CN113696402A - 一种pet复合塑料瓶盖的成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PET复合塑料瓶盖的成型工艺，涉及塑料加工技术领域，将凹凸棒石有机改性后，与PET复合加工制备PET/凹凸棒石复合材料，再将PET/凹凸棒石复合材料在料筒内210～230℃下加热制成熔料，并在95～105℃的模腔内经微孔发泡成型PET复合塑料瓶盖，再在PET复合塑料瓶盖的微孔内填充将可食性植物抗菌精油微胶囊即可。本发明的PET塑料瓶盖瓶盖质量轻，密度更低，相比传统注射成型工艺原材料使用量更少，产品重量更轻，成型过程中结晶速率快，不会出现翘曲变形及收缩等缺陷，瓶盖抗冲击性能强，并具有持续抗菌和抑菌效果。

Description

一种PET复合塑料瓶盖的成型工艺
技术领域
本发明涉及塑料加工技术领域，尤其涉及一种PET复合塑料瓶盖的成型工艺。
背景技术
随着各类塑料容器在工业生产和人们的日常生活中得到广泛的应用，特别是广泛地应用在各种食品和医药产品的包装上，塑料容器盖作为塑料容器的配套产品，同样在各种食品和医药产品的包装上起到重要的作用。
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为一种价格低廉、综合性能优良的高分子材料。PET具有良好的耐热性、耐摩擦性、电绝缘性、耐化学药品腐蚀性等，广泛应用于生产纤维、容器、包装材料、胶片等领域，是塑料瓶盖非常常用材料。由于PET力学性能、耐热性和价格上优于常用工程塑料聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，所以世界上主要的PET材料制造商竞相投入人力、物力力求突破PET材料在工程塑料方面的应用，以取代部分PBT的使用。近年来，对PET工程塑料的研究已经成为日本、美国、法国等发达国家新材料和功能材料领域中的研究热点之一。
但是，PET作为工程塑料使用时，其缺点是结晶速率慢，成型过程中常会出现较大的翘曲变形及收缩等缺陷，瓶盖抗冲击性能差，从而限制了其应用。此外，将PET加工成瓶盖，尤其是食品和医药塑料容器的塑料瓶盖的内、外极易感染和滋生细菌，对产品的保存和人体健康安全具有严重的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种PET复合塑料瓶盖的成型工艺，使PET塑料瓶盖加工结晶速率快，成型过程中不会出现翘曲变形及收缩等缺陷，瓶盖抗冲击性能强，并具有持续抗菌和抑菌效果。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种PET复合塑料瓶盖的成型工艺，具体包括以下步骤：
S1、将凹凸棒石研磨过200目筛，然后按1g:15mL的料液比加入去离子水，搅拌1h，使其充分分散于水中，再加入凹凸棒石2％重量的十八烷基三甲基溴化铵，升温到80℃强烈搅拌反应10h，静置冷却后，离心洗涤数次，直至用0.1mol/L的AgN03水溶液检测无沉淀为止，烘干后研磨并过200目筛，得到有机凹凸棒石。
凹凸棒石表面含有大量的硅羟基，亲水性较强，在有机物中的分散性较差，与高分子材料的相容性较差。通过对凹凸棒石进行有机改性可以改变凹凸棒石表面的极性，使凹凸棒石表面由亲水转变为疏水，降低硅酸盐表面能，从而可以提高凹凸棒石与聚合物之间的相容性，提高界面结合力。
S2、将有机凹凸棒石加入1300倍重量的去离子水，在80℃下剧烈搅拌0.5h，使有机凹凸棒石完全分散并膨胀，再加入有机凹凸棒石30倍重量的PET单体和0.9倍重量的十二烷基苯磺酸钠乳化剂，在80℃下搅拌0.5h，形成均匀乳液，然后慢慢滴加有机凹凸棒石1.3倍重量过硫酸铵作为引发剂，在80℃继续搅拌6h，停止加热、搅拌、降温，加入2wt％的质量分数为10％的氯化钙溶液破乳，洗涤过滤，干燥，得到PET/凹凸棒石复合材料。
粘土容易吸水膨胀，并能在水中形成稳定的悬浮液。当凹凸棒石硅酸盐层间的吸附阳离子为钠离子时，凹凸棒石的亲水性得到大大提高。钠离子凹凸棒石在乳液中的剥离吸附作用可用来实现非水溶性大分子对凹凸棒石的插层。PET和凹凸棒石之间由于插层而产生较强的相互作用，同时凹凸棒石层由于水的去除而收缩，这使得PET分解变得困难；因此，使得复合材料热分解温度的提高。PET分子链进入到凹凸棒石的层间，一方面其活动空间受到限制，另一方面，进入层间的分子链与有机物及凹凸棒石之间产生了相互作用，这种相互作用对PET分子链的活动有束缚作用，使其链段运动的阻力增大，因此需要在一个稍高的温度下才会热分解。因此在结构中引入较稳定的基团对复合材料的热稳定性是有利的。但凹凸棒石含量进一步增加时，复合材料的热分解温度有所下降，这是因为当凹凸棒石量比较多时，凹凸棒石以团聚体存在于基体中，与聚合物的相互作用变弱，使复合材料的传热能力提高，因此材料的热稳定性有所下降。
S3、将PET/凹凸棒石复合材料在料筒内220℃下加热制成熔料，再用注射装置注入腔内温度为100℃的模腔内，然后向熔料中边搅拌边注入超临界CO2，并使模腔内的气压达到100MPa，搅拌转速为150～200r/min，待气压稳定后保压7.5s，得到均匀一致的熔料和CO2的均相体系，然后缓慢释放模腔内的气压至常压，经降温成型，即得到具有微孔结构的PET复合塑料瓶盖。
S4、按每升去离子水40～60g可食性植物抗菌精油微胶囊、5～15gNa2Si03·9H20的比例，将可食性植物抗菌精油微胶囊和Na2Si03·9H20加入去离子水中，超声充分分散30min，得到分散均匀的悬浊液，然后将PET复合塑料瓶盖浸入悬浊液中，于超声波进行间歇式搅拌1.5～2h后，取出PET复合塑料瓶盖，于常温下静置30min，然后用去离子水反复冲洗3～5次，充分干燥即可。
进一步，S1中的凹凸棒石在研磨过筛前，先经过钠化处理，处理方法如下：将凹凸棒石按3g:20mL的料液比加入lmol/L的Na2C03溶液中，在常温下搅拌24h后，离心洗涤数次，直至用0.1mol/L的AgN03水溶液检测无沉淀为止，于烘箱中70℃烘干即可，当凹凸棒石硅酸盐层间的吸附阳离子为钠离子时，凹凸棒石的亲水性得到大大提高，能够有效提高凹凸棒石在水中的溶解度，保证其充分膨胀。
进一步，S3中的可食性植物抗菌精油微胶囊的制备方法如下：
按1:1的质量比分别取壳聚糖和明胶，加入10倍体积的体积分数为2％的乙酸溶液，充分混合搅拌，得到连续相稳定溶液，然后逐滴加入与壳聚糖等质量的可食性植物抗菌精油，并迅速搅拌分散，于10000r/min下高速均质20min，所得的乳液稳定后通过低温喷雾干燥机进行喷雾干燥，即得到可食性植物抗菌精油微胶囊。
进一步，喷雾干燥的进风温度设定为120℃，风量为3m3/min，设定蠕动泵进料转速为17r/min。
进一步，可食性植物抗菌精油为茶树精油、艾草精油、生姜精油、薄荷精油、茴香精油、牛至精油和肉桂精油中的一种或则几种。
进一步，S4中超声波间歇式搅拌的超声波强度为30～50W，间歇时间为5s，搅拌时间为10s。
进一步，S4中PET复合塑料瓶盖干燥的温度为55～65℃，干燥的时间为1～2h。
本发明的有益效果：
1、本发明的PET/凹凸棒石复合材料是一种层状硅酸盐以纳米级的尺寸分布于聚合物基体中的复合材料，综合聚合物优异的可加工性能和无机材料的高模量、高强度的性能，改性凹凸棒石为PET很好的成核剂，能够促进复合材料的晶体的成核速率，提高了PET的结晶速率，成型过程中不会出现翘曲变形及收缩等缺陷，瓶盖抗冲击性能强。
2、本发明制备的PET复合塑料瓶盖经过微孔发泡加工而成，瓶盖的质量轻，密度更低，相比传统注射成型工艺原材料使用量更少，产品重量更轻，经过微孔发泡的瓶盖摆锤冲击强度、疲劳寿命和热稳定性高，耐水性、耐酸碱性强。
3、本发明制备的PET复合塑料瓶盖在使用过程中，可食性植物抗菌精油透过微胶囊的囊壁缓慢释放出来，对瓶盖的内、外的菌类进行持续杀害，抑制细菌滋生，有利于对产品的保存和人体健康安全的防护。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明进行详细说明：
实施例一
一种PET复合塑料瓶盖的成型工艺，将300g凹凸棒石加入2L的lmol/L的Na2C03溶液中，在常温下搅拌24h后，离心洗涤数次，直至用0.1mol/L的AgN03水溶液检测无沉淀为止，于烘箱中70℃烘干后，研磨过200目筛，然后按1g:15mL的料液比加入去离子水，搅拌1h，使其充分分散于水中，再加入6g十八烷基三甲基溴化铵，升温到80℃强烈搅拌反应10h，静置冷却后，离心洗涤数次，直至用0.1mol/L的AgN03水溶液检测无沉淀为止，烘干后研磨并过200目筛，得到有机凹凸棒石。取30g有机凹凸棒石加入39Kg的去离子水，在80℃下剧烈搅拌0.5h，使有机凹凸棒石完全分散并膨胀，再加入900gPET单体和27g十二烷基苯磺酸钠，在80℃下搅拌0.5h，形成均匀乳液，然后慢慢滴加有机凹凸棒石39g过硫酸铵，在80℃继续搅拌6h，停止加热、搅拌、降温，加入800g质量分数为10％的氯化钙溶液破乳，洗涤过滤，干燥，得到PET/凹凸棒石复合材料。将PET/凹凸棒石复合材料在料筒内210℃下加热制成熔料，再用注射装置注入腔内温度为95℃的模腔内，然后向熔料中边搅拌边注入超临界CO2，并使模腔内的气压达到95MPa，搅拌转速为150r/min，待气压稳定后保压7.5s，得到均匀一致的熔料和CO2的均相体系，然后缓慢释放模腔内的气压至常压，经降温成型，即得到具有微孔结构的PET复合塑料瓶盖。分别100g取壳聚糖和明胶，加入2L体积分数为2％的乙酸溶液，充分混合搅拌，得到连续相稳定溶液，然后逐滴加入100g生姜精油，并迅速搅拌分散，于10000r/min下高速均质20min，所得的乳液稳定后通过低温喷雾干燥机进行喷雾干燥，喷雾干燥的进风温度设定为120℃，风量为3m3/min，设定蠕动泵进料转速为17r/min，即得到生姜精油微胶囊。取去离子水2L，分别加入90g生姜精油微胶囊、14gNa2Si03·9H20，超声充分分散30min，得到分散均匀的悬浊液，然后将PET复合塑料瓶盖浸入悬浊液中，于超声波进行间歇式搅拌(超声波强度为30W，间歇时间为5s，搅拌时间为10s)1.5h后，取出PET复合塑料瓶盖，于常温下静置30min，然后用去离子水反复冲洗3次，于55℃，干燥1h即可。
实施例二
一种PET复合塑料瓶盖的成型工艺，将300g凹凸棒石加入2L的lmol/L的Na2C03溶液中，在常温下搅拌24h后，离心洗涤数次，直至用0.1mol/L的AgN03水溶液检测无沉淀为止，于烘箱中70℃烘干后，研磨过200目筛，然后按1g:15mL的料液比加入去离子水，搅拌1h，使其充分分散于水中，再加入6g十八烷基三甲基溴化铵，升温到80℃强烈搅拌反应10h，静置冷却后，离心洗涤数次，直至用0.1mol/L的AgN03水溶液检测无沉淀为止，烘干后研磨并过200目筛，得到有机凹凸棒石。取30g有机凹凸棒石加入39Kg的去离子水，在80℃下剧烈搅拌0.5h，使有机凹凸棒石完全分散并膨胀，再加入900gPET单体和27g十二烷基苯磺酸钠，在80℃下搅拌0.5h，形成均匀乳液，然后慢慢滴加有机凹凸棒石39g过硫酸铵，在80℃继续搅拌6h，停止加热、搅拌、降温，加入800g质量分数为10％的氯化钙溶液破乳，洗涤过滤，干燥，得到PET/凹凸棒石复合材料。将PET/凹凸棒石复合材料在料筒内220℃下加热制成熔料，再用注射装置注入腔内温度为100℃的模腔内，然后向熔料中边搅拌边注入超临界CO2，并使模腔内的气压达到100MPa，搅拌转速为170r/min，待气压稳定后保压7.5s，得到均匀一致的熔料和CO2的均相体系，然后缓慢释放模腔内的气压至常压，经降温成型，即得到具有微孔结构的PET复合塑料瓶盖。分别100g取壳聚糖和明胶，加入2L体积分数为2％的乙酸溶液，充分混合搅拌，得到连续相稳定溶液，然后逐滴加入100g艾草精油，并迅速搅拌分散，于10000r/min下高速均质20min，所得的乳液稳定后通过低温喷雾干燥机进行喷雾干燥，喷雾干燥的进风温度设定为120℃，风量为3m3/min，设定蠕动泵进料转速为17r/min，即得到艾草精油微胶囊。取去离子水2L，分别加入94g可食性植物抗菌精油微胶囊、18gNa2Si03·9H20，超声充分分散30min，得到分散均匀的悬浊液，然后将PET复合塑料瓶盖浸入悬浊液中，于超声波进行间歇式搅拌(超声波强度为40W，间歇时间为5s，搅拌时间为10s)1.7h后，取出PET复合塑料瓶盖，于常温下静置30min，然后用去离子水反复冲洗4次，于60℃，干燥1.5h即可。
实施例三
一种PET复合塑料瓶盖的成型工艺，将300g凹凸棒石加入2L的lmol/L的Na2C03溶液中，在常温下搅拌24h后，离心洗涤数次，直至用0.1mol/L的AgN03水溶液检测无沉淀为止，于烘箱中70℃烘干后，研磨过200目筛，然后按1g:15mL的料液比加入去离子水，搅拌1h，使其充分分散于水中，再加入6g十八烷基三甲基溴化铵，升温到80℃强烈搅拌反应10h，静置冷却后，离心洗涤数次，直至用0.1mol/L的AgN03水溶液检测无沉淀为止，烘干后研磨并过200目筛，得到有机凹凸棒石。取30g有机凹凸棒石加入39Kg的去离子水，在80℃下剧烈搅拌0.5h，使有机凹凸棒石完全分散并膨胀，再加入900gPET单体和27g十二烷基苯磺酸钠，在80℃下搅拌0.5h，形成均匀乳液，然后慢慢滴加有机凹凸棒石39g过硫酸铵，在80℃继续搅拌6h，停止加热、搅拌、降温，加入800g质量分数为10％的氯化钙溶液破乳，洗涤过滤，干燥，得到PET/凹凸棒石复合材料。将PET/凹凸棒石复合材料在料筒内230℃下加热制成熔料，再用注射装置注入腔内温度为105℃的模腔内，然后向熔料中边搅拌边注入超临界CO2，并使模腔内的气压达到105MPa，搅拌转速为200r/min，待气压稳定后保压7.5s，得到均匀一致的熔料和CO2的均相体系，然后缓慢释放模腔内的气压至常压，经降温成型，即得到具有微孔结构的PET复合塑料瓶盖。分别100g取壳聚糖和明胶，加入2L体积分数为2％的乙酸溶液，充分混合搅拌，得到连续相稳定溶液，然后逐滴加入100g肉桂精油，并迅速搅拌分散，于10000r/min下高速均质20min，所得的乳液稳定后通过低温喷雾干燥机进行喷雾干燥，喷雾干燥的进风温度设定为120℃，风量为3m3/min，设定蠕动泵进料转速为17r/min，即得到肉桂精油微胶囊。取去离子水2L，分别加入100g肉桂精油微胶囊、28gNa2Si03·9H20，超声充分分散30min，得到分散均匀的悬浊液，然后将PET复合塑料瓶盖浸入悬浊液中，于超声波进行间歇式搅拌(超声波强度为50W，间歇时间为5s，搅拌时间为10s)2h后，取出PET复合塑料瓶盖，于常温下静置30min，然后用去离子水反复冲洗5次，于65℃，干燥2h即可。
实施例四
将PET原料在料筒内220℃加热制成熔料；由注射装置注入模具型腔内；再用注射装置注入腔内温度为105℃的模腔内，当熔料填充至模具型腔体积的93～97％时，于100MPa的压力下保压7.5s；保压结束后，熔料经冷却、开模、脱模处理，即得到PET瓶盖。
按实施例一至实施例四的方法，其中实施例四作为对照组，分别用同一套模具加工100个的PE瓶盖，分别统计瓶盖的翘曲变形率(％)和瓶盖平均重量(g/个)；
并按实施例一至实施例四的方法，分别用同一套模具加工100个的PE样条，分别参照ASTM D790、ASTM D638和ASTM D695测试样条的弯曲模量(MPa)、拉伸强度(MPa)和压缩强度(MPa)，结果如表1所示：
表1
实施例 实施例一 实施例二 实施例三 实施例四
翘曲变形率 0 0 0 7
平均重量 1.74 1.64 1.71 2.35
弯曲模量 4398 4453 4432 3228
拉伸强度 87 84 79 62
压缩强度 6.4 6.1 5.9 2.2
由表1可知，实施例一至实施例三加工成型的PET复合塑料瓶盖翘曲变形率均为0，且瓶盖平均重量为1.74g/个，而实施例的普通PET瓶盖平均重量达到2.35g/个；且实施例一至实施例三加工成型的PET复合塑料瓶盖的弯曲模量、拉伸强度和压缩强度均比对照组实施例四的高。因此，采用本发明的方法成型的PET瓶盖的翘曲变形低，瓶盖力学性能显著提升，瓶盖重量显著降低，有效地减少了用料、降低了成本，有利于扩展PET材料的应用领域。
2、本发明制备的PET复合塑料瓶盖经过微孔发泡加工而成，瓶盖的质量轻
将实施例一至实施例四加工得到的PET复合塑料瓶盖各随机选取3个，标记为1至12，分别切割成1cm×1cm的塑料片，采用日本JISZ2801:2010标准进行抗菌性性能检测，每个PET复合塑料瓶盖平行测试三次，并依照标准取其绝对值，当抗菌值大于等于2时，说明抗菌率大于99％，检测结果如表2所示：
表2
Figure BDA0002881853480000091
由表2可知，实施例一至实施例四加工成型的PET复合塑料瓶盖，从中任取三件手爪骨架对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性菌的抗菌值均高于99％，而对照组实施例四的抗菌值均低于99％。因此，采用本发明的方法成型的PET瓶盖在使用过程中，可食性植物抗菌精油透过微胶囊的囊壁缓慢释放出来，能够对瓶盖的内、外的菌类进行持续杀害，抑制细菌滋生，有利于对产品的保存和人体健康安全的防护。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (7)

1.一种PET复合塑料瓶盖的成型工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、将凹凸棒石研磨过200目筛，然后按1g:15mL的料液比加入去离子水，搅拌1h，使其充分分散于水中，再加入凹凸棒石2％重量的十八烷基三甲基溴化铵，升温到80℃强烈搅拌反应10h，静置冷却后，离心洗涤数次，直至用0.1mol/L的AgN03水溶液检测无沉淀为止，烘干后研磨并过200目筛，得到有机凹凸棒石；
S2、将有机凹凸棒石加入1300倍重量的去离子水，在80℃下剧烈搅拌0.5h，使有机凹凸棒石完全分散并膨胀，再加入有机凹凸棒石30倍重量的PET单体和0.9倍重量的十二烷基苯磺酸钠，在80℃下搅拌0.5h，形成均匀乳液，然后慢慢滴加有机凹凸棒石1.3倍重量过硫酸铵，在80℃继续搅拌6h，停止加热、搅拌、降温，加入2wt％的质量分数为10％的氯化钙溶液破乳，洗涤过滤，干燥，得到PET/凹凸棒石复合材料；
S3、将PET/凹凸棒石复合材料在料筒内210～230℃下加热制成熔料，再用注射装置注入腔内温度为95～105℃的模腔内，然后向熔料中边搅拌边注入超临界CO2，并使模腔内的气压达到95～105MPa，搅拌转速为150～200r/min，待气压稳定后保压7.5s，得到均匀一致的熔料和CO2的均相体系，然后缓慢释放模腔内的气压至常压，经降温成型，即得到具有微孔结构的PET复合塑料瓶盖；
S4、按每升去离子水45～50g可食性植物抗菌精油微胶囊、7～14gNa2Si03·9H20的比例，将可食性植物抗菌精油微胶囊和Na2Si03·9H20加入去离子水中，超声充分分散30min，得到分散均匀的悬浊液，然后将PET复合塑料瓶盖浸入悬浊液中，于超声波进行间歇式搅拌1.5～2h后，取出PET复合塑料瓶盖，于常温下静置30min，然后用去离子水反复冲洗3～5次，充分干燥即可。
2.根据权利要求1所述的一种PET复合塑料瓶盖的成型工艺，其特征在于，S1中所述的凹凸棒石在研磨过筛前，先经过钠化处理，处理方法如下：将凹凸棒石按3g:20mL的料液比加入lmol/L的Na2C03溶液中，在常温下搅拌24h后，离心洗涤数次，直至用0.1mol/L的AgN03水溶液检测无沉淀为止，于烘箱中70℃烘干即可。
3.根据权利要求2所述的一种PET复合塑料瓶盖的成型工艺，其特征在于，S3中所述的可食性植物抗菌精油微胶囊的制备方法如下：
按1:1的质量比分别取壳聚糖和明胶，加入10倍体积的体积分数为2％的乙酸溶液，充分混合搅拌，得到连续相稳定溶液，然后逐滴加入与壳聚糖等质量的可食性植物抗菌精油，并迅速搅拌分散，于10000r/min下高速均质20min，所得的乳液稳定后通过低温喷雾干燥机进行喷雾干燥，即得到可食性植物抗菌精油微胶囊。
4.根据权利要求3所述的一种PET复合塑料瓶盖的成型工艺，其特征在于，所述喷雾干燥的进风温度设定为120℃，风量为3m3/min，设定蠕动泵进料转速为17r/min。
5.根据权利要求4所述的一种PET复合塑料瓶盖的成型工艺，其特征在于，所述可食性植物抗菌精油为茶树精油、艾草精油、生姜精油、薄荷精油、茴香精油、牛至精油和肉桂精油中的一种或则几种。
6.根据权利要求5所述的一种PET复合塑料瓶盖的成型工艺，其特征在于，S4中所述超声波间歇式搅拌的超声波强度为30～50W，间歇时间为5s，搅拌时间为10s。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的一种PET复合塑料瓶盖的成型工艺，其特征在于，S4中所述PET复合塑料瓶盖干燥的温度为55～65℃，干燥的时间为1～2h。
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