CN112812514A - 一种用于透明可降解塑胶袋的材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及可降解塑料袋技术领域，具体涉及一种用于透明可降解塑胶袋的材料，包括如下重量份的原料：聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯80份、聚乳酸30‑50份改性白炭黑20‑30份、扩链剂1‑2份、相容剂2‑3份、润滑剂0.5‑1份和增塑剂0.5‑2份。该材料借助改性白炭黑的特性，结合相容剂促进体系的分散均匀性和相容性，使该材料经常规吹膜制袋后，在保证材料物理性能的基础上，还能提高透明度、降低雾度和消除斑点。
Description
技术领域
本发明涉及可降解塑料袋技术领域，具体涉及一种用于透明可降解塑胶袋的材料及其制备方法。
背景技术
随着科技的发展，各类可替代传统PE塑料的材料出现，包括PLA，PHAs，PBA，PBS等高分子材料。均可替代传统PE塑料袋。环保塑料袋目前应用已经较为广泛：超市购物袋，连卷保鲜袋，地膜等在国内均有大规模应用的范例。
现有的可降解塑料袋，在制成透明塑料袋时常由于加入填料或聚合物之间的相容性问题导致塑料袋出现雾化、斑点等问题，影响塑料袋的外观透明度。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种用于透明可降解塑胶袋的材料，借助改性白炭黑的特性，结合相容剂促进体系的分散均匀性和相容性，使该材料经常规吹膜制袋后，在保证材料物理性能的基础上，还能提高透明度、降低雾度和消除斑点。
本发明的另一目的在于提供一种用于透明可降解塑胶袋的材料的制备方法，该制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，可用于大规模生产。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种用于透明可降解塑胶袋的材料，包括如下重量份的原料：
该用于透明可降解塑胶袋的材料，以聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯和聚乳酸为主体降解树脂，借助改性白炭黑的特性，结合相容剂促进体系的分散均匀性和相容性，结合增塑剂提高该用于透明可降解塑胶袋的材料的易加工性能，使该材料经常规吹膜制袋后，在保证材料物理性能的基础上，还能提高透明度、降低雾度和消除斑点。
优选的，每份所述改性白炭黑的制备方法包括如下步骤：
(S1)、按重量份计，取15-20份白炭黑、10-20份苯基硅氧烷单体、10-20份硅烷偶联剂和1-2份分散剂混合均匀，得到分散液；
(S2)、在搅拌条件下向所述分散液中加入20-30份浓度为2-5wt％的乳酸-水溶液，持续搅拌1-2h后得到缩聚液；
(S3)、在搅拌条件下向所述缩聚液中加入25-35份丙烯腈，升温至70-90℃后滴加0.3-0.8份引发剂，滴加时间为1-3h，继续搅拌、保温3-5h，接着过滤、洗涤、烘干，得到改性白炭黑。
采用上述技术方案，得到的改性白炭黑具有以白炭黑、苯基硅氧烷单体和硅烷偶联剂在乳酸-水溶液作用下水解缩聚并偶联为壳、以丙烯腈聚合为核的壳核结构，增大了改性白炭黑在该用于透明可降解塑胶袋的材料的体系相容性、分散均匀性，极大促进了在保证材料物理性能的基础上，还能提高透明度、降低雾度和消除斑点。进一步地，在60℃条件下加入20-30份浓度为2-5wt％的乳酸-水溶液，以乳酸-水溶液作为水解缩聚反应条件，促进分散液发生水解缩聚反应；加入的分散剂促进白炭黑分散，避免其团聚影响改性白炭黑在体系中的相容性和分散性。
优选的，所述白炭黑的粒径为20-50nm；所述苯基硅氧烷单体为苯基三(二甲基硅氧烷基)硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷和苯基甲基二甲氧基硅烷中的至少一种；所述硅烷偶联剂为KH550、KH560或KH570；所述分散剂为聚乙二醇；所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸钠。
采用上述技术方案，控制白炭黑的粒径为20-50nm，促进其改善改性白炭黑在体系中的相容性和分散性；采用上述苯基硅氧烷单体，促进改性白炭黑在体系中相容避免影响该用于透明可降解塑胶袋的材料的物理性能。
优选的，所述步骤(S2)和步骤(S3)中，搅拌的转速为300-500rpm。
采用上述技术方案，促进分散液和乳酸-水溶液混合预聚、促进丙烯腈分散聚合，提高该改性白炭黑的得率；严格控制反应温度、滴加时间和搅拌速度，避免该改性白炭黑的分子量分布广而导致分散不均匀且影响力学性能。
优选的，所述聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的密度为1.15-1.36g/cm3、重均分子量为60000-80000、熔点为125-135℃；所述聚乳酸的重均分子量为13000-20000。
采用上述技术方案，上述聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯与聚乳酸在相容剂、扩链剂作用下复合相互之间协同作用，提高该用于透明可降解塑胶袋的材料拉伸强度、断裂伸长率和韧性。
优选的，所述扩链剂为甲苯二异氰酸酯、六次甲基二异氰酸酯、苯二甲撑二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。
采用上述技术方案，增大该材料的分子量，连接成整体，提高体系相容性，从而保证改材料的物理性能且消除斑点。
优选的，所述相容剂为乙烯丙烯酸共聚酯、乙烯丙烯酸甲酯共聚物或聚乙烯醇。
采用上述技术方案，借助改性白炭黑的特性，结合上述特定相容剂促进体系的分散均匀性和相容性，在保证材料物理性能的基础上，还能提高透明度、降低雾度和消除斑点。
优选的，所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸、硬脂酸甘油酯和月桂酸甘油酯中的至少一种。
采用上述技术方案，提高该材料的润滑性，提高挤出效率，改善分散性，结合改性白炭黑、相容剂和扩链剂，共同赋予制品良好的透明性和光泽。
优选的，所述增塑剂为乙酰柠檬酸三丁酯和甘油按重量比3-5：1混合而成。
采用上述技术方案，更环保，且乙酰柠檬酸三丁酯和甘油按特定比例复配后更能提高材料的加工性能，更有利于材料吹膜制袋、软化塑料袋。
本发明的另一目的通过下述技术方案实现：上述的用于透明可降解塑胶袋的材料的制备方法，包括如下步骤：
(A1)、按重量份取聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、改性白炭黑、扩链剂、相容剂、润滑剂和增塑剂，备用；
(A2)、将聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、改性白炭黑、扩链剂、相容剂、润滑剂和增塑剂混合均匀后，加入至双螺杆挤出机挤出造粒，得到所述用于透明可降解塑胶袋的材料。
进一步的，所述双螺杆挤出机从加料段开始各段的加工温度分别为：210-220℃、220-230℃、230-240℃、235-240℃、240-245℃、240-250℃，模头温度为240-245℃，所述挤出设备的螺杆转速为100-150r/min，所述挤出设备的螺杆长径比为30-40:1。
采用上述技术方案，控制双螺杆挤出机的各段温度、螺杆转速和螺杆长径，在熔融过程中完成材料的复合，保证其相容性和分散性。
本发明的有益效果在于：本发明的用于透明可降解塑胶袋的材料，借助改性白炭黑的特性，结合相容剂促进体系的分散均匀性和相容性，使该材料经常规吹膜制袋后，在保证材料物理性能的基础上，还能提高透明度、降低雾度和消除斑点。
本发明的用于透明可降解塑胶袋的材料的制备方法，该制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，可用于大规模生产。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种用于透明可降解塑胶袋的材料，包括如下重量份的原料：
每份所述改性白炭黑的制备方法包括如下步骤：
(S1)、按重量份计，取18份白炭黑、15份苯基硅氧烷单体、15份硅烷偶联剂和1.5份分散剂混合均匀，得到分散液；
(S2)、在60℃、搅拌条件下向所述分散液中加入25份浓度为4wt％的乳酸-水溶液，持续搅拌1.5h后得到缩聚液；
(S3)、在搅拌条件下向所述缩聚液中加入30份丙烯腈，升温至80℃后滴加0.5份引发剂，滴加时间为2h，继续搅拌、保温4h，接着过滤、洗涤、烘干，得到改性白炭黑。
所述白炭黑的粒径为35nm；所述苯基硅氧烷单体为二苯基二甲氧基硅烷；所述硅烷偶联剂为KH550；所述分散剂为聚乙二醇；所述引发剂为过硫酸钾。
所述步骤(S2)和步骤(S3)中，搅拌的转速为400rpm。
所述聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的密度为1.25g/cm3、重均分子量为70000、熔点为130℃；所述聚乳酸的重均分子量为16000。
所述扩链剂为甲苯二异氰酸酯。
所述相容剂为乙烯丙烯酸共聚酯EMA，型号为AC 1820。
所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺。
所述增塑剂为乙酰柠檬酸三丁酯和甘油按重量比4：1混合而成。
一种用于透明可降解塑胶袋的材料的制备方法，包括如下步骤：
(A1)、按重量份取聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、改性白炭黑、扩链剂、相容剂、润滑剂和增塑剂，备用；
(A2)、将聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、改性白炭黑、扩链剂、相容剂、润滑剂和增塑剂混合均匀后，加入至双螺杆挤出机挤出造粒，得到所述用于透明可降解塑胶袋的材料。
所述双螺杆挤出机从加料段开始各段的加工温度分别为：215℃、225℃、235℃、238℃、242℃、245℃，模头温度为242℃，所述挤出设备的螺杆转速为130r/min，所述挤出设备的螺杆长径比为35:1。
实施例2
一种用于透明可降解塑胶袋的材料，包括如下重量份的原料：
每份所述改性白炭黑的制备方法包括如下步骤：
(S1)、按重量份计，取15份白炭黑、10份苯基硅氧烷单体、10份硅烷偶联剂和1份分散剂混合均匀，得到分散液；
(S2)、在60℃、搅拌条件下向所述分散液中加入20份浓度为2wt％的乳酸-水溶液，持续搅拌1h后得到缩聚液；
(S3)、在搅拌条件下向所述缩聚液中加入25份丙烯腈，升温至70℃后滴加0.3份引发剂，滴加时间为3h，继续搅拌、保温3h，接着过滤、洗涤、烘干，得到改性白炭黑。
所述白炭黑的粒径为20nm；所述苯基硅氧烷单体为二苯基二乙氧基硅烷；所述硅烷偶联剂为KH570；所述分散剂为聚乙二醇；所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸钠。
所述步骤(S2)和步骤(S3)中，搅拌的转速为300rpm。
所述聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的密度为1.15g/cm3、重均分子量为60000、熔点为125℃；所述聚乳酸的重均分子量为13000。
所述扩链剂为苯二甲撑二异氰酸酯。
所述相容剂为聚乙烯醇CW40-705。
所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸、硬脂酸甘油酯和月桂酸甘油酯中的至少一种。
所述增塑剂为乙酰柠檬酸三丁酯和甘油按重量比3：1混合而成。
一种用于透明可降解塑胶袋的材料的制备方法，包括如下步骤：
(A1)、按重量份取聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、改性白炭黑、扩链剂、相容剂、润滑剂和增塑剂，备用；
(A2)、将聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、改性白炭黑、扩链剂、相容剂、润滑剂和增塑剂混合均匀后，加入至双螺杆挤出机挤出造粒，得到所述用于透明可降解塑胶袋的材料。
所述双螺杆挤出机从加料段开始各段的加工温度分别为：210℃、220℃、230℃、235℃、240℃、240℃，模头温度为240℃，所述挤出设备的螺杆转速为100r/min，所述挤出设备的螺杆长径比为30:1。
实施例3
一种用于透明可降解塑胶袋的材料，包括如下重量份的原料：
每份所述改性白炭黑的制备方法包括如下步骤：
(S1)、按重量份计，取20份白炭黑、20份苯基硅氧烷单体、20份硅烷偶联剂和2份分散剂混合均匀，得到分散液；
(S2)、在60℃、搅拌条件下向所述分散液中加入30份浓度为5wt％的乳酸-水溶液，持续搅拌2h后得到缩聚液；
(S3)、在搅拌条件下向所述缩聚液中加入35份丙烯腈，升温至90℃后滴加0.8份引发剂，滴加时间为3h，继续搅拌、保温5h，接着过滤、洗涤、烘干，得到改性白炭黑。
所述白炭黑的粒径为50nm；所述苯基硅氧烷单体为苯基三甲氧基硅烷；所述硅烷偶联剂为KH560；所述分散剂为聚乙二醇；所述引发剂为过硫酸钠。
所述步骤(S2)和步骤(S3)中，搅拌的转速为500rpm。
所述聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的密度为1.36g/cm3、重均分子量为80000、熔点为135℃；所述聚乳酸的重均分子量为20000。
所述扩链剂为二苯基甲烷二异氰酸酯。
所述相容剂为乙烯丙烯酸甲酯共聚物EMA，型号为阿科玛29MA03。
所述润滑剂为硬脂酸甘油酯。
所述增塑剂为乙酰柠檬酸三丁酯和甘油按重量比5：1混合而成。
一种用于透明可降解塑胶袋的材料的制备方法，包括如下步骤：
(A1)、按重量份取聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、改性白炭黑、扩链剂、相容剂、润滑剂和增塑剂，备用；
(A2)、将聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、改性白炭黑、扩链剂、相容剂、润滑剂和增塑剂混合均匀后，加入至双螺杆挤出机挤出造粒，得到所述用于透明可降解塑胶袋的材料。
所述双螺杆挤出机从加料段开始各段的加工温度分别为：220℃、230℃、240℃、240℃、245℃、250℃，模头温度为245℃，所述挤出设备的螺杆转速为150r/min，所述挤出设备的螺杆长径比为40:1。
实施例4
一种用于透明可降解塑胶袋的材料，包括如下重量份的原料：
每份所述改性白炭黑的制备方法包括如下步骤：
(S1)、按重量份计，取19份白炭黑、12份苯基硅氧烷单体、12份硅烷偶联剂和1.2份分散剂混合均匀，得到分散液；
(S2)、在60℃、搅拌条件下向所述分散液中加入22份浓度为3wt％的乳酸-水溶液，持续搅拌1.2h后得到缩聚液；
(S3)、在搅拌条件下向所述缩聚液中加入28份丙烯腈，升温至75℃后滴加0.6份引发剂，滴加时间为1.2h，继续搅拌、保温5h，接着过滤、洗涤、烘干，得到改性白炭黑。
所述白炭黑的粒径为40nm；所述苯基硅氧烷单体为二苯基二甲氧基硅烷和苯基甲基二甲氧基硅烷按重量份2：1混合；所述硅烷偶联剂为KH550；所述分散剂为聚乙二醇；所述引发剂为过硫酸钠。
所述步骤(S2)和步骤(S3)中，搅拌的转速为350rpm。
所述聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的密度为1.26g/cm3、重均分子量为65000、熔点为128℃；所述聚乳酸的重均分子量为18000。
所述扩链剂为苯二甲撑二异氰酸酯。
所述相容剂为聚乙烯醇PVA-0388。
所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺和硬脂酸按重量比3：1混合均匀。
所述增塑剂为乙酰柠檬酸三丁酯和甘油按重量比3.5：1混合而成。
一种用于透明可降解塑胶袋的材料的制备方法，包括如下步骤：
(A1)、按重量份取聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、改性白炭黑、扩链剂、相容剂、润滑剂和增塑剂，备用；
(A2)、将聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、改性白炭黑、扩链剂、相容剂、润滑剂和增塑剂混合均匀后，加入至双螺杆挤出机挤出造粒，得到所述用于透明可降解塑胶袋的材料。
所述双螺杆挤出机从加料段开始各段的加工温度分别为：218℃、228℃、232℃、236℃、242℃、248℃，模头温度为243℃，所述挤出设备的螺杆转速为120r/min，所述挤出设备的螺杆长径比为38:1。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：所述改性白炭黑替换为白炭黑。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于：所述改性白炭黑由白炭黑和硅烷偶联剂按重量比6：5混合15h而成。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于：所述用于透明可降解塑料袋的材料不含改性白炭黑。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于：所述增塑剂为乙酰柠檬酸三丁酯。
实施例5
取实施例1-4和对比例1-4的用于透明可降解塑料袋的材料，测试其拉伸强度、断裂伸长率和透光性能，测试方法如下：
拉伸强度：依照《GB/T 1040.1-2018塑料拉伸性能的测定》，测试其拉伸强度，单位为MPa；
断裂伸长率：依照《GB/T 1040.1-2018塑料拉伸性能的测定》，测试并计算出拉伸断裂应变，单位为％；
透光性能：依据GB/T 2410-2008的规定，测定透明塑料透光率和雾度，膜厚为50μm，单位均为％；
测试结果如下表1所示：
由上表1可知，本发明用于透明可降解塑胶袋的材料，以聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯和聚乳酸为主体降解树脂，借助改性白炭黑的特性，结合相容剂促进体系的分散均匀性和相容性，结合特定增塑剂提高该用于透明可降解塑胶袋的材料的易加工性能，使该材料经常规吹膜制袋后，在保证材料物理性能的基础上，还能提高透明度、降低雾度和消除斑点。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于透明可降解塑胶袋的材料，其特征在于：包括如下重量份的原料：
2.根据权利要求1所述的一种用于透明可降解塑胶袋的材料，其特征在于：每份所述改性白炭黑的制备方法包括如下步骤：
(S1)、按重量份计，取15-20份白炭黑、10-20份苯基硅氧烷单体、10-20份硅烷偶联剂和1-2份分散剂混合均匀，得到分散液；
(S2)、在搅拌条件下向所述分散液中加入20-30份浓度为2-5wt％的乳酸-水溶液，持续搅拌1-2h后得到缩聚液；
(S3)、在搅拌条件下向所述缩聚液中加入25-35份丙烯腈，升温至70-90℃后滴加0.3-0.8份引发剂，滴加时间为1-3h，继续搅拌、保温3-5h，接着过滤、洗涤、烘干，得到改性白炭黑。
3.根据权利要求2所述的一种用于透明可降解塑胶袋的材料，其特征在于：所述白炭黑的粒径为20-50nm；所述苯基硅氧烷单体为苯基三(二甲基硅氧烷基)硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷和苯基甲基二甲氧基硅烷中的至少一种；所述硅烷偶联剂为KH550、KH560或KH570；所述分散剂为聚乙二醇；所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸钠。
4.根据权利要求2所述的一种用于透明可降解塑胶袋的材料，其特征在于：所述步骤(S2)和步骤(S3)中，搅拌的转速为300-500rpm。
5.根据权利要求1所述的一种用于透明可降解塑胶袋的材料，其特征在于：所述聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的密度为1.15-1.36g/cm3、重均分子量为60000-80000、熔点为125-135℃；所述聚乳酸的重均分子量为13000-20000。
6.根据权利要求1所述的一种用于透明可降解塑胶袋的材料，其特征在于：所述扩链剂为甲苯二异氰酸酯、六次甲基二异氰酸酯、苯二甲撑二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种用于透明可降解塑胶袋的材料，其特征在于：所述相容剂为乙烯丙烯酸共聚酯、乙烯丙烯酸甲酯共聚物或聚乙烯醇。
8.根据权利要求1所述的一种用于透明可降解塑胶袋的材料，其特征在于：所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸、硬脂酸甘油酯和月桂酸甘油酯中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种用于透明可降解塑胶袋的材料，其特征在于：所述增塑剂为乙酰柠檬酸三丁酯和甘油按重量比3-5：1混合而成。
10.一种如权利要求1-9任意一项所述的用于透明可降解塑胶袋的材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(A1)、按重量份取聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、改性白炭黑、扩链剂、相容剂、润滑剂和增塑剂，备用；
(A2)、将聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、改性白炭黑、扩链剂、相容剂、润滑剂和增塑剂混合均匀后，加入至双螺杆挤出机挤出造粒，得到所述用于透明可降解塑胶袋的材料。
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