CN112341793B - 一种用于包装膜的可降解tpu复合膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于包装膜的可降解TPU复合膜及其制备方法，按重量份计，所述TPU复合膜包括如下组分：TPU树脂50‑80重量份；改性聚乳酸30‑50重量份；改性玻璃纤维10‑15重量份；耐磨添加剂10‑15重量份；润滑剂1‑5重量份；抗氧化剂1‑3重量份。本发明提供的TPU复合膜具有较好的柔韧性的同时具有较优异的抗撕裂性能，并且，本发明提供的复合膜具有较优异的可降解性能，可以在环境中分解，不污染环境，环保安全。

Description

一种用于包装膜的可降解TPU复合膜及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，涉及一种用于包装膜的可降解TPU复合膜及其制备方法。
背景技术
TPU(Thermoplastic polyyrethane，热塑性聚氨脂)是一种新型的有机高分子合成材料，各项性能优异，可以代替橡胶，软性聚氯乙烯材料PVC。TPU具有优异的物理性能，例如耐磨性，回弹力都好过普通聚氨酯PU、PVC，耐老化性好过橡胶，可以说是替代PVC和PU的最理想的材料，被国际上称为新型聚合物材料。
如今，随着物流业的发展，以及生活和工作的快节奏，人们把购物重点选在了网上，网购量的不断增长，其用于包装物件的包装袋需要量也随着增大，每天大量的包裹需要包装、运送，大大超出物流人员的工作量，于是，对于包裹捆扎，物流人员基本上是手脚并用，捆好后直接丢上物流车。普通塑料袋在此过程中，容易被磨破、被挤压破。
CN109850341A公开了一种快递用塑料包装袋，它包括有内层、防压中间层和防磨外层，所述内层由可降解塑料制成，所述防震中间层为气垫膜制成，所述防磨外层的原料成分由聚乙烯、聚酰亚胺、玻璃纤维、滑石粉和聚苯硫醚组成；该专利申请提供的快递用包装袋具有优异的防磨性能，但是制备方法复杂，成本较高。CN104859928A公开了一种快递用塑料包装袋的制作方法，它包括有内层、由气垫膜制成的防压中间层和防磨外层，制作方法为现将防磨外层的防磨塑料膜做好，然后将可降解塑料内层套在防磨外层内，再在这二者之间加入气垫膜，将三者缝制好，即得；该专利申请制备方法略复杂，不适用。
TPU膜是在TPU颗粒料的基础上，通过压延、流延、吹膜、涂覆等工艺制成薄膜。目前在运动鞋上应用极广泛：鞋底及鞋面上的商标装饰、气囊、气垫、油包等。TPU膜给人们带来了种种便利同时，也会造成一些困扰。TPU膜本身是一种有机高分子聚合物，自身往往难以降解，会造成严重的生态污染，极大的限制了TPU膜的使用。
如何将降解技术应用到TPU膜中，生成一种可降解TPU膜，并且可应用于包装行业，是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于包装膜的可降解TPU复合膜及其制备方法。本发明提供的TPU复合膜具有较好的柔韧性的同时具有较优异的抗撕裂性能，并且，本发明提供的复合膜具有较优异的可降解性能，可以在环境中分解，不污染环境，环保安全。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种用于包装膜的可降解TPU复合膜，按重量份计，所述TPU复合膜包括如下组分：
Figure BDA0002754290170000021
本发明提供的改性聚乳酸与TPU树脂具有较好的相容性，可以使得最后得到的TPU复合膜具有较优力学性能的同时具有可降解性；同时，改性玻璃纤维同样可以均匀分散，赋予复合膜优异的抗撕裂性能。因此，本发明提供的TPU复合膜具有较好的力学性能和抗撕裂性能，并且可以生物降解，安全环保。
在本发明中，所述TPU颗粒可以是52重量份、55重量份、60重量份、65重量份、70重量份、75重量份、78重量份等。
在本发明中，所述改性聚乳酸可以是32重量份、35重量份、38重量份、40重量份、42重量份、45重量份、48重量份等。
在本发明中，所述改性玻璃纤维可以是11重量份、12重量份、13重量份、14重量份等。
在本发明中，所述耐磨添加剂可以是11重量份、12重量份、13重量份、14重量份等。
在本发明中，所述润滑剂可以是2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份等。
在本发明中，所述抗氧剂可以是1.5重量份、2重量份、2.5重量份、2.8重量份等。
在本发明中，所述改性聚乳酸的制备方法为将聚乳酸和咪唑类离子液体混合，得到所述改性聚乳酸。
优选地，所述咪唑类离子液体选自1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和/或1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，优选1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。
本发明利用咪唑类离子液体对聚乳酸进行改性，一方面可以增加聚乳酸材料的柔韧性，另一方面可以增加聚乳酸和TPU的相容性，同时可以随着聚乳酸的降解析出，形成微观空隙，进而可以加速最后的复合膜的降解。
优选地，所述聚乳酸和咪唑类离子液体的质量比为10:(2-5)，例如10:2.5、10:3、10:3.5、10:4、10:4.5。
若咪唑类离子液体的添加量过多，则会在较短时间内由于小分子迁移现象析出，影响复合膜的力学性能和抗撕裂强度。
在本发明中，所述改性玻璃纤维的制备方法为将玻璃纤维和硅烷偶联剂混合，得到所述改性玻璃纤维。
其中，所述玻璃纤维和硅烷偶联剂的质量比为1:(2-5)，例如1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5等。
本发明提供的改性玻璃纤维与基体具有较好的相容性，可以较好地增加TPU复合膜的抗撕裂性能。
优选地，所述耐磨添加剂选自氢氧化铝和/或氢氧化镁。
本发明优选无机氢氧化物作为耐磨添加剂，可以在降解过程中析出，而加速材料的降解。
优选地，所述润滑剂选自芥酸酰胺、油酸酰胺、C蜡或蒙旦蜡中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述抗氧化剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076或抗氧剂264中的任意一种或至少两种的组合。
第二方面，本发明提供了一种根据第一方面所述的用于包装膜的可降解TPU复合膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的TPU树脂、改性玻璃纤维、耐磨添加剂、润滑剂和抗氧化剂混合，得到混合料；
(2)将混合料和改性聚乳酸混合、熔融挤出，然后吹塑成膜，得到所述用于包装膜的可降解TPU复合膜。
优选地，步骤(2)具体为：将混合料和改性聚乳酸利用双螺杆挤出机混合、熔融挤出，然后吹塑成膜，得到所述用于包装膜的可降解TPU复合膜。
优选地，所述熔融挤出的温度为160-190℃，例如165℃、170℃、175℃、180℃、185℃，压力为1-3MPa，例如1.5MPa、2MPa、2.5MPa等。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的改性聚乳酸与TPU树脂具有较好的相容性，可以使得最后得到的TPU复合膜具有较优力学性能的同时具有可降解性；同时，改性玻璃纤维同样可以均匀分散，赋予复合膜优异的抗撕裂性能。因此，本发明提供的TPU复合膜具有较好的力学性能和抗撕裂性能，并且可以生物降解，安全环保；其中，拉伸强度在52MPa以上，断裂伸长率在230％以上，抗撕裂强度在94MPa以上，在3周内可降解45％以上。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
下述具体实施方式所涉及的材料信息如下：
样品 厂家 牌号
TPU 德国巴斯夫 S90A
玻璃纤维 九江爱民玻纤 -
聚乳酸 浙江海正 REVODE190
抗氧化剂 德国巴斯夫 1010
制备例1
一种改性聚乳酸的制备方法如下：
将聚乳酸和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(质量比为10:2)混合，得到改性聚乳酸。
制备例2-3
与制备例1的区别在于，聚乳酸和咪唑类离子液体的质量比为10:5(制备例2)、10:8(制备例3)。
制备例4
与制备例1的区别在于，咪唑类离子液体选自1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。
制备例5
一种改性玻璃纤维的制备方法如下：
将玻璃纤维和硅烷偶联剂混合(玻璃纤维和硅烷偶联剂的质量比为1:2)，得到改性玻璃纤维。
制备例6-7
与制备例5的区别在于，玻璃纤维和硅烷偶联剂的质量比为1:5(制备例6)、1:8(制备例7)。
实施例1
一种用于包装膜的可降解TPU复合膜，按重量份计由如下组分组成：
Figure BDA0002754290170000061
Figure BDA0002754290170000071
制备方法如下：
(1)将配方量的TPU树脂、改性玻璃纤维、耐磨添加剂、润滑剂和抗氧化剂混合，得到混合料；
(2)将混合料和改性聚乳酸利用双螺杆挤出机混合、在180℃、2MPa下熔融挤出，然后吹塑成膜，得到用于包装膜的可降解TPU复合膜。
实施例2-4
与实施例1的区别在于，在本实施例中的改性聚乳酸为制备例2-4提供的改性聚乳酸。
实施例5-6
与实施例1的区别在于，在本实施例中的改性玻璃纤维为制备例6-7提供的改性玻璃纤维。
实施例7
一种用于包装膜的可降解TPU复合膜，按重量份计由如下组分组成：
Figure BDA0002754290170000072
制备方法如下：
(1)将配方量的TPU树脂、改性玻璃纤维、耐磨添加剂、润滑剂和抗氧化剂混合，得到混合料；
(2)将混合料和改性聚乳酸利用双螺杆挤出机混合、在160℃、3MPa下熔融挤出，然后吹塑成膜，得到用于包装膜的可降解TPU复合膜。
实施例8
一种用于包装膜的可降解TPU复合膜，按重量份计由如下组分组成：
Figure BDA0002754290170000081
制备方法如下：
(1)将配方量的TPU树脂、改性玻璃纤维、耐磨添加剂、润滑剂和抗氧化剂混合，得到混合料；
(2)将混合料和改性聚乳酸利用双螺杆挤出机混合、在190℃、1MPa下熔融挤出，然后吹塑成膜，得到用于包装膜的可降解TPU复合膜。
对比例1
与实施例1的区别在于，将改性聚乳酸替换为聚乳酸。
对比例2
与实施例1的区别在于，将改性聚乳酸替换为等重量份的聚乳酸和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，质量比为10:2。
对比例3
与实施例1的区别在于，将改性玻璃纤维替换为玻璃纤维。
对比例4
与实施例1的区别在于，将改性玻璃纤维替换为等重量份的玻璃纤维和硅烷偶联剂，质量比为1:2。
对比例5
与实施例1的区别在于，将耐磨添加剂替换为聚四氟乙烯粉末。
性能测试
对实施例1-8和对比例1-5提供的TPU复合膜进行性能测试，方法如下：
(1)力学性能测试：根据GB13022-91测试标准，在万能试验机上进行力学性能测试；
(2)抗撕裂性能：按照ISO34-1的测试标准进行测试；
(3)降解性能：将10×10cm2大小的样品片(2片)埋入土壤中3周，温度为25℃，土壤湿度为25％，称量埋入土壤前后的质量，计算降解率。
测试结果见表1：
表1
Figure BDA0002754290170000091
Figure BDA0002754290170000101
由实施例和性能测试可知，本发明提供的TPU复合膜具有较好的柔韧性的同时具有较优异的抗撕裂性能，并且，本发明提供的复合膜具有较优异的可降解性能，可以在环境中分解，不污染环境，环保安全。
由实施例1和实施例2-4的对比可知，本发明提供的改性聚乳酸中，聚乳酸和咪唑类离子液体的质量比为10:(2-5)，咪唑类离子液体选择1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐时，最后得到的TPU复合膜具有较优的力学性能；由实施例1和实施例5-6的对比可知，本发明的改性玻璃纤维中，玻璃纤维和硅烷偶联剂的质量比为1:(2-5)具有较优的效果；由实施例1和对比例1-5的对比可知，本发明各组分的选择在本发明的优选范围内最后得到的TPU复合膜具有较优的综合效果。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的用于包装膜的可降解TPU复合膜及其制备方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (6)

1.一种用于包装膜的可降解TPU复合膜，其特征在于，按重量份计，所述TPU复合膜由如下组分组成：
Figure FDA0003594079570000011
所述改性聚乳酸的制备方法为将聚乳酸和咪唑类离子液体混合，得到所述改性聚乳酸；
所述咪唑类离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐；
所述聚乳酸和咪唑类离子液体的质量比为10:(2-5)；
所述改性玻璃纤维的制备方法为将玻璃纤维和硅烷偶联剂混合，得到所述改性玻璃纤维；其中，所述玻璃纤维和硅烷偶联剂的质量比为1:(2-5)；
所述耐磨添加剂选自氢氧化铝和/或氢氧化镁。
2.根据权利要求1所述的用于包装膜的可降解TPU复合膜，其特征在于，所述润滑剂选自芥酸酰胺、油酸酰胺、C蜡或蒙旦蜡中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1所述的用于包装膜的可降解TPU复合膜，其特征在于，所述抗氧化剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076或抗氧剂264中的任意一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的用于包装膜的可降解TPU复合膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的TPU树脂、改性玻璃纤维、耐磨添加剂、润滑剂和抗氧化剂混合，得到混合料；
(2)将混合料和改性聚乳酸混合、熔融挤出，然后吹塑成膜，得到所述用于包装膜的可降解TPU复合膜。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)具体为：将混合料和改性聚乳酸利用双螺杆挤出机混合、熔融挤出，然后吹塑成膜，得到所述用于包装膜的可降解TPU复合膜。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述熔融挤出的温度为160-190℃，压力为1-3MPa。
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