CN114085505A - 一种用于食品包装的环保复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于食品包装的环保复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于食品包装的环保复合材料及其制备方法，所述用于食品包装的环保复合材料，由以下重量份原料组成：20‑35重量份低密度聚乙烯、15‑30重量份聚乙烯醇、18‑25重量份聚丁二酸丁二醇酯、8‑18重量份纳米纤维素、3‑6重量份生物基抗菌剂、5‑10重量份填料、1‑4重量份润滑剂。本发明的原料绿色环保、制备工艺简单，制备的用于食品包装的环保复合材料安全无毒、力学性能优异、降解性好，可广泛用于食品包装等领域。

Description

一种用于食品包装的环保复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及食品包装技术领域，具体涉及一种用于食品包装的环保复合材料及其制备方法。
背景技术
食品包装是食品工业的重要组成部分，具有保障食品质量安全、维持食品品质稳定、提高食品商业价值以及方便贮运销售的作用。食品包装材料种类多样，各具特色，随着科学技术的不断发展和人民生活水平的不断提高，以石油为基础的低成本、稳定性好的塑料制品被十分广泛的使用。但多数塑料制品都存在难以降解的问题，给生态环境造成破坏，严重威胁人类生存。
为减少对以石油为原料或衍生材料的依赖，以及人们环保意识的增强，开发利用环保复合材料使建设低碳可持续发展成为可能。近年来食品包装受到人们的广泛关注，国民环保意识逐渐增强，食品包装材料的选择上既要符合食品的需求又要与可持续发展理念相适应，因此开发安全环保、取材广、成本低的多功能复合食品包装材料成为当下亟需解决的问题。
中国发明专利CN 111748185A公开了一种抗菌植物纤维增韧PLA复合材料和制备方法，该复合材料包括以下物质：PLA树脂60-80份，填充矿粉10-20份，植物纤维10-30份，偶联剂3-5份，抗菌剂1-5份，润滑剂1-2份。该发明将植物纤维和填充矿粉直接添加到PLA复合材料中，虽然能够有效降低材料的成本，但是制备的PLA复合材料的力学性能不够优秀，限制了材料的使用范围。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种用于食品包装的环保复合材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种用于食品包装的环保复合材料，由以下原料组成：
低密度聚乙烯、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯、纳米纤维素、生物基抗菌剂、填料、润滑剂。
一种用于食品包装的环保复合材料，由以下重量份原料组成：
10-20重量份低密度聚乙烯、20-30重量份聚乙烯醇、20-35重量份聚丁二酸丁二醇酯、8-18重量份纳米纤维素、3-6重量份生物基抗菌剂、5-10重量份填料、1-4重量份润滑剂。
所述生物基抗菌剂为柠檬酸三丁酯、单油酸甘油酯、ε-聚赖氨酸中的任意一种。
所述润滑剂为N,N-亚乙基双硬脂酰胺、六聚甘油单硬脂酸酯、液体石蜡中的任意一种。
聚乙烯醇是一种水溶性的可降解高聚物，分解产物为二氧化碳和水，具有绿色环保、无毒、生物降解性好以及良好的拉伸强度和柔韧性等。但是聚乙烯醇自身结构分子中含有大量的羟基，结晶温度也较高，导致其熔融温度高于分解温度，使得热塑成型难以进行。聚丁二酸丁二醇酯，是一种典型的脂肪族聚酯，在堆肥等接触特定微生物等条件下，易被自然界中的多种微生物或动、植物内的酶分解、代谢，最终形成CO2和H2O，其具有优异的力学性能、耐热性能、加工性能以及价格低廉、生物降解性高。所以为了弥补聚乙烯醇结构上的不足，本发明采取将聚乙烯醇与聚丁二酸丁二醇酸酯进行共混，这主要是由于聚乙烯醇分子中的羟基赋予其与聚酯之间一定的相容性，有助于氢键键合而有效调变聚乙烯醇的亲水性和机械强度。
所述填料为滑石粉、纳米金刚石、功能化纳米金刚石中的任意一种。
纳米金刚石，是一种热导率高、化学性质稳定、生物相容性好、且拥有巨大比表面积的重要功能材料，但是由于小尺寸效应或颗粒间形成化学键等原因，纳米金刚石非常倾向于团聚，其较高的表面能使其处于热力学不稳定状态，造成了纳米金刚石在分散介质中无法稳定分散，极大限制了纳米金刚石的广泛应用。纳米金刚石颗粒之间的相互作用强于纳米金刚石颗粒与基体之间的相互作用，导致纳米金刚石颗粒团聚，复合材料的拉伸强度和拉伸模量降低。同时，由于纳米金刚石与基体之间缺乏有效的界面粘合，复合材料的断裂伸长率也相应降低。
所述功能化纳米金刚石的制备方法包括以下步骤：
S1、将2-5重量份纳米金刚石加入到10-20重量份1,6-六亚甲基二异氰酸酯中，在氮气氛围下，先在45-60℃下以1000-1500rpm的转速搅拌80-100min，然后在室温下置于超声频率25-40kHz、超声功率250-500W下超声反应20-40min，离心，将沉淀物用四氢呋喃洗涤后干燥，得到预改性纳米金刚石；
S2、将1-4重量份预改性纳米金刚石加入40-60重量份N,N-二甲基甲酰胺中，在室温下以1200-1800rpm的转速搅拌100-150min，然后加入3-8重量份功能化物质，在85-100℃下以1200-1800rpm的转速搅拌20-25h，结束后冷却至室温，离心，将沉淀物用N,N-二甲基甲酰胺洗涤后干燥，得到功能化纳米金刚石。
进一步地，所述功能化纳米金刚石的制备方法包括以下步骤：
S1、将3-8重量份纳米金刚石放入90-120重量份8-12mmol/L、pH=8-9的Tris缓冲溶液中，在超声频率为30-40kHz、超声功率300-500W下超声分散90-150min，然后加入1-3重量份盐酸多巴胺，在27-35℃下以800-1200rpm的转速搅拌18-30h，反应结束后，离心，将沉淀物用水洗涤后干燥，得到预处理纳米金刚石；
S2、将2-5重量份预处理纳米金刚石加入到10-20重量份1,6-六亚甲基二异氰酸酯中，在氮气氛围下，先在45-60℃下以1000-1500rpm的转速搅拌80-100min，然后在室温下置于超声频率25-40kHz、超声功率250-500W下超声反应20-40min，离心，将沉淀物用四氢呋喃洗涤后干燥，得到预改性纳米金刚石；
S3、将1-4重量份预改性纳米金刚石加入40-60重量份N,N-二甲基甲酰胺中，在室温下以1200-1800rpm的转速搅拌100-150min，然后加入3-8重量份功能化物质，在85-100℃下以1200-1800rpm的转速搅拌20-25h，结束后冷却至室温，离心，将沉淀物用N,N-二甲基甲酰胺洗涤后干燥，得到功能化纳米金刚石。
多巴胺是体内的一种激素和神经递质，可以很容易地通过自聚合转化为聚多巴胺，具有很强的吸附性，常用作载体涂层后的二次反应的通用平台，因此可作为吸收其他物质的载体。本发明先采用多巴胺对纳米金刚石进行预处理，主要是由于经过多巴胺处理后的纳米金刚石外表面被包覆了大量的聚多巴胺，不仅增加了纳米金刚石的表面积，还增加了大量的活性位点，提高了纳米金刚石的生物相容性以及粘附能力。
所述功能化物质为聚乙二醇和/或十八胺。
优选的，所述功能化物质为聚乙二醇和十八胺的混合物，其中聚乙二醇和十八胺的质量比为（2-5）:（1-3）。
聚乙二醇链上的羟基通过共价键与异氰酸根反应，接枝到带有多巴胺涂层的纳米金刚石上，增加了纳米金刚石的表面电位值，增大了粒子间的排斥能，从而有效改善了纳米金刚石颗粒的分散性和稳定性，提高了纳米金刚石颗粒与基体的相容性，使得纳米金刚石与基体之间有了更大的界面面积和更强的界面相互作用，基体应力更容易转移到纳米填料上，从而导致机械性能的提高。纳米金刚石中引入了具有柔性长碳烷基链的十八胺，十八胺中活泼的氨基能够与端异氰酸根反应，增强与纳米金刚石颗粒间的缔合作用，进而有利于在基体材料中形成悬挂链，使得复合材料的力学性能得以提高。
本发明将聚乙二醇和十八胺共同作为功能化物质，协同增效，二者具有的长烷基链可能与基体链发生缠结，应力从基体转移到纳米金刚石颗粒，从而提高力学性能，另外聚乙二醇中含有大量的羟基，能够增强复合材料的生物降解性，而十八胺能够增强与纳米金刚石颗粒间的缔合作用，提高力学性能。
所述用于食品包装的环保复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将已按重量份数称好的低密度聚乙烯、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯、纳米纤维素和填料在高混机中以250-500rpm的转速混合3-8min，然后加入生物基抗菌剂和润滑剂继续混合8-20min，得到混合物料；
（2）将混合物料加入到双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，得到所述用于食品包装的环保复合材料。
所述挤出工艺条件为：螺杆转速为150-300rpm，挤出段工作温度为110-180℃。
本发明的有益效果：
1、本发明在环保复合材料中采用聚乙烯醇和聚丁二酸丁二醇酯作为原料，减少聚乙烯的使用量，同时辅以纳米纤维素作为增强剂，既改善了复合材料的力学性能，而且聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯和纳米纤维素均具有较好的生物降解性能，提高聚乙烯的降解率。
2、本发明在制备功能化纳米金刚石时，先将纳米金刚石采用盐酸多巴胺进行预处理，不仅增加了纳米金刚石的表面积和活性位点数，还提高了纳米金刚石的生物相容性以及粘附能力，进而有利于复合材料的生物降解。
3、本发明采用功能化纳米金刚石作为填料，与基体的界面相互作用增强，相容性得到明显改善，功能化物质在提高复合材料力学性能的同时，也能增强复合材料的生物降解性能。
4、本发明的原料绿色环保、制备工艺简单，制备的用于食品包装的环保复合材料安全无毒、力学性能优异、降解性好，可广泛用于食品包装等领域。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
本申请中部分原料的介绍：
低密度聚乙烯，牌号：LDPE2420D，密度：0.923g/cm3，由惠州中海壳牌石油化工有限公司提供。
聚乙烯醇，CAS号：9002-89-5，分子量：85000，由上海荣欧化工科技有限公司提供。
聚丁二酸丁二醇酯，密度：1.26g/cm3，熔点：114℃，结晶度：40%，由济南涵百化工有限公司提供。
纳米纤维素，本发明采用纳米晶体纤维素，来源于大麻酸解，直径：10nm，长度：200nm，由西宝生物科技（上海）股份有限公司提供。
纳米纤维素，是一种来源丰富且环境友好的生物质材料，由于长径比高，可以在基体中形成相互缠绕的纳米网络结构，是一种理想的增强材料。
六聚甘油单硬脂酸酯，CAS号：95461-65-7，HLB值：11，由云南力莲生物有限公司提供。
ε-聚赖氨酸，CAS号：28211-04-3，分子量：3800，由上海源叶生物科技有限公司提供。
ε-聚赖氨酸，是由链霉菌属白色链霉菌产生的发酵产品，是完全绿色可降解的抗菌剂，具有抑菌谱广、高温稳定性好、pH范围宽等优点。
纳米金刚石，纯度：95%，粒径：25nm，通过爆轰技术制造，由河南恒祥金刚石磨料提供。
聚乙二醇，CAS号：25322-68-3，分子量：2000，由济南凌威化工有限公司提供。
盐酸多巴胺，CAS号：62-31-7，由上海源叶生物科技有限公司提供。
1,6-六亚甲基二异氰酸酯，CAS号：822-06-0，由万华化学集团股份有限公司提供。
实施例1
一种用于食品包装的环保复合材料，由以下原料组成：
15重量份低密度聚乙烯、25重量份聚乙烯醇、30重量份聚丁二酸丁二醇酯、15重量份纳米纤维素、4重量份生物基抗菌剂、8重量份填料、3重量份润滑剂。
所述生物基抗菌剂为ε-聚赖氨酸。
所述润滑剂为六聚甘油单硬脂酸酯。
所述填料为纳米金刚石。
所述用于食品包装的环保复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将已按重量份数称好的低密度聚乙烯、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯、纳米纤维素和填料在高混机中以400rpm的转速混合5min，然后加入生物基抗菌剂和润滑剂继续混合10min，得到混合物料；
（2）将混合物料加入到双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，得到所述用于食品包装的环保复合材料。
所述挤出工艺条件为：螺杆转速为250rpm，挤出段工作温度为160℃。
实施例2
一种用于食品包装的环保复合材料，由以下原料组成：
15重量份低密度聚乙烯、25重量份聚乙烯醇、30重量份聚丁二酸丁二醇酯、15重量份纳米纤维素、4重量份生物基抗菌剂、8重量份填料、3重量份润滑剂。
所述生物基抗菌剂为ε-聚赖氨酸。
所述润滑剂为六聚甘油单硬脂酸酯。
所述填料为功能化纳米金刚石。
所述功能化纳米金刚石的制备方法包括以下步骤：
S1、将3重量份纳米金刚石加入到15重量份1,6-六亚甲基二异氰酸酯中，在氮气氛围下，先在50℃下以1200rpm的转速搅拌90min，然后在室温下置于超声频率30kHz、超声功率400W下超声反应30min，离心，将沉淀物用四氢呋喃洗涤后干燥，得到预改性纳米金刚石；
S2、将2重量份预改性纳米金刚石加入50重量份N,N-二甲基甲酰胺中，在室温下以1500rpm的转速搅拌120min，然后加入5重量份聚乙二醇，在90℃下以1500rpm的转速搅拌24h，结束后冷却至室温，离心，将沉淀物用N,N-二甲基甲酰胺洗涤后干燥，得到功能化纳米金刚石。
所述用于食品包装的环保复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将已按重量份数称好的低密度聚乙烯、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯、纳米纤维素和填料在高混机中以400rpm的转速混合5min，然后加入生物基抗菌剂和润滑剂继续混合10min，得到混合物料；
（2）将混合物料加入到双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，得到所述用于食品包装的环保复合材料。
所述挤出工艺条件为：螺杆转速为250rpm，挤出段工作温度为160℃。
实施例3
一种用于食品包装的环保复合材料，由以下原料组成：
15重量份低密度聚乙烯、25重量份聚乙烯醇、30重量份聚丁二酸丁二醇酯、15重量份纳米纤维素、4重量份生物基抗菌剂、8重量份填料、3重量份润滑剂。
所述生物基抗菌剂为ε-聚赖氨酸。
所述润滑剂为六聚甘油单硬脂酸酯。
所述填料为功能化纳米金刚石。
所述功能化纳米金刚石的制备方法包括以下步骤：
S1、将4重量份纳米金刚石放入100重量份10mmol/L、pH=8.5的Tris缓冲溶液中，在超声频率为35kHz、超声功率400W下超声分散120min，然后加入2重量份盐酸多巴胺，在30℃下以1000rpm的转速搅拌24h，反应结束后，离心，将沉淀物用水洗涤后干燥，得到预处理纳米金刚石；
S2、将3重量份预处理纳米金刚石加入到15重量份1,6-六亚甲基二异氰酸酯中，在氮气氛围下，先在50℃下以1200rpm的转速搅拌90min，然后在室温下置于超声频率30kHz、超声功率400W下超声反应30min，离心，将沉淀物用四氢呋喃洗涤后干燥，得到预改性纳米金刚石；
S3、将2重量份预改性纳米金刚石加入50重量份N,N-二甲基甲酰胺中，在室温下以1500rpm的转速搅拌120min，然后加入5重量份聚乙二醇，在90℃下以1500rpm的转速搅拌24h，结束后冷却至室温，离心，将沉淀物用N,N-二甲基甲酰胺洗涤后干燥，得到功能化纳米金刚石。
所述用于食品包装的环保复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将已按重量份数称好的低密度聚乙烯、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯、纳米纤维素和填料在高混机中以400rpm的转速混合5min，然后加入生物基抗菌剂和润滑剂继续混合10min，得到混合物料；
（2）将混合物料加入到双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，得到所述用于食品包装的环保复合材料。
所述挤出工艺条件为：螺杆转速为250rpm，挤出段工作温度为160℃。
实施例4
一种用于食品包装的环保复合材料，由以下原料组成：
15重量份低密度聚乙烯、25重量份聚乙烯醇、30重量份聚丁二酸丁二醇酯、15重量份纳米纤维素、4重量份生物基抗菌剂、8重量份填料、3重量份润滑剂。
所述生物基抗菌剂为ε-聚赖氨酸。
所述润滑剂为六聚甘油单硬脂酸酯。
所述填料为功能化纳米金刚石。
所述功能化纳米金刚石的制备方法包括以下步骤：
S1、将4重量份纳米金刚石放入100重量份10mmol/L、pH=8.5的Tris缓冲溶液中，在超声频率为35kHz、超声功率400W下超声分散120min，然后加入2重量份盐酸多巴胺，在30℃下以1000rpm的转速搅拌24h，反应结束后，离心，将沉淀物用水洗涤后干燥，得到预处理纳米金刚石；
S2、将3重量份预处理纳米金刚石加入到15重量份1,6-六亚甲基二异氰酸酯中，在氮气氛围下，先在50℃下以1200rpm的转速搅拌90min，然后在室温下置于超声频率30kHz、超声功率400W下超声反应30min，离心，将沉淀物用四氢呋喃洗涤后干燥，得到预改性纳米金刚石；
S3、将2重量份预改性纳米金刚石加入50重量份N,N-二甲基甲酰胺中，在室温下以1500rpm的转速搅拌120min，然后加入5重量份十八胺，在90℃下以1500rpm的转速搅拌24h，结束后冷却至室温，离心，将沉淀物用N,N-二甲基甲酰胺洗涤后干燥，得到功能化纳米金刚石。
所述用于食品包装的环保复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将已按重量份数称好的低密度聚乙烯、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯、纳米纤维素和填料在高混机中以400rpm的转速混合5min，然后加入生物基抗菌剂和润滑剂继续混合10min，得到混合物料；
（2）将混合物料加入到双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，得到所述用于食品包装的环保复合材料。
所述挤出工艺条件为：螺杆转速为250rpm，挤出段工作温度为160℃。
实施例5
一种用于食品包装的环保复合材料，由以下原料组成：
15重量份低密度聚乙烯、25重量份聚乙烯醇、30重量份聚丁二酸丁二醇酯、15重量份纳米纤维素、4重量份生物基抗菌剂、8重量份填料、3重量份润滑剂。
所述生物基抗菌剂为ε-聚赖氨酸。
所述润滑剂为六聚甘油单硬脂酸酯。
所述填料为功能化纳米金刚石。
所述功能化纳米金刚石的制备方法包括以下步骤：
S1、将4重量份纳米金刚石放入100重量份10mmol/L、pH=8.5的Tris缓冲溶液中，在超声频率为35kHz、超声功率400W下超声分散120min，然后加入2重量份盐酸多巴胺，在30℃下以1000rpm的转速搅拌24h，反应结束后，离心，将沉淀物用水洗涤后干燥，得到预处理纳米金刚石；
S2、将3重量份预处理纳米金刚石加入到15重量份1,6-六亚甲基二异氰酸酯中，在氮气氛围下，先在50℃下以1200rpm的转速搅拌90min，然后在室温下置于超声频率30kHz、超声功率400W下超声反应30min，离心，将沉淀物用四氢呋喃洗涤后干燥，得到预改性纳米金刚石；
S3、将2重量份预改性纳米金刚石加入50重量份N,N-二甲基甲酰胺中，在室温下以1500rpm的转速搅拌120min，然后加入5重量份功能化物质，在90℃下以1500rpm的转速搅拌24h，结束后冷却至室温，离心，将沉淀物用N,N-二甲基甲酰胺洗涤后干燥，得到功能化纳米金刚石。
所述功能化物质为聚乙二醇和十八胺的混合物，其中聚乙二醇和十八胺的质量比为3:2。
所述用于食品包装的环保复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将已按重量份数称好的低密度聚乙烯、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯、纳米纤维素和填料在高混机中以400rpm的转速混合5min，然后加入生物基抗菌剂和润滑剂继续混合10min，得到混合物料；
（2）将混合物料加入到双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，得到所述用于食品包装的环保复合材料。
所述挤出工艺条件为：螺杆转速为250rpm，挤出段工作温度为160℃。
测试例1
力学性能测试：
拉伸性能：采用国家标准GB/T 1040.2-2006《塑料 拉伸性能的测定 第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件》进行测试。将实施例1-5制备得到的用于食品包装的环保复合材料用注塑机注塑成型，采用Ⅰ型试样，试验温度为25℃，拉伸速度为50mm/min。每组设置5个平行试样，取平均值。
冲击性能：采用国家标准GB/T 1843-2008《塑料 悬臂梁冲击强度的测定》进行测试。将实施例1-5制备得到的用于食品包装的环保复合材料用注塑机注塑成型，试样尺寸：80mm×10mm×4mm，试验温度为25℃，V型缺口：底部半径rN=0.25mm，底部剩余宽度bN=8.0mm。每组设置5个平行试样，取平均值。
表1 力学性能测试结果
Figure 915563DEST_PATH_IMAGE001
由以上结果可知，通过本发明技术方案制备的用于食品包装的环保复合材料具有较好力学性能。实施例2-5的力学性能明显优于实施例1，这可能是由于纳米金刚石经过功能化处理后，其表面能降低，分散稳定性提高，与基体间的相容性得到明显改善，从而对复合材料的力学性能起到增强作用。与实施例2相比，实施例3的拉伸性能和冲击性能均有所提高，原因可能是采用多巴胺对纳米金刚石进行了预处理，其表面积增大的同时活性位点增多，为后续的功能化物质接枝提供了更多的活性位点，进而提高了功能化纳米金刚石与基体间相容性，促进复合材料力学性能的提高。与实施例3和4只采用单一功能化物质相比，实施例5采用聚乙二醇和十八胺共同作为功能化物质，协同增效，十八胺中的氨基与端氰根反应后，与纳米金刚石之间的缔合作用增强，而聚乙二醇中的羟基与异氰酸根反应后，增加了纳米金刚石表面电位值，改善了纳米金刚石的分散性和稳定性，使得其与基体间的界面面积增大，界面作用增强，基体应力能够更好的向填料转移，导致复合材料的力学性能得到有效提高。
测试例2
降解性能测试：参考国家标准GB/T 19811-2005《在定义堆肥条件下塑料材料的崩解程度的测定》进行实验。
具体实验方法：将实施例1-5制备得到的用于食品包装的环保复合材料用注塑机注塑成型，试样尺寸：25mm×25mm×1mm，将试样置于真空烘箱中，在60℃的温度下干燥12h，然后用天平对每个试样的进行精确称量并记录，记为m0。再将各组试样分别埋入装有市售养花营养土的自制纸箱中，深度5cm，间距3cm，埋好后将纸箱放入鼓风干燥箱中，设定温度58℃，调节土壤相对湿度为60%后开始降解实验。在实验过程中给土壤加水以保证土壤湿度在60%。分别在堆肥降解实验8周、16周后进行取样，每组取三个平行试样，用水冲洗，置于真空烘箱中，在60℃的温度下干燥12h，然后用天平进行精确称量并记录，记为mn（n为8、16）。计算失重率（%）=(m0-mn)/m0×100%。材料的降解性能以质量变化的平均失重率(％)为评价标准，数值越高，则降解性能越好。
表2 降解性能测试结果
8周失重率，% 16周失重率，%
实施例1 21.8 64.7
实施例2 30.7 71.1
实施例3 36.9 78.6
实施例4 35.4 77.8
实施例5 38.6 81.0
本发明使用的原料大部分为可完全生物降解材料，制备的用于食品包装的环保复合材料也具备较好的降解性能。尤其是采用功能化纳米金刚石作为填料时，复合材料的降解性能有明显的提高，主要是由于功能化纳米金刚石在基体中的分散稳定性好，其表面的活性物质能够加速原料的水解，在复合材料中形成孔洞结构。与实施例2相比，实施例3的降解性能更为优异，这可能是由于纳米金刚石经过预处理后，颗粒外面包裹了一层聚多巴胺，具有良好的生物相容性和粘附性，促进微生物进入复合材料结构内部，从而提高降解性能。实施例5中采用功能化物质聚乙二醇和十八胺复配，协同增效，降解性能得到进一步提高，这可能是由于十八胺能够为微生物生长提供氮源，促进微生物增长和繁殖，而聚乙二醇中含有大量的羟基，高的羟基密度增加了水分子与聚丁二酸丁二醇酸酯中的酯键水解进程，能够加快复合材料的降解，从而提高复合材料的降解性能。

Claims (10)

1.一种用于食品包装的环保复合材料，其特征在于，由以下原料组成：
低密度聚乙烯、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯、纳米纤维素、生物基抗菌剂、填料、润滑剂。
2.如权利要求1所述的用于食品包装的环保复合材料，其特征在于，由以下重量份原料组成：
10-20重量份低密度聚乙烯、20-30重量份聚乙烯醇、20-35重量份聚丁二酸丁二醇酯、8-18重量份纳米纤维素、3-6重量份生物基抗菌剂、5-10重量份填料、1-4重量份润滑剂。
3.如权利要求1或2所述的用于食品包装的环保复合材料，其特征在于，所述生物基抗菌剂为柠檬酸三丁酯、单油酸甘油酯、ε-聚赖氨酸中的任意一种。
4.如权利要求1或2所述的用于食品包装的环保复合材料，其特征在于，所述润滑剂为N,N-亚乙基双硬脂酰胺、六聚甘油单硬脂酸酯、液体石蜡中的任意一种。
5.如权利要求1或2所述的用于食品包装的环保复合材料，其特征在于，所述填料为滑石粉、纳米金刚石、功能化纳米金刚石中的任意一种。
6.如权利要求5所述的用于食品包装的环保复合材料，其特征在于，所述功能化纳米金刚石的制备方法包括以下步骤：
S1、将2-5重量份纳米金刚石加入到10-20重量份1,6-六亚甲基二异氰酸酯中，在氮气氛围下，先在45-60℃下以1000-1500rpm的转速搅拌80-100min，然后在室温下置于超声频率25-40kHz、超声功率250-500W下超声反应20-40min，离心，将沉淀物用四氢呋喃洗涤后干燥，得到预改性纳米金刚石；
S2、将1-4重量份预改性纳米金刚石加入40-60重量份N,N-二甲基甲酰胺中，在室温下以1200-1800rpm的转速搅拌100-150min，然后加入3-8重量份功能化物质，在85-100℃下以1200-1800rpm的转速搅拌20-25h，结束后冷却至室温，离心，将沉淀物用N,N-二甲基甲酰胺洗涤后干燥，得到功能化纳米金刚石。
7.如权利要求5所述的用于食品包装的环保复合材料，其特征在于，所述功能化纳米金刚石的制备方法包括以下步骤：
S1、将3-8重量份纳米金刚石放入90-120重量份8-12mmol/L、pH=8-9的Tris缓冲溶液中，在超声频率为30-40kHz、超声功率300-500W下超声分散90-150min，然后加入1-3重量份盐酸多巴胺，在27-35℃下以800-1200rpm的转速搅拌18-30h，反应结束后，离心，将沉淀物用水洗涤后干燥，得到预处理纳米金刚石；
S2、将2-5重量份预处理纳米金刚石加入到10-20重量份1,6-六亚甲基二异氰酸酯中，在氮气氛围下，先在45-60℃下以1000-1500rpm的转速搅拌80-100min，然后在室温下置于超声频率25-40kHz、超声功率250-500W下超声反应20-40min，离心，将沉淀物用四氢呋喃洗涤后干燥，得到预改性纳米金刚石；
S3、将1-4重量份预改性纳米金刚石加入40-60重量份N,N-二甲基甲酰胺中，在室温下以1200-1800rpm的转速搅拌100-150min，然后加入3-8重量份功能化物质，在85-100℃下以1200-1800rpm的转速搅拌20-25h，结束后冷却至室温，离心，将沉淀物用N,N-二甲基甲酰胺洗涤后干燥，得到功能化纳米金刚石。
8.如权利要求7所述的用于食品包装的环保复合材料，其特征在于，所述功能化物质为聚乙二醇和/或十八胺。
9.如权利要求1-8中任一项所述的用于食品包装的环保复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将已按重量份数称好的低密度聚乙烯、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯、纳米纤维素和填料在高混机中以250-500rpm的转速混合3-8min，然后加入生物基抗菌剂和润滑剂继续混合8-20min，得到混合物料；
（2）将混合物料加入到双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，得到所述用于食品包装的环保复合材料。
10.如权利要求9所述的用于食品包装的环保复合材料的制备方法，其特征在于，所述挤出工艺条件为：螺杆转速为150-300rpm，挤出段工作温度为110-180℃。
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