种。
10.根据权利要求1所述的高淀粉填充的HDPE吹膜专用料，其中，所述助剂为三烯丙基异氰酸酯和抗氧剂1010按照质量比1：1配制得到。
11.权利要求1-10中任意一项所述吹膜专用料的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
1)将所述淀粉与塑化剂加入高速混合机中80℃以内搅拌8-10分钟；
2)加入剩余组分，继续搅拌3-5分钟，放出备用；
3)使用平行双螺杆造粒机组挤出、造粒，即得。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其中，所述双螺杆造粒机组的各区段温度为90-175℃，螺杆转速为300-400rpm。
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