CN114249970B - 一种食品纸塑包装材料用生物基聚酯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于C08L91/00技术领域，更具体的涉及一种食品纸塑包装材料用生物基聚酯及其制备方法。一种食品纸塑包装材料用生物基聚酯，制备原料包括生物聚酯、功能性聚合物、助剂。经本发明制备的食品纸塑包装材料用生物基聚酯属于可再生资源，具有较好的氧气阻隔性能，在用于食品纸塑包装使用时，可以提升食品纸塑与氧气和水的接触概率，延长了食品的保质期限；经本发明制备的食品纸塑包装材料用生物基聚酯具有较好的生物可降解性能，避免了废弃物对环境的危害和污染，符合环保的要求。

Description

一种食品纸塑包装材料用生物基聚酯及其制备方法
技术领域
本发明属于使用无机物或非高分子有机物作为配料技术领域，更具体的涉及一种食品纸塑包装材料用生物基聚酯及其制备方法。
背景技术
生物聚酯因为其良好的生物降解性能，在环保要求越来越严格的当下应用的越来越多，其应用范围涵盖人们日常使用的饮水杯、快餐盒、生物医药技术领域等都具有比较好的应用价值和应用效果。
申请号为201610591652.6的中国发明专利公开了一种无机纳米填料改性的可生物降解透明聚酯薄膜及其制备方法，在公开专利中通过生物可降解聚酯的使用，通过与无机纳米填料之间的配伍作用，达到了保证材料具有较好的力学性能的同时还具有较好的透明和增塑效果，但是通过填料的加入可能导致制备的聚酯的其作为食品包装使用时可能因为水汽或者氧气的透过效果进而影响使用效果。
申请号为200910306300.1的中国发明专利公开了一种阻隔性叠层聚合物薄膜包装材料，在公开专利中通过一种气体阻隔性聚合物的加入，保证了制备得到的材料具有气体阻隔性能，但是公开专利中使用的聚合物材料除了包含气体阻隔性聚合物外，还包括丙烯酸系树脂、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯等合成类或者降解能力较差的物质，导致其在作为包装薄膜材料使用时，废弃的材料对环境将造成一定的伤害。
因此，面对现阶段在食品包装领域存在的缺陷，制备一种既可以保证食品质量又具有较好的降解性能、对环境无害的产品，成为一项重要的研究和挑战。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种食品纸塑包装材料用生物基聚酯，制备原料包括生物聚酯、功能性聚合物、助剂。
在一些优选的实施方式中，所述的功能性聚合物选自聚乙烯醇、聚酰胺、聚丙烯腈中的至少一种。
在一些优选的实施方式中，所述的功能性聚合物为聚乙烯醇。
在一些优选的实施方式中，所述的聚乙烯醇在25℃质量浓度为4％的水溶液中的粘度为20-66cps。
进一步优选的，所述的聚乙烯醇在25℃质量浓度为4％的水溶液中的粘度为25-31cps。
在实验过程中申请人发现，在本体系中加入25℃质量浓度为4％的水溶液中的粘度为25-31cps的聚乙烯醇，其与聚丁二酸丁二醇酯混合的过程中，可以保证体系的流动性，增加活性基团之间的接触概率，增强分子间的相互作用的效果，在保证制备得到的生物基聚酯具有较好的生物降解性能还具有较好的力学性能。
另外，申请人在实验过程中发现，在本体系中，选择加入的聚乙烯醇的粘度过小，会造成其与生物聚酯之间的依附作用减弱，但是当加入的聚乙烯醇的粘度过大则会影响体系中分散的稳定性，影响体系中填料在生物聚酯分子链间的填充和分散效果，进而造成制备得到的聚酯可能存在局部应力集中等现象，造成其力学性能受到影响。
在一些优选的实施方式中，所述的生物聚酯选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚羟基烷酸酯中的至少一种。
在一些优选的实施方式中，所述的助剂选自抗氧剂、稳定剂、润滑剂、增塑剂、紫外吸收剂、偶联剂、颜料中的至少一种。
在一些优选的实施方式中，所述的助剂为抗氧剂和偶联剂。
在一些优选的实施方式中，所述的偶联剂为N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，CAS：3069-29-2。
在一些优选的实施方式中，所述的生物聚酯为聚丁二酸丁二醇酯；所述的聚丁二酸丁二醇酯的熔体质量流动速率为10～100g/10min(190℃，2.16kg)。
进一步优选的，所述的聚丁二酸丁二醇酯的熔体质量流动速率为10～20g/10min(190℃，2.16kg)。
聚丁二酸丁二醇酯，型号II，购于安徽雪郎生物科技有限公司。
在实验过程中申请人发现，加入的聚丁二酸丁二醇酯的熔体质量流动速率不同可以影响制备得到的聚酯的拉伸性能和收缩率，在研究过程中申请人发现，通过控制加入的聚丁二酸丁二醇酯的熔体质量流动速率可以保证其拉伸强度达到极佳的状态，并且可以控制其收缩率的降低，为作为食品纸塑包装材料的使用提供了可能，出现这种现象的原因申请人推测可能是因为：不同熔体质量流动速率的聚丁二酸丁二醇酯其在本体系中存在时分子量不同，导致其在体系中与其他活性物质之间的接触概率不同，当加入的聚丁二酸丁二醇酯的熔体质量流动速率过大，其在体系的会较好的分散，但是其与其他制备原料之间的相互作用的强度减弱，造成制备材料的拉伸性能较低，收缩率增加，但是当加入的聚丁二酸丁二醇酯的熔体质量流动速率小于10g/10min(190℃，2.16kg)，则会导致制备得到的生物基聚酯的降解性能受到影响，延长了其作为食品纸塑包装材料使用废弃后的降解时间。
在一些优选的实施方式中，所述的生物聚酯和功能性聚合物的重量比3：(0.5-1)。
在一些优选的实施方式中，所述的生物聚酯和功能性聚合物的重量比3：0.6。
在实验过程中申请人发现，在本体系中控制加入的生物聚酯和功能性聚合物的重量比可以影响制备得到的生物基聚酯的气体阻隔性能，在生物聚酯和功能性聚合物的重量比3：(0.5-1)，尤其重量比为3：0.6时，具有较好的气体阻隔性能和拉伸性能，申请人推测出现这种现象的原因是因为：在生物聚酯和功能性聚合物的重量比3：(0.5-1)时，在本体系中，可以保证功能性聚合物聚乙烯醇与生物聚酯聚丁二酸丁二醇酯之前的较强的分子间作用力，促进了聚乙烯醇分子在聚丁二酸丁二醇酯基体中的分散，进而减小了形成的生物基聚酯间氧气通过的自由体积；
但是申请人发现，当加入的功能性聚合物聚乙烯醇的含量过多，可能导致体系中的填料出现团聚现象，进而阻碍了聚丁二酸丁二醇酯分子链的运动，则会出现氧气阻隔性能下降的情况。
在一些优选的实施方式中，制备原料还包括填料。
在一些优选的实施方式中，所述的填料选自气硅、石墨、云母粉、滑石粉、碳酸钙、粘土、膨润土、硅石、沸石、玻璃纤维中的至少一种。
进一步优选的，所述的填料为膨润土和气硅。
更有选的，所述的膨润土和气硅的重量比为2：(0.5-1.5)。
优选的，所述的膨润土和气硅的重量比为2：0.9。
在一些优选的实施方式中，所述的填料的重量为生物聚酯重量的10-30wt％。
进一步优选的，所述的填料的重量为生物聚酯重量的15wt％。
在实验过程中经过申请人大量的创造性实验探究发现，在本体系中，加入合适的填料不仅可以降低生产成本，而且还可以保证制备得到的材料作为食品纸塑包装材料用时，具有较好的耐屈挠性和气密性，出现这种现象的原因是因为：在本体系中加入膨润土和气硅，膨润土和气硅的重量比为2：(0.5-1.5)时，可以使生物聚酯和功能性聚合物在膨润土片层结构中分散，通过气硅表面的活性羟基可以在体系中形成界面互通，通过彼此间范德华力和氢键作用在聚酯基体内形成填料网络，使生物基聚酯材料的储能模量增大，在材料段面形成保护屏障，延缓了材料屈挠疲劳的发展速度，提升了其耐屈挠性的同时也提升了气密性。
在一些优选的实施方式中，制备原料按重量百分比计包括：生物聚酯60-80％、功能性聚合物10-18％、填料8-10％、助剂补充余量至100％。
本发明的第二方面提供了一种食品纸塑包装材料用生物基聚酯的制备方法，包括以下步骤：
1)将制备原料共混，得到预混料；
2)将步骤1)得到的预混料在双螺杆挤出机中造粒，即得。
有益效果：经本发明制备的食品纸塑包装材料用生物基聚酯具有以下优点：
1.经本发明制备的食品纸塑包装材料用生物基聚酯属于可再生资源，具有较好的氧气阻隔性能，在用于食品纸塑包装使用时，可以提升食品纸塑与氧气和水的接触概率，延长了食品的保质期限；
2.经本发明制备的食品纸塑包装材料用生物基聚酯具有较好的生物可降解性能，避免了废弃物对环境的危害和污染，符合环保的要求。
具体实施方式
实施例
实施例1
一种食品纸塑包装材料用生物基聚酯，制备原料按重量百分比计包括：生物聚酯70％、功能性聚合物14％、填料10.5％、助剂补充余量至100％。
所述的生物聚酯为聚丁二酸丁二醇酯，熔体质量流动速率为10～20g/10min(190℃，2.16kg)，型号II，购于安徽雪郎生物科技有限公司。
所述的功能性聚合物为聚乙烯醇，在25℃质量浓度为4％的水溶液中的粘度为25-31cps，购于日本可乐丽公司。
所述的填料为膨润土和气硅，其重量比为2：0.9。
所述的助剂为抗氧剂和偶联剂；
所述的抗氧剂为抗氧剂1010，重量百分比为0.5％；
所述的偶联剂为N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，CAS：3069-29-2，偶联剂补充余量至100％。
一种食品纸塑包装材料用生物基聚酯的制备方法，包括以下步骤：
1)将制备原料共混，得到预混料；
2)将步骤1)得到的预混料在双螺杆挤出机中造粒，即得。
实施例2
一种食品纸塑包装材料用生物基聚酯，制备原料按重量百分比计包括：生物聚酯70％、功能性聚合物14％、填料10.5％、助剂补充余量至100％。
所述的生物聚酯为聚丁二酸丁二醇酯，熔体质量流动速率为≥100g/10min(190℃，2.16kg)，型号V，购于安徽雪郎生物科技有限公司。
所述的功能性聚合物为聚乙烯醇，在25℃质量浓度为4％的水溶液中的粘度为25-31cps，购于日本可乐丽公司。
所述的填料为膨润土和气硅，其重量比为2：0.9。
所述的助剂为抗氧剂和偶联剂；
所述的抗氧剂为抗氧剂1010，重量百分比为0.5％；
所述的偶联剂为N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，CAS：3069-29-2，偶联剂补充余量至100％。
一种食品纸塑包装材料用生物基聚酯的制备方法，包括以下步骤：
1)将制备原料共混，得到预混料；
2)将步骤1)得到的预混料在双螺杆挤出机中造粒，即得。
实施例3
一种食品纸塑包装材料用生物基聚酯，制备原料按重量百分比计包括：生物聚酯70％、功能性聚合物14％、填料10.5％、助剂补充余量至100％。
所述的生物聚酯为聚丁二酸丁二醇酯，熔体质量流动速率为≤10g/10min(190℃，2.16kg)，型号I，购于安徽雪郎生物科技有限公司。
所述的功能性聚合物为聚乙烯醇，在25℃质量浓度为4％的水溶液中的粘度为25-31cps，购于日本可乐丽公司。
所述的填料为膨润土和气硅，其重量比为2：0.9。
所述的助剂为抗氧剂和偶联剂；
所述的抗氧剂为抗氧剂1010，重量百分比为0.5％；
所述的偶联剂为N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，CAS：3069-29-2，偶联剂补充余量至100％。
一种食品纸塑包装材料用生物基聚酯的制备方法，包括以下步骤：
1)将制备原料共混，得到预混料；
2)将步骤1)得到的预混料在双螺杆挤出机中造粒，即得。
实施例4
一种食品纸塑包装材料用生物基聚酯，制备原料按重量百分比计包括：生物聚酯70％、功能性聚合物14％、填料10.5％、助剂补充余量至100％。
所述的生物聚酯为聚丁二酸丁二醇酯，熔体质量流动速率为10～20g/10min(190℃，2.16kg)，型号II，购于安徽雪郎生物科技有限公司。
所述的功能性聚合物为聚乙烯醇，在25℃质量浓度为4％的水溶液中的粘度为25-31cps，购于日本可乐丽公司。
所述的填料为膨润土。
所述的助剂为抗氧剂和偶联剂；
所述的抗氧剂为抗氧剂1010，重量百分比为0.5％；
所述的偶联剂为N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，CAS：3069-29-2，偶联剂补充余量至100％。
一种食品纸塑包装材料用生物基聚酯的制备方法，包括以下步骤：
1)将制备原料共混，得到预混料；
2)将步骤1)得到的预混料在双螺杆挤出机中造粒，即得。
实施例5
一种食品纸塑包装材料用生物基聚酯，制备原料按重量百分比计包括：生物聚酯60％、功能性聚合物12％、填料25％、助剂补充余量至100％。
所述的生物聚酯为聚丁二酸丁二醇酯，熔体质量流动速率为10～20g/10min(190℃，2.16kg)，型号II，购于安徽雪郎生物科技有限公司。
所述的功能性聚合物为聚乙烯醇，在25℃质量浓度为4％的水溶液中的粘度为25-31cps，购于日本可乐丽公司。
所述的填料为膨润土和气硅，其重量比为2∶0.9。
所述的助剂为抗氧剂和偶联剂；
所述的抗氧剂为抗氧剂1010，重量百分比为0.5％；
所述的偶联剂为N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，CAS：3069-29-2，偶联剂补充余量至100％。
一种食品纸塑包装材料用生物基聚酯的制备方法，包括以下步骤：
1)将制备原料共混，得到预混料；
2)将步骤1)得到的预混料在双螺杆挤出机中造粒，即得。
性能测试：
1.拉伸性能：将实施例1-5制备得到的生物基聚酯用于拉伸性能测试，测试标准参照GB/T1040。
2.气体阻隔性能测试：将实施例1-5制备得到的生物基聚酯用于气体阻隔性能测试，测试标准参照GB-T1038-2000，以气体透过率表示气体阻隔性能，当气体透过率≤5(包括5)时，记为气体阻隔性能为优；当气体透过率在5％-15％(不包括5和15)之间，记为气体阻隔性能为良；当气体透过率≥20(包括20)时，记为气体阻隔性能为差。
3.生物降解性能测试：将实施例1-5制备得到的生物基聚酯用于生物降解性能测试，测试标准参照GB/T19277，记录在60℃下，完全降解的时间。
实验 拉伸强度/MPa 气体阻隔性能 生物降解性能/天
实施例1 36.8 优 28
实施例2 23.4 差 30
实施例3 30.1 良 45
实施例4 32.2 良 29
实施例5 29.6 良 30

Claims (1)

1.一种食品纸塑包装材料用生物基聚酯，其特征在于，按重量百分比计，制备原料包括生物聚酯70％、功能性聚合物14％、填料10.5％、助剂补充余量至100％；
所述的生物聚酯为聚丁二酸丁二醇酯，熔体质量流动速率为10～20g/10min，190℃，2.16kg；
所述的功能性聚合物为聚乙烯醇，在25℃质量浓度为4％的水溶液中的粘度为25-31cps；
所述的填料为膨润土和气硅，其重量比为2：0.9；
所述的助剂为抗氧剂和偶联剂；
所述的抗氧剂为抗氧剂1010，重量百分比为0.5％；
所述的偶联剂为N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，偶联剂补充余量至100％；
如上所述的食品纸塑包装材料用生物基聚酯的制备方法，包括以下步骤：
1)将制备原料共混，得到预混料；
2)将步骤1)得到的预混料在双螺杆挤出机中造粒，即得。
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