CN113831702B - 可降解塑料餐盒组合物及其制备方法 - Google Patents

可降解塑料餐盒组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可降解塑料餐盒组合物及其制备方法，属于高分子降解塑料技术领域。本发明所述的可降解塑料餐盒组合物，包括以下重量份数的原料：聚乳酸100份，增塑增韧树脂45‑65份，聚酯成核剂0.5‑2份，聚合型环氧官能改性剂3‑6份；阻隔剂复合物6‑12份；交联改性剂1‑2份；抗紫外助剂0.5‑1份，阳离子淀粉5‑10份；本发明所述的可降解塑料餐盒组合物，不仅具有优异的完全降解性能，还具有优异的耐热性、力学性能和加工性能；本发明同时提供了简单易行的制备方法。

Description

可降解塑料餐盒组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种可降解塑料餐盒组合物及其制备方法，属于高分子降解塑料技术领域。
背景技术
一次性塑料餐盒由于其使用快捷方便，越来越受到人们的喜爱，但是塑料的不可降解性，废弃塑料对环境的污染性越来越严重，其可残存于自然界中长达上百年，造成大量的“白色污染”，严重污染环境。面对越来越严格的环境保护意识，环境和社会强烈要求全生物降解材料替代目前用塑料餐盒。
文献中有关于降解餐盒的报道，很多都是利用普通塑料，加淀粉、碳酸钙或光敏剂，使其变成碎片，达到“崩解”的目的，但这种崩解的碎片仍为普通塑料，而不是真正的降解，碎片对环境的污染更为严重。
为了解决塑料“白色污染”问题，使用环境友好的完全生物降解聚合物替代传统的石油基塑料，已成为当前研究开发的热点。生物降解塑料的特点很鲜明，化学合成的生物降解塑料，如聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)等，目前已经大量生产。
聚乳酸(PLA)是以乳酸为原料聚合生成的高分子材料，是一种能够完全降解的新型脂肪族聚酯，具有无毒、强度高、易加工等许多优异的性能，但也存在着耐热性不高、脆性较大、抗冲击性差、熔体强度低、结晶缓慢、产品成型困难等缺点，需要对其进行改性，以拓宽其应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种可降解塑料餐盒组合物，其不仅具有优异的完全降解性能，还具有优异的耐热性、力学性能和加工性能；本发明同时提供了简单易行的制备方法。
本发明所述的可降解塑料餐盒组合物，包括以下重量份数的原料：
Figure BDA0002554884430000011
Figure BDA0002554884430000021
所述聚合型环氧官能改性剂为苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物，分子量为35000-45000，环氧当量为1330-1530g/mol。在它的引发作用下，PLA与交联改性剂共挤出发生反应，与成核剂协同，提高了PLA共混物的熔体强度、力学性能和加工性能。
优选的，聚乳酸为半结晶的聚右旋乳酸(PDLA)，数均分子量为5-8万，分子量分布为1-2。
优选的，增塑增韧树脂为聚己内酯，牌号PCL-05，平均分子量为10000-12000，特性粘度为0.3-0.4dL/g，其为柔软性弹性体，作为基础树脂的增塑增韧剂。
优选的，聚酯成核剂型号为BRUGGOLEN P250，德国布吕格曼公司生产。它添加到聚合物熔体中，无定形粉末很容易被分离成细小的颗粒，起到有效的成核作用，形成细致的晶体结构，从而提高PLA的性能。
优选的，阻隔剂复合物为乙烯～乙烯醇共聚物与聚乙酸乙烯酯的混合物，混合质量比为2-3：1。进一步优选的，乙烯～乙烯醇共聚物中乙烯基质量含量在20-25％；聚乙酸乙烯酯聚合度为300-600。
优选的，交联改性剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
优选的，抗紫外助剂为光稳定剂UV-3853S，起到了控制降解速度的作用。
优选的，阳离子淀粉为淀粉叔氨基烷基醚，其在淀粉大分子中引入叔氨基，赋予淀粉阳离子特性。
所述的可降解塑料餐盒组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)先将聚乳酸在80-90℃烘箱中干燥2-3小时，取出备用；
(2)将烘干后的聚乳酸按比例称取，再加入增塑增韧树脂、聚酯成核剂、聚合型环氧官能改性剂、阻隔剂复合物、交联改性剂、抗紫外助剂、阳离子淀粉，加入到混合机中高速搅拌，直至物料完全混合均匀，时间约为5-10分钟，然后放出物料；
(3)将混配好的物料投入到双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机温度为140℃～160℃，喂料转速为15-25r/min，主机转速为85～100r/min，经冷却、切粒即得本发明组合物。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明中一定分子量的聚己内酯的加入，改善了PLA的冲击性能和加工性能；
(2)本发明中聚酯成核剂的使用，使得聚合物熔体中无定形部分很容易被分离成细小的颗粒，起到有效的成核作用，形成细致的晶体结构，从而提高PLA的熔体强度、力学性能和结晶性；
(3)在聚合型环氧官能改性剂苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物的作用下，在共挤出中，引发PLA与交联改性剂三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的扩链反应，从而进一步提高PLA的熔体强度、拉伸强度及加工性能；
(4)聚乙酸乙烯酯与乙烯-乙烯醇共聚物复合使用，既保持了乙烯-乙烯醇共聚物的高阻隔性能，使得材料氧气透过量大幅度降低，提高了食物的保鲜时间，又消除了由于乙烯基含量低，乙烯-乙烯醇共聚物内羟基含量较高，材料刚性较大对冲击强度的不利影响，进一步改善了冲击性能和加工性能；
(5)阳离子淀粉的加入，由于其对带阴电荷物质的亲和性，改善了PLA亲水性差的问题，与抗紫外线剂协同使用，使得组合物降解速度得以有效控制，保证了组合物的放置时间；
(6)本发明还提供了制备方法，工艺简单合理，易于工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但其并不限制本发明的实施。
表1为本发明实施例的配方，表2为对比例的配方。
实施例中聚乳酸的牌号为牌号Revode110，浙江海正生物材料有限公司，密度1.25±0.05g/cm3，熔点150-155℃，玻璃化温度56-60℃。
实施例中聚己内酯牌号为PCL-05，长春杭盖科技有限公司，特性粘度0.35dL/g，分子量11000。
实施例中的聚酯成核剂型号为BRUGGOLEN P250，德国布吕格曼公司生产。
实施例中的聚合型环氧官能改性剂为苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物，分子量为35000-45000，环氧当量(g/mol)为1330-1530。
实施例中的阻隔剂复合物为乙烯～乙烯醇共聚物与聚乙酸乙烯酯的混合物。
实施例中的交联改性剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
实施例中的抗紫外助剂为光稳定剂UV-3853S。
实施例中的阳离子淀粉为德州润德淀粉有限公司生产的阳离子淀粉。
发明实施例和对比例的区别为：
对比例1与实施例3相比，没添加聚酯成核剂，其余组分相同；
对比例2与实施例3相比，没添加苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物，其余组分相同；
对比例3与实施例3相比，只采用聚乙酸乙烯酯，没有添加阻隔剂复合物，其余组分相同；
对比例4与实施例3相比，只添加乙烯～乙烯醇共聚物，没有添加阻隔剂复合物，其余组分相同；
对比例5与实施例3相比，没有添加三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，其余组分相同；
对比例6与实施例3相比，阻隔剂复合物的比例不同(乙烯-乙烯醇共聚物：聚乙酸乙烯酯＝1：1-2，其余组分相同。
表1本发明实施例1-6的配方
Figure BDA0002554884430000041
表2对比例1-6的配方
Figure BDA0002554884430000042
Figure BDA0002554884430000051
各实施例和对比例的制备方法如下：
(1)先将聚乳酸在85±5℃烘箱中干燥2小时，取出备用；
(2)将烘干后的聚乳酸与按比例称取的聚己内酯、聚酯成核剂、聚合型环氧官能改性剂、阻隔剂、交联改性剂、抗紫外助剂、阳离子淀粉，加入到混合机中高速搅拌，直至物料完全混合均匀，时间为5分钟，然后放出物料；
(3)将混配好的物料投入到双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机温度为150±10℃，喂料转速为20r/min，主机转速为90r/min，经冷却、切粒即得本发明组合物；
(4)将组合物在175±10℃条件下挤出片材，片材厚度约为1mm。
本发明实施例、对比例制备的产品的性能如下：
表3本发明实施例1-6制备的产品的性能测试结果
Figure BDA0002554884430000052
Figure BDA0002554884430000061
注：片材氧气透过量采用压差法测试，测试条件为：温度23℃，相对湿度50％±10％RH；拉伸强度按照GB/T1040-2006测试。
表4对比例1-6制备的产品的性能测试结果
Figure BDA0002554884430000062
注：片材氧气透过量采用压差法测试，测试条件为：温度23℃，相对湿度50％±10％RH；拉伸强度按照GB/T1040-2006测试。
从实施例和对比例的测试结果可看出：
对比例1和对比例2由于没有聚酯成核剂和聚合型环氧官能改性剂，因而其拉伸强度明显低于实施例3；
对比例3由于缺少本发明阻隔剂复合物，从而其阻隔性能极差，断裂伸长率偏低；
对比例4只添加了阻隔剂复合物中的一种，其氧气透过量明显高于实施例；
对比例5由于没有交联改性剂，其强度较实施例有较大幅度降低；
对比例6虽然采用了阻隔剂复合物，但复合物成分比例不同，造成其氧气透过量低于实施例。从上述分析可看出，本发明实施例制备的产品性能明显优于对比例制备的产品的性能。
以上内容描述了本发明的基本原理和主要特征，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (7)

1.一种可降解塑料餐盒组合物，其特征在于：包括以下重量份数的原料：
聚乳酸 100份，
增塑增韧树脂 45-65份，
聚酯成核剂 0.5-2份，
聚合型环氧官能改性剂 3-6份；
阻隔剂复合物 6-12份；
交联改性剂 1-2份；
抗紫外助剂 0.5-1份，
阳离子淀粉 5-10份；
所述聚合型环氧官能改性剂为苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物，分子量为35000-45000，环氧当量为1330-1530 g/mol；
阻隔剂复合物为乙烯～乙烯醇共聚物与聚乙酸乙烯酯的混合物，混合质量比为2-3：1；乙烯～乙烯醇共聚物中乙烯基质量含量在20-25％；聚乙酸乙烯酯聚合度为300-600；
增塑增韧树脂为聚己内酯，平均分子量为10000-12000，特性粘度为0.3-0.4dL/g。
2.根据权利要求1所述的可降解塑料餐盒组合物，其特征在于：聚乳酸为半结晶的聚右旋乳酸，数均分子量为5-8万，分子量分布为1-2。
3.根据权利要求1所述的可降解塑料餐盒组合物，其特征在于：交联改性剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
4.根据权利要求1所述的可降解塑料餐盒组合物，其特征在于：抗紫外助剂为光稳定剂UV-3853 S。
5.根据权利要求1所述的可降解塑料餐盒组合物，其特征在于：阳离子淀粉为淀粉叔氨基烷基醚。
6.一种权利要求1-5任一所述的可降解塑料餐盒组合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）先将聚乳酸在烘箱中干燥，取出备用；
（2）将烘干后的聚乳酸按比例称取，再加入增塑增韧树脂、聚酯成核剂、聚合型环氧官能改性剂、阻隔剂复合物、交联改性剂、抗紫外助剂、阳离子淀粉，加入到混合机中搅拌，直至物料混合均匀，时间为5-10分钟，然后放出物料；
（3）将混配好的物料投入到双螺杆挤出机中挤出造粒，经冷却、切粒即得组合物。
7.根据权利要求6所述的可降解塑料餐盒组合物的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，在80-90℃烘箱中干燥2-3小时；步骤（3）双螺杆挤出机温度为140℃～160℃，喂料转速为15-25 r/min，主机转速为 85～100r/min。
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