CN112662153B - 一种绿色环保可降解包装瓶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及塑料瓶领域，具体公开了一种绿色环保可降解包装瓶及其制备方法，绿色环保可降解包装瓶包括以下组分：聚乳酸；聚酯；马来酰亚胺类化合物；三乙醇胺；热稳定剂；所述聚酯的两端的封端基为羧基和羟基。绿色环保可降解包装瓶的制备方法包括以下步骤：步骤一，取马来酰亚胺类化合物与三乙醇胺混合；步骤二，将聚乳酸、马来酰亚胺类化合物、聚酯、热稳定剂混合，调节pH，搅拌至混合均匀，获得混合料；步骤三，然后将在螺杆挤出机中将混合料加热至熔融状态，然后挤出注塑成型。聚酯、马来酰亚胺类化合物与聚乳酸三者配合形成的交联网络提高力学强度，酰胺基团的引入使得绿色环保可降解包装瓶的生物降解性提高的优点。
Description
技术领域
本申请涉及塑料瓶领域，更具体地说，它涉及一种绿色环保可降解包装瓶及其制备方法。
背景技术
塑料制品质量轻、强度高、耐腐蚀、价格低廉，是首选的包装材料，但是塑料带来的污染问题越来越严重，可降解塑料能够提高塑料的环保性，减少塑料对环境的污染。
可降解塑料是指在塑料中加入一些促进其降解的助剂或者采用可降解再生的天然物质为原料，在使用和保存期内能满足应用性能要求，而是使用后在特定条件下，在较短时间内其化学结构会发生明显变化，进一步降解为对环境无害的物质。
由于可降解塑料一般在光氧条件下容易降解，使得可降解塑料在降解后的力学性能大大下降，从而可降解塑料的老化速度加剧，使用期限大大缩短，不利于可降解材料的使用，因此，还有改善空间。
发明内容
为了在提高包装瓶的降解率的同时提高力学性能，本申请提供一种绿色环保可降解包装瓶及其制备方法。
本申请提供的一种绿色环保可降解包装瓶采用如下的技术方案：
一种绿色环保可降解包装瓶，包括以下质量份数的组分：
聚乳酸100份；
聚酯20-30份；
马来酰亚胺类化合物12-16份；
三乙醇胺0.1-0.3份；
热稳定剂0.1-0.2份；
所述聚酯的两端的封端基为羧基和羟基。
通过采用上述技术方案，通过加入聚乳酸、聚酯、马来酰亚胺类化合物、三乙醇胺以特定的比例配合，使得绿色环保可降解包装瓶的拉伸强度大大提高，还明显提高了包装瓶的可降解性，使得废弃后的绿色环保可降解包装瓶能够彻底降解形成小分子，并在光、氧气以及微生物的共同作用下分解形成二氧化碳和水，使得绿色环保可降解包装瓶对环境的污染性大大降低，马来酰亚胺类化合物在三乙醇胺的作用下开环，马来酰亚胺类化合物中马来酰亚胺基团开环与聚酯或聚乳酸的端羧基脱水缩合形成酯基或者酰胺基，副产物小分子水能够促进马来酰亚胺类化合物进一步开环形成的酰胺基团与马来酰亚胺类化合物发生开环反应，使得反应转化率提高，从而使得聚酯、马来酰亚胺类化合物、聚乳酸三者配合形成的交联网络的力学强度较佳，同时，由于酰胺基团的引入，使得分子链的极性增大，有利于提高绿色环保可降解包装瓶的生物降解性以及生物相容性，使得绿色环保可降解包装瓶的生物降解性提高。
优选的，所述马来酰亚胺类化合物包括3-马来酰亚胺基丙酸、N-马来酰亚胺基己酸中的一种或者两种复配。
通过采用上述技术方案，通过加入3-马来酰亚胺基丙酸、N-马来酰亚胺基己酸，3-马来酰亚胺基丙酸、N-马来酰亚胺基己酸的开环速度较快，反应速率较佳，与聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸配合的效果较佳，有利于形成较佳的交联网络，使得绿色环保可降解包装瓶的力学性能进一步提高。
优选的，所述3-马来酰亚胺基丙酸与三乙醇胺的质量比为75:1。
通过采用上述技术方案，通过3-马来酰亚胺基丙酸与三乙醇胺的质量比为75:1，使得3-马来酰亚胺基丙酸的开环效果较佳，有利于提高聚酯、3-马来酰亚胺基丙酸、聚乳酸配合形成的交联反应速率，绿色环保包装瓶的拉伸性能以及降解性能进一步提高。
优选的，所述聚酯为聚丁二酸丁二醇酯。
通过采用上述技术方案，通过加入聚丁二酸丁二醇酯与聚乳酸配合，有利于进一步增强绿色环保可降解包装瓶的拉伸强度，同时还有利于进一步提高绿色环保可降解包装瓶的耐热性能，聚丁二酸丁二醇酯还在降低了聚乳酸的脆性，使得绿色环保可降解包装瓶的韧性提高。
优选的，所述热稳定剂为磷酸三苯酯与三乙基磷酸酯的复配。
通过采用上述技术方案，通过稳定剂为磷酸三苯酯与三乙基磷酸酯的复配，使得磷酸三苯酯与三乙基磷酸酯与聚乳酸以及聚酯的混合较佳，有利与提高聚乳酸以及聚酯的热稳定效果，从而在降低热稳定剂的用量聚乳酸以及聚酯保持较佳的力学性能。
优选的，所述磷酸三苯酯与三乙基磷酸酯质量比为3:1。
通过采用上述技术方案，通过磷酸三苯酯与三乙基磷酸酯质量比为3:1比例配合，使得聚乳酸和聚酯在高温下不易降解，有利于提高得聚乳酸和聚酯的热稳定性，从而减少在高温加热过程中对得聚乳酸和聚酯的分子结构的破坏，从而使得绿色环保可降解包装瓶保持较佳的力学性能。
一种绿色环保可降解包装瓶的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，取马来酰亚胺类化合物与三乙醇胺混合；
步骤二，将聚乳酸、马来酰亚胺类化合物、聚酯、热稳定剂混合，调节pH为8.5-9.5，搅拌至混合均匀，获得混合料；
步骤三，然后将在螺杆挤出机中将混合料加热至熔融状态，然后挤出至注塑机中注塑成型。
通过采用上述技术方案，通过马来酰亚胺类化合物与三乙醇胺混合，聚乳酸、马来酰亚胺类化合物、聚酯、热稳定剂混合，调节pH为8.5-9.5，搅拌至混合均匀，有利于提高各组分的混合效果，使得各组分之间配合效果更佳，且加工方便，操作简单，方便生产和推广。
优选的，所述步骤一中，所述马来酸酐类化合物与三乙醇胺以质量比为75：1混合，调节pH为8.5-9.5，然后加热至65-75℃，超声波超声15-25min。
通过采用上述技术方案，使得马来酸酐类化合物与三乙醇胺充分混合，有利于马来酸酐类化合物的开环反应的顺利进行，从而有利于提高马来酸酐与聚酯和聚乳酸的交联反应效率，有利于进一步提高包装瓶的力学强度同时提高包装瓶的可降解性。
优选的，所述步骤三中，所述混合料加热时间为26-33min，加热至170-190℃。
通过采用上述技术方案，通过混合料加热时间为26-33min，加热至170-190℃，有利于提高各组分的分散效果，增加各组分的碰撞概率，使得绿色环保可降解包装瓶的交联效果较佳，从而使得绿色环保可降解包装瓶的降解性能提高的同时获得力学强度的提升。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用通过加入聚乳酸、聚酯、马来酰亚胺类化合物、三乙醇胺以特定的比例配合，使得绿色环保可降解包装瓶的拉伸强度大大提高，还明显提高了绿色环保可降解包装瓶可降解性，马来酰亚胺类化合物在三乙醇胺的作用下开环，马来酰亚胺类化合物中马来酰亚胺基团开环与聚酯或聚乳酸的端羧基脱水缩合形成酯基或者酰胺基，副产物小分子水能够促进马来酰亚胺类化合物开环形成的酰胺基团与马来酰亚胺类化合物发生开环反应，使得反应转化率提高，从而使得聚酯、马来酰亚胺类化合物、聚乳酸三者配合形成的交联网络的力学强度较佳，同时，由于酰胺基团的引入，使得分子链的极性增大，有利于提高绿色环保可降解包装瓶的生物降解性以及生物相容性，使得绿色环保可降解包装瓶的生物降解性提高。
2、本申请中优选采用通过加入聚丁二酸丁二醇酯与聚乳酸配合，有利于进一步增强绿色环保可降解包装瓶的拉伸强度，同时还有利于进一步提高绿色环保可降解包装瓶的耐热性能，聚丁二酸丁二醇酯还在降低了聚乳酸的脆性，使得绿色环保可降解包装瓶的韧性提高。
3、本申请优选采用3-马来酰亚胺基丙酸与三乙醇胺的质量比为75:1，使得3-马来酰亚胺基丙酸的开环效果较佳，有利于提高聚酯、3-马来酰亚胺基丙酸、聚乳酸配合形成的交联反应速率，绿色环保包装瓶的拉伸性能以及降解性能进一步提高。
4、本申请的方法，通过马来酸酐类化合物与三乙醇胺以质量比为75：1混合，调节pH为8.5-9.5，然后加热至65-75℃，超声波超声15-25min，马来酸酐类化合物与三乙醇胺充分混合，有利于马来酸酐类化合物的开环反应的顺利进行，从而有利于提高马来酸酐与聚酯和聚乳酸的交联反应效率，有利于进一步提高包装瓶的力学强度同时提高包装瓶的可降解性。
具体实施方式
以下为本申请原料信息说明：
聚丁二酸丁二醇酯的两端的封端基为羧基和羟基，本申请采用深圳市龙岗区瑞奇欧化工品商行出售的牌号为1220M的聚丁二酸丁二醇酯。
聚对苯二甲酸丁二醇酯两端的封端基为羧基和羟基，本申请采用深圳市塑胶原料有限公司出售的牌号为5010GN3的聚对苯二甲酸丁二醇酯。
本申请采用佛山市瑞盛塑料有限公司出售的牌号为4032D的聚乳酸。
实施例1
一种绿色环保可降解包装瓶，包括以下质量的组分：
聚乳酸100kg、聚丁二酸丁二醇酯25kg、3-马来酰亚胺基丙酸15kg、三乙醇胺0.2kg、磷酸三苯酯0.05kg、三乙基磷酸酯0.1kg。
其采用以下步骤制得：
步骤一，所述马来酸酐类化合物与三乙醇胺混合，调节pH为9，然后加热至70℃，超声波超声20min。
步骤二，将聚乳酸、3-马来酰亚胺基丙酸、聚丁二酸丁二醇酯、磷酸三苯酯、三乙基磷酸酯混合，调节pH为9，在转速为180r/min，搅拌4min，获得混合料；
步骤三，然后将在螺杆挤出机中将混合料加热至30min，加热至180℃，使混合物呈熔融状态，控制模压为62kg，气压6kg为吹塑成型。
实施例2
一种绿色环保可降解包装瓶，包括以下质量的组分：
聚乳酸100kg、聚丁二酸丁二醇酯30kg、3-马来酰亚胺基丙酸16kg、三乙醇胺0.3kg、磷酸三苯酯0.03kg、三乙基磷酸酯0.12kg。
其采用以下步骤制得：
步骤一，所述马来酸酐类化合物与三乙醇胺混合，调节pH为9.5，然后加热至65℃，超声波超声15min。
步骤二，将聚乳酸、3-马来酰亚胺基丙酸、聚丁二酸丁二醇酯、磷酸三苯酯、三乙基磷酸酯混合，调节pH为9.5，在转速为220r/min，搅拌3min，获得混合料；
步骤三，然后将在螺杆挤出机中将混合料加热至33min，加热至190℃，使混合物呈熔融状态，控制模压为58kg，气压5.8kg为吹塑成型。
实施例3
一种绿色环保可降解包装瓶，包括以下质量的组分：
聚乳酸100kg、聚丁二酸丁二醇酯20kg、3-马来酰亚胺基丙酸12kg、三乙醇胺0.2kg、磷酸三苯酯0.08kg、三乙基磷酸酯0.12kg。
其采用以下步骤制得：
步骤一，所述马来酸酐类化合物与三乙醇胺混合，调节pH为8.5，然后加热至75℃，超声波超声15-25min。
步骤二，将聚乳酸、3-马来酰亚胺基丙酸、聚丁二酸丁二醇酯、磷酸三苯酯、三乙基磷酸酯混合，调节pH为8.5，在转速为200r/min，搅拌5min，获得混合料；
步骤三，然后将在螺杆挤出机中将混合料加热至26min，加热至170-190℃，使混合物呈熔融状态，控制模压为65kg，气压6.5kg为吹塑成型。
实施例4
与实施例1的区别在于：所述步骤二中，采用N-马来酰亚胺基己酸等量代替3-马来酰亚胺基丙酸。
实施例5
与实施例1的区别在于：所述步骤二中，采用马来酰亚胺等量代替3-马来酰亚胺基丙酸。
实施例6
与实施例1的区别在于：所述步骤二中，采用聚对苯二甲酸丁二醇酯等量替代聚丁二酸丁二醇酯。
实施例7
与实施例1的区别在于：所述步骤二中，取消加入三乙基磷酸酯。
实施例8
与实施例1的区别在于：所述步骤二中，取消加入磷酸三苯酯。
对比例1
与实施例1的区别在于：所述步骤二中，采用聚乳酸等量替代聚丁二酸丁二醇酯、3-马来酰亚胺基丙酸、三乙醇胺。
对比例2
与实施例1的区别在于：所述步骤二中，取消加入马来酰亚胺、三乙醇胺。
实验例1
根据GB/T1040.1-2006《塑料-拉伸性能的测定-第1部分：总则》检测绿色环保可降解包装瓶的拉伸强度(MPa)。
实验例2
根据HJBZ12-1997《可降解塑料包装制品》检测绿色环保可降解包装瓶的降解率(％)以及降解拉伸强度保留率(％)。
检测数据详将表1。
表1
由上表对比例1与实施例1对比可得，通过将聚丁二酸丁二醇酯、3-马来酰亚胺基丙酸、三乙醇胺加入聚乳酸中，绿色环保可降解包装瓶的拉伸强度提高，且降解率提高，证明聚丁二酸丁二醇酯、3-马来酰亚胺基丙酸、三乙醇胺配合加入对绿色环保可降解包装瓶的降解性提高，由于绿色环保可降解包装瓶的生物相容性提高，有利于废弃后的绿色环保可降解包装瓶中的酰胺键或者酯键断裂逐步降解形成小分子，有利于小分子进一步微生物降解形成二氧化碳和水等物质。
由表1对比例2与实施例1对比可得，通过加入3-马来酰亚胺基丙酸、三乙醇胺，使得绿色环保可降解包装瓶的拉伸强度大大提高，还明显提高了绿色环保可降解包装瓶可降解性，证明仅当3-马来酰亚胺基丙酸、三乙醇胺与聚丁二酸丁二醇酯配合加入聚乳酸才能在提高拉伸强度的同时提高可降解性。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种绿色环保可降解包装瓶，其特征在于：包括以下质量份数的组分：
聚乳酸100份；
聚酯20-30份；
马来酰亚胺类化合物12-16份；
三乙醇胺0.1-0.3份；
热稳定剂0.1-0.2份；
所述聚酯的两端的封端基为羧基和羟基；
所述马来酰亚胺类化合物包括3-马来酰亚胺基丙酸、N-马来酰亚胺基己酸中的一种或者两种复配；
所述绿色环保可降解包装瓶的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，取马来酰亚胺类化合物与三乙醇胺混合，调节pH为8.5-9.5；
步骤二，将聚乳酸、步骤一中马来酰亚胺类化合物与三乙醇胺的混合产物、聚酯、热稳定剂混合，调节pH为8.5-9.5，搅拌至混合均匀，获得混合料；
步骤三，然后将在螺杆挤出机中将混合料加热至熔融状态，然后挤出至注塑机中注塑成型。
2.根据权利要求1所述的绿色环保可降解包装瓶，其特征在于：所述3-马来酰亚胺基丙酸与三乙醇胺的质量比为75:1。
3.根据权利要求1所述的绿色环保可降解包装瓶，其特征在于：所述聚酯为聚丁二酸丁二醇酯。
4.根据权利要求1所述的绿色环保可降解包装瓶，其特征在于：所述热稳定剂为磷酸三苯酯与三乙基磷酸酯的复配。
5.根据权利要求4所述的绿色环保可降解包装瓶，其特征在于：所述磷酸三苯酯与三乙基磷酸酯质量比为3:1。
6.一种如权利要求1所述的绿色环保可降解包装瓶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，取马来酰亚胺类化合物与三乙醇胺混合，调节pH为8.5-9.5；
步骤二，将聚乳酸、步骤一中马来酰亚胺类化合物与三乙醇胺的混合产物、聚酯、热稳定剂混合，调节pH为8.5-9.5，搅拌至混合均匀，获得混合料；
步骤三，然后将在螺杆挤出机中将混合料加热至熔融状态，然后挤出至注塑机中注塑成型。
7.根据权利要求6所述的绿色环保可降解包装瓶的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，所述马来酰亚胺类化合物与三乙醇胺以质量比为75：1混合，调节pH为8.5-9.5，然后加热至65-75℃，超声波超声15-25min。
8.根据权利要求6所述的绿色环保可降解包装瓶的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，所述混合料加热时间为26-33min，加热至170-190℃。
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