CN114031906A - 一种防鼠咬pbat/淀粉复合薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防鼠咬PBAT/淀粉复合薄膜及其制备方法，按质量份数计，复合薄膜包括PBAT 100份，淀粉20‑40份，增塑剂5‑15份，液态驱鼠剂0.5‑1.5份，轻质碳酸钙5‑10份，润滑剂0.3‑1.5份，抗氧剂0.1‑1.0份。本发明通过高混机、双螺杆挤出机和吹膜机，制备防鼠咬PBAT/淀粉复合薄膜，利用无毒物质作为驱鼠剂，更加绿色环保；利用轻质碳酸钙孔隙吸附大部分液态驱鼠剂，薄膜表面无驱鼠剂析出，但驱鼠味道能持久释放，薄膜生产过程味道小。该发明解决了PBAT/淀粉复合薄膜在储存和使用中易被老鼠啃咬的问题，薄膜可应用在塑料包装袋、购物袋、垃圾袋等领域。

Description

一种防鼠咬PBAT/淀粉复合薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及薄膜制备技术领域，特别是涉及一种防鼠咬PBAT/淀粉复合薄膜及其制备方法。

背景技术

传统不可降解塑料(例如PP、PE)薄膜引发的“白色污染”和“微塑料”问题引起了社会广泛关注，开发可生物降解膜可有效解决这些问题。

聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)作为新型可生物降解聚酯，既有较低的加工温度、较高的拉伸强度和高的断裂伸长率，又有良好的可生物降解性；且由于其吹膜工艺性能优异，可用于替代PP、PE等传统薄膜。但相比传统薄膜，PBAT薄膜生产成本较高，常通过添加填料来降低成本。

在众多填料中，淀粉具有来源广、成本低、可生物降解等优点，利用淀粉填充PBAT制备复合薄膜可以有效降低PBAT薄膜的成本。但PBAT/淀粉薄膜在储存和使用时易遭到老鼠啃咬，造成损坏，广受经销商和用户诟病。

往塑胶(如电缆履皮、煤气塑胶管等)中添加薄荷精油等驱鼠剂是使塑胶制品免遭老鼠咬的常用方法，但PBAT吹塑薄膜很薄，一般仅厚15-40μm，易挥发的驱鼠剂难以持久释放，导致驱鼠效果不佳。同时，液态驱鼠剂与PBAT相容性不佳，易迁移到薄膜表面，手感差(有油腻感)。再者，直接往PBAT里添加液态驱鼠剂，生产过程车间味道大，工作环境差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种防鼠咬PBAT/淀粉复合薄膜及其制备方法，通过带有搅拌装置的真空容器、高混机、双螺杆挤出机和吹膜机，制备防鼠咬的PBAT/淀粉复合薄膜；利用无毒物质作为驱鼠剂代替有毒的杀鼠剂，更加的绿色环保；由于大部分液态驱鼠剂被吸附在轻质碳酸钙孔隙内，所制备的PBAT/淀粉薄膜表面无驱鼠剂析出(不油腻)，但驱鼠味道能持久释放，薄膜生产过程味道小。该发明有效解决了PBAT/淀粉复合薄膜在储存和使用中容易被老鼠啃咬的问题，所得PBAT/淀粉复合薄膜可应用在塑料包装袋、购物袋、垃圾袋等领域。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种防鼠咬PBAT/淀粉复合薄膜，按质量份数计，复合薄膜包括PBAT100份、淀粉20-40份、增塑剂5-15份、液态驱鼠剂0.5-1.5份、轻质碳酸钙5-10份、润滑剂0.3-1.5份、抗氧剂0.1-1.0份。

所述PBAT在190℃、2.16kg负荷作用下的熔体流动速率为2-10g/10min，端羧基含量为1-30mol/吨。

所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、甘薯淀粉、小麦淀粉、豌豆淀粉、莲藕淀粉中的一种或多种。

所述增塑剂为甘油、山梨糖醇、尿素、乙二醇中的一种或多种。

所述液态驱鼠剂为薄荷精油、辣椒油、月桂树叶提取液中的一种或多种。

所述轻质碳酸钙为目数1500-5000目，含有多孔的碳酸钙。

所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸丁酯、硬脂酸单甘脂、油酰胺中的一种或多种。

所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(即抗氧剂1010)、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(即抗氧剂1076)、2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)(即抗氧剂2246)、三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(即抗氧剂168)、双酚A的一种或几种。

一种防鼠咬PBAT/淀粉复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(a)按配方称取轻质碳酸钙、液态驱鼠剂，将轻质碳酸钙粉末放入一带有搅拌装置的真空容器内，然后通过开孔往轻质碳酸钙上方喷液态驱鼠剂，使尽可能多的驱鼠剂通过真空负压进入轻质碳酸钙的孔隙内，得到驱鼠剂/轻质碳酸钙；

(b)按配方分别称取PBAT、淀粉、增塑剂、驱鼠剂/轻质碳酸钙、润滑剂、抗氧剂，室温条件下将所有原料直接投入高速混合机中，共混10min；

(c)将步骤(b)中得到的混合物加入到双螺杆挤出机中混炼塑化、挤出，经拉条风冷切粒，得到所需粒料；

(d)利用吹膜机将得到的粒料直接吹塑，得到PBAT/淀粉复合薄膜。

步骤(c)中，双螺杆挤出机采用平行同向双螺杆挤出机，双螺杆长径比大于40：1且不超过56：1；挤出机一至十段温度为120-170℃；模头温度为120-140℃；转速控制在80-200rpm。

步骤(d)中，吹膜挤出一至四段温度为125-160℃，吹胀比(模口直径：膜泡直径)1:3，吹膜拉伸比为1.2。

本发明的有益效果是：

(1)利用无毒害的驱鼠剂代替有毒的杀鼠剂，更加绿色环保；

(2)由于大部分驱鼠剂被吸附在轻质碳酸钙孔隙内，所制备的PBAT/淀粉薄膜表面无驱鼠剂析出(不油腻)，但驱鼠味道能持久释放，薄膜生产过程味道小，车间环境友好。

(3)通过添加驱鼠剂实现了PBAT/淀粉复合薄膜的持久防鼠咬性能，可用于替代传统塑料包装膜或购物袋，使复合薄膜应用领域更加广泛；

(4)高混、造粒、吹膜，工艺流程简单，易于操作，生产过程安全环保，不会产生“三废”，适合大规模生产。

附图说明

图1为本发明双螺杆挤出机进料装置的结构图；

图2为图1中A-A向的剖面图；

图3为图1中B-B向的剖面图；

图4为进料装置的转盘与挡盘重合的示意图；

图5为图1中C-C向的剖面图；

图6为图1中D处的放大图。

图中：进料斗1、上斗部11、下斗部12、椭圆棍2、中心轴21、辊体22、转盘3、第一通孔31、挡盘4、第二通孔41、第一电机5、齿轮6、第二电机7、滚珠8。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

实施例1

按质量份数计，复合薄膜包括PBAT 100份、玉米淀粉20份、增塑剂(甘油)2份、增塑剂(山梨糖醇)3份、驱鼠剂(薄荷精油)0.5份、轻质碳酸钙(1500目)5份、润滑剂(硬脂酸)0.4份、抗氧剂(1010)0.3份。

防鼠咬PBAT/淀粉复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(a)将轻质碳酸钙放入一带有搅拌装置的真空容器内，然后通过开孔往轻钙上方喷薄荷精油，使尽可能多的精油通过真空负压进入轻钙的孔隙内，得到驱鼠剂/轻质碳酸钙。

(b)按配方分别称取PBAT、淀粉、增塑剂、驱鼠剂/轻质碳酸钙、润滑剂、抗氧剂，室温条件下将所有原料直接投入高速混合机中，共混10min；

(c)将步骤(b)中得到的混合物加入到平行同向双螺杆挤出机(φ35，L/D＝52)中混炼塑化、挤出，经拉条风冷切粒，得到所需粒料；挤挤出机各段温度为：一至十段温度依次为120、125、130、135、140、140、130、127、125、120℃模头温度130℃；转速为250rpm。

(d)利用吹膜机将得到的粒料直接吹塑，得到PBAT/淀粉复合薄膜。吹膜挤出一至四段温度依次为132、135、140、136℃，吹胀比(模口直径：膜泡直径)1:3，吹膜拉伸比为1.2。

将得到的薄膜按GB/T1040.3-2006进行拉伸性能测试，获得拉伸强度与断裂伸长率。结果如表1所示。

将受试SD大鼠15只，雌雄随机性，按体重随机分组，每组三只，一笼为一组，每组平均体重为175±1.5g。试验期间自由饮水，限制性取食，每组放同一薄膜试样(已在别处暴露放置不同月数)两件，两件薄膜试样分别固定于笼内两个不同位置，试样位置各笼相同，每24小时称一次样品重量，检查试样被咬伤程度、大鼠忌避效果，试验连续进行5天。根据鼠咬伤面积评估PBAT/淀粉复合薄膜的防鼠咬性能，结果如表1所示。

表1

实施例2

其它同实施例1，但将薄荷精油的含量从0.5份改为1.5份，车间略有薄荷味道。测试所得薄膜力学性能和防鼠咬性能，结果如下表2所示。

表2

实施例3

其它同实施例1，但将薄荷精油换为辣椒油，车间略有辣味。测试所得薄膜力学性能和防鼠咬性能，结果如下表3所示。

表3

对照例1

其它同实施例1，但不加驱鼠剂。测试所得薄膜力学性能和防鼠咬性能，结果如下表4所示，证明薄膜不具备任何防鼠咬性能。

表4

对照例2

其它同实施例2，但不加轻钙。生产过程车间薄荷味道浓，难闻。测试所得薄膜力学性能和防鼠咬性能，结果如下表5所示，表明防鼠咬缺乏持久性。

表5

实施例4-8

按实施例1的方法制备复合薄膜，具体配比如表6所示。测试所得薄膜力学性能和防鼠咬性能，结果如下表7所示。

表6

表7

双螺杆挤出机是在单螺杆挤出机基础上发展起来的，由于具有良好的加料性能、混炼塑化性能、排气性能、挤出稳定性等特点，目前已经广泛应用于挤出制品的成型加工。然而在现有双螺杆挤出机的物料进料过程中，当进料斗内物料较多时，位于进料斗下部的物料易受重力影响(进料斗下部的物料受到的重力较大)，从而使物料下料速度加快，导致单位时间内物料进料前后的速率不一，过多的进料量降低了后续双螺杆挤出机对物料的加工处理效率及加工质量，影响产品性能均一性。如图1～图5所示，本发明各实施例采用的双螺杆挤出机的进料装置包括进料斗1、分别横向设于进料斗1内的一对椭圆棍2、上下间隔设于进料斗1内的转盘3和挡盘4，所述椭圆棍2为可转动定位至任意角度设置且一对椭圆棍2的转动方向相反，所述挡盘4固定在进料斗1内并位于一对椭圆棍2上方，所述转盘3为可转动定位至任意角度设置，所述转盘3上设有多圈圆周分布的第一通孔31，所述挡盘4上设有多圈圆周分布的第二通孔41，所述转盘3转动至一定角度后使得第一通孔31在水平面上的投影与第二通孔41在水平面上的投影部分重合或完全重合。

所述椭圆棍2包括中心轴21和固定在中心轴21上的椭圆辊体22，所述中心轴21两端分别与进料斗1下部转动连接，即通过轴承、轴承座实现，其中一个所述中心轴21通过第一电机5驱动转动至所需角度，一对所述中心轴21之间通过一对相互啮合的齿轮6驱动转动。进料斗1一侧设置安装箱，中心轴21伸入安装箱内，齿轮6安装在安装箱内内。

进料斗1包括上下连接的上斗部11和下斗部12，所述上斗部11呈圆筒形且其底部呈半椭圆体形，所述下斗部12连接在上斗部11底部且下斗部12呈长方体形，转盘3和挡盘4设于上斗部11内，椭圆棍2设于下斗部12内。

为预防物料落入椭圆棍2两端与进料斗1内壁的间隙，进料斗1内壁与椭圆棍2表面涂覆聚四氟乙烯涂料，椭圆棍2两端与进料斗1内壁贴合滑动连接，或者进料斗1内壁可固设一对上表面倾斜的挡板，一对挡板分别位于椭圆棍2两端部上方，物料沿着挡板表面滑落再下落。

所述转盘3通过第二电机7驱动转动至既定角度。所述转盘3边缘与进料斗1内壁间通过一圈滚珠8转动连接。滚珠8嵌设在进料斗1内壁或转盘3边缘内。转盘3和挡盘4设于上斗部11下部。

初始时，所述第一通孔31和第二通孔41为一一上下对应设置，第一通孔31和第二通孔41在水平面上的投影一一对应重合。即第一通孔31和第二通孔41的数量、尺寸与分布结构相同。

本机构的工作原理是：初始时，所述第一通孔31和第二通孔41为一一上下对应设置，一对椭圆棍2处于竖直状态(即椭圆截面的长轴处于竖直状态)，此时物料经过转盘3、挡盘4的口径、阻力最小，一对椭圆棍2间的间距、椭圆棍2与进料斗1壁的间距最大，物料以最大速率通过进料斗1出口。当只有转盘3转动一定角度后(如图4所示，转盘3转动90度)，第一通孔31和第二通孔41在水平面上的投影发生部分重合，从而增加了物料经过转盘3、挡盘4的阻力和流量，进而达到控制物料通过进料斗1出口的速率，减缓重力带来的增速影响。当只有一对椭圆棍2转动至倾斜状态时(即椭圆截面的长轴处于倾斜状态)，一对椭圆棍2的间距、椭圆棍2与进料斗1壁的间距变小，通过上述间距的物料流量就变少，在椭圆棍2转动至水平状态时(即椭圆截面的长轴处于水平状态)，一对椭圆棍2的间距、椭圆棍2与进料斗1壁的间距最小，通过上述间距的物料流量最少；一对椭圆棍2在竖直状态旋转360度过程中，一对椭圆棍2的间距、椭圆棍2与进料斗1壁的间距呈现变小-变大-变小-变大的变化。当调节转盘3至第一通孔31和第二通孔41在水平面上的投影发生部分重合且一对椭圆棍2均处于水平状态时，通过进料斗1出口的物料速率可达到最小，进入螺杆挤出机进行混炼塑化的物料变少。本装置通过转盘3与挡盘4、一对椭圆棍2的配合使用，控制物料通过进料斗1出口的速度，进而控制双螺杆挤出机进料量，保证双螺杆挤出机对物料的加工处理性能，确保最终产品性能均一性。按实施例1的方法并采用常规进料装置进料制备PBAT复合薄膜，经检测发现，采用常规进料装置生产的PBAT复合薄膜品质不稳定，出现次品概率比本发明高3.11％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防鼠咬PBAT/淀粉复合薄膜，其特征在于：按质量份数计，复合薄膜包括PBAT100份、淀粉20-40份、增塑剂5-15份、液态驱鼠剂0.5-1.5份、轻质碳酸钙5-10份、润滑剂0.3-1.5份、抗氧剂0.1-1.0份。

2.如权利要求1所述一种耐穿刺PBAT复合薄膜，其特征在于：所述PBAT在190℃、2.16kg负荷作用下的熔体流动速率为2-10g/10min，端羧基含量为1-30mol/吨。

3.如权利要求1所述一种防鼠咬PBAT/淀粉复合薄膜，其特征在于：所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、甘薯淀粉、小麦淀粉、豌豆淀粉、莲藕淀粉中的一种或多种。

4.如权利要求1所述一种防鼠咬PBAT/淀粉复合薄膜，其特征在于：所述增塑剂为甘油、山梨糖醇、尿素、乙二醇中的一种或多种。

5.如权利要求1所述一种防鼠咬PBAT/淀粉复合薄膜，其特征在于：所述液态驱鼠剂为薄荷精油、辣椒油、月桂树叶提取液中的一种或多种。

6.如权利要求1所述一种防鼠咬PBAT/淀粉复合薄膜，其特征在于：所述轻质碳酸钙为目数1500-5000目，含有多孔的碳酸钙。

7.如权利要求1所述一种防鼠咬PBAT/淀粉复合薄膜，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸丁酯、硬脂酸单甘脂、油酰胺中的一种或多种。

8.如权利要求1所述一种防鼠咬PBAT/淀粉复合薄膜，其特征在于：所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或几种。

9.一种如权利要求1-8中任意一项所述防鼠咬PBAT/淀粉复合薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(a)按配方称取轻质碳酸钙、液态驱鼠剂，将轻质碳酸钙粉末放入一带有搅拌装置的真空容器内，然后通过开孔往轻质碳酸钙上方喷液态驱鼠剂，使尽可能多的驱鼠剂通过真空负压进入轻质碳酸钙的孔隙内，得到驱鼠剂/轻质碳酸钙；

(b)按配方分别称取PBAT、淀粉、增塑剂、驱鼠剂/轻质碳酸钙、润滑剂、抗氧剂，室温条件下将所有原料直接投入高速混合机中，共混10min；

(c)将步骤(b)中得到的混合物加入到双螺杆挤出机中混炼塑化、挤出，经拉条风冷切粒，得到所需粒料；

(d)利用吹膜机将得到的粒料直接吹塑，得到PBAT淀粉复合薄膜。

10.如权利要求9所述一种防鼠咬PBAT/淀粉复合薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(c)中，双螺杆挤出机采用平行同向双螺杆挤出机，螺杆长径比大于40：1且不超过56：1；挤出机一至十段温度为120-170℃；模头温度为120-140℃；转速控制在80-200rpm；

步骤(d)中，吹膜挤出一至四段温度为125-160℃，吹胀比为1:3，吹膜拉伸比为1.2。

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