CN114276612B - 一种用于食品包装的透明聚丙烯组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于食品包装的透明聚丙烯组合物及其制备方法，透明聚丙烯组合物由以下组分按重量份组成：高融指聚丙烯粉料90～95份，低融指聚丙烯粉料5～10份，聚丙烯接枝马来酸酐3～5份，改性纳米级滑石粉0.05～0.2份，抗氧剂0.2～1份；改性纳米级滑石粉的制备方法如下：将10重量份纳米级滑石粉与2‑3重量份的十二烷基苯磺酸钠加入80‑120重量份的去离子水中，混合均匀后，过滤、干燥后即得。本发明中改性纳米级滑石粉，充当成核剂，可以使复合聚丙烯结晶尺寸变小，提高透明性、耐热性、力学性能。同时，改性纳米级滑石粉填充填料能够使其晶体结晶速度快，晶粒尺寸小，成核效率高。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种用于食品包装的透明聚丙烯组合物及其制备方法。
背景技术
聚丙烯简称PP，是一种无色、无臭、无毒、半透明固体物质。聚丙烯(PP)是一种性能优良的热塑性合成树脂，为无色半透明的热塑性轻质通用塑料。具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等，这使得聚丙烯自问世以来，便迅速在机械、汽车、电子电器、建筑、纺织、包装、农林渔业和食品工业等众多领域得到广泛的开发应用。近年来，随着我国包装、电子、汽车等工业的快速发展，极大地促进了我国工业的发展。而且因为其具有可塑性，聚丙烯材料正逐步替代木制产品，高强度韧性和高耐磨性能已逐步取代金属的机械功能。
透明剂是一类用于改善聚合物透光性能的添加剂。聚丙烯组合物光泽度和透明性差，外观缺少美感，在透明包装、日用品领域的发展受限。按照化学结构来看，聚丙烯透明剂主要有二亚苄基山梨醇类、有机磷酸酯盐类。二亚苄基山梨醇类可溶解在熔融的聚丙烯中，形成均相体系，因而成核效果好，缺点为高温下不稳定，易分散释放母体芳醛，从而产生气味，不适用食品包装用。有机磷酸酯盐类的成核虽然耐热性好，但其在聚丙烯中的分散性较差，使最终产品性能达不到理想效果。
如何开发一种既能提高聚丙烯材料的透明性又能提高聚丙烯材料的耐热性的添加助剂成为研究重点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于食品包装的透明聚丙烯组合物及其制备方法，本发明制得的聚丙烯组合物不仅具有优异的透明性，还具有优良的耐热性和力学性能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种用于食品包装的透明聚丙烯组合物，由以下组分按重量份组成：
所述改性纳米级滑石粉的制备方法如下：
将10重量份纳米级滑石粉与2-3重量份的十二烷基苯磺酸钠加入80-120重量份的去离子水中，搅拌混合均匀后，过滤、干燥后得到改性纳米级滑石粉。优选的，所述搅拌的温度是50-60℃。
作为优选的技术方案，所述高融指聚丙烯粉料在230℃，2.16kg的测试条件下熔体流动速率为80～200g/10min。
作为优选的技术方案，所述低融指聚丙烯粉料在230℃，2.16kg的测试条件下熔体流动速率为20～30g/10min。
作为优选的技术方案，所述纳米级滑石粉的粒度为12500-15000目。
作为优选的技术方案，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(1010)与硫代二丙酸双十八醇酯(DSTDP)中的混合物。进一步的，所述四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)与硫代二丙酸双十八醇酯(DSTDP)混合的质量比为1:2。
本发明的另一个目的是提供上述所述的用于食品包装的透明聚丙烯组合物的制备方法，包括下述步骤：
(1)将90～95份高融指聚丙烯粉料，5～10份低融指聚丙烯粉料，3～5份聚丙烯接枝马来酸酐，0.05～0.2份改性纳米级滑石粉，0.2～1份抗氧剂加入混合机中混合均匀，得到混合物料；
(2)将混合物料加入双螺杆挤出机的料斗中，经过挤出、切粒得到最终产物。优选的，所述双螺杆挤出机的各区温度分别为160-180℃，二区温度为170-190℃，三区温度为180-200℃，四区温度为190-210℃，五区温度为200-210℃，六区温度为210-215℃。
与现有技术相比，本发明有益效果体现在：
(1)本发明中改性纳米级滑石粉，通过十二烷基苯磺酸钠处理后，能够较好的充当成核剂，通过熔融挤出，均匀分散在聚丙烯复合基体中。可以使复合聚丙烯结晶尺寸变小，提高透明性、耐热性、力学性能。
(2)采用高融指聚丙烯粉料和低融指聚丙烯粉料的复合体系，在挤出机内熔融挤出的过程中，高融指的聚丙烯因融指高，流动性强，引导组合物的熔融挤出流动；低融指聚丙烯添加量少，在熔融后，粘度较高，能够均匀的附着在改性纳米级滑石粉表面。进而改性纳米级滑石粉能够诱导低融指聚丙烯、高融指聚丙烯快速结晶，晶粒尺寸小，成核效率高，最终能够显著增加组合物的拉伸强度、抗冲击强度、透明度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下列实施例与对比例中所用试剂的型号以及供应商如下：
高融指聚丙烯为韩国SK公司BX3920(熔融指数为100g/10min)；
低融指聚丙烯为上海赛科公司PPK7926(熔融指数为28g/10min)；
聚丙烯接枝马来酸酐为美国杜邦50E806。
纳米级滑石粉粒度为15000目，普通滑石粉粒径1250目，生产商为上海缘江化工有限公司。
本发明抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)与硫代二丙酸双十八醇酯(DSTDP)中的混合物，混合质量比1:2。抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)与硫代二丙酸双十八醇酯(DSTDP)生产商均为德国巴斯夫公司。
十二烷基苯磺酸钠为分析纯，白色粉末，生产商为廊坊鹏彩精细化工有限公司。
二亚苄基山梨醇与2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸酯钠生产商均为山东摩尔化工有限公司。
需要说明的是，上述产品是为了说明本发明实验时所采用的试剂来源和成分，以便充分公开，并不表示采用其他同类试剂或其他供应商提供的试剂就不能实现本发明。
各实施例中所述改性纳米级滑石粉，由以下工艺制备而得：
将10重量份的纳米级滑石粉与3重量份的十二烷基苯磺酸钠加入120重量份的去离子水中，50℃温度中搅拌60分钟，搅拌速度为200转/分钟；过滤，干燥后即得改性纳米级滑石粉。
实施例1
一种用于食品包装的透明聚丙烯组合物的制备方法，包括下述步骤：
(1)将90份高融指聚丙烯粉料，5份低融指聚丙烯粉料，3份聚丙烯接枝马来酸酐，0.05份改性纳米级滑石粉，0.2份抗氧剂加入混合机中混合均匀得到混合物料；
(2)将混合物料加入双螺杆挤出机料斗中，挤出、切粒即得最终产物。双螺杆挤出机的一区温度为160℃，二区温度为170℃，三区温度为180℃，四区温度为200℃，五区温度为200℃，六区温度为210℃。
实施例2
一种用于食品包装的透明聚丙烯组合物的制备方法，包括下述步骤：
(1)将95份高融指聚丙烯粉料，5份低融指聚丙烯粉料，5份聚丙烯接枝马来酸酐，0.2份改性纳米级滑石粉，1份抗氧剂加入混合机中混合均匀得到混合物料；
(2)将混合物料加入双螺杆挤出机料斗中，挤出、切粒即得最终产物。双螺杆挤出机的一区温度为160℃，二区温度为180℃，三区温度为200℃，四区温度为210℃，五区温度为210℃，六区温度为215℃。
实施例3
一种用于食品包装的透明聚丙烯组合物的制备方法，包括下述步骤：
(1)将95份高融指聚丙烯粉料，5份低融指聚丙烯粉料，4份聚丙烯接枝马来酸酐，0.1份改性纳米级滑石粉，0.5份抗氧剂加入混合机中混合均匀得到混合物料；
(2)将混合物料加入双螺杆挤出机料斗中，挤出、切粒即得最终产物。双螺杆挤出机的一区温度为160℃，二区温度为170℃，三区温度为190℃，四区温度为210℃，五区温度为210℃，六区温度为215℃。
实施例4
一种用于食品包装的透明聚丙烯组合物的制备方法，包括下述步骤：
(1)将95份高融指聚丙烯粉料，10份低融指聚丙烯粉料，4份聚丙烯接枝马来酸酐，0.1份改性纳米级滑石粉，0.8份抗氧剂加入混合机中混合均匀得到混合物料；
(2)将混合物料加入双螺杆挤出机料斗中，挤出、切粒即得最终产物。双螺杆挤出机的一区温度为165℃，二区温度为175℃，三区温度为185℃，四区温度为205℃，五区温度为205℃，六区温度为215℃。
实施例5
一种用于食品包装的透明聚丙烯组合物的制备方法，包括下述步骤：
(1)将95份高融指聚丙烯粉料，5份低融指聚丙烯粉料，4份聚丙烯接枝马来酸酐，0.1份改性纳米级滑石粉，0.6份抗氧剂加入混合机中混合均匀得到混合物料；
(2)将混合物料加入双螺杆挤出机料斗中，挤出、切粒即得最终产物。双螺杆挤出机的一区温度为165℃，二区温度为175℃，三区温度为180℃，四区温度为200℃，五区温度为210℃，六区温度为215℃。
对比例1(与实施例5做对比)
一种用于食品包装的透明聚丙烯组合物的制备方法，包括下述步骤：
(1)将100份高融指聚丙烯粉料，4份聚丙烯接枝马来酸酐，0.1份改性纳米级滑石粉，0.6份抗氧剂加入混合机中混合均匀得到混合物料；
(2)将混合物料加入双螺杆挤出机料斗中，挤出、切粒即得最终产物。双螺杆挤出机的一区温度为165℃，二区温度为175℃，三区温度为180℃，四区温度为200℃，五区温度为210℃，六区温度为215℃。
对比例2(与实施例5做对比)
一种用于食品包装的透明聚丙烯组合物的制备方法，包括下述步骤：
(1)将100份低融指聚丙烯粉料，4份聚丙烯接枝马来酸酐，0.1份改性纳米级滑石粉，0.6份抗氧剂加入混合机中混合均匀得到混合物料；
(2)将混合物料加入双螺杆挤出机料斗中，挤出、切粒即得最终产物。双螺杆挤出机的一区温度为165℃，二区温度为175℃，三区温度为180℃，四区温度为200℃，五区温度为210℃，六区温度为215℃。
对比例3(与实施例5做对比)
一种用于食品包装的透明聚丙烯组合物的制备方法，包括下述步骤：
(1)将95份高融指聚丙烯粉料，5份低融指聚丙烯粉料，4份聚丙烯接枝马来酸酐，0.1份纳米级滑石粉，0.6份抗氧剂加入混合机中混合均匀得到混合物料；
(2)将混合物料加入双螺杆挤出机料斗中，挤出、切粒即得最终产物。双螺杆挤出机的一区温度为165℃，二区温度为175℃，三区温度为180℃，四区温度为200℃，五区温度为210℃，六区温度为215℃。
对比例4(与实施例5做对比)
一种用于食品包装的透明聚丙烯组合物的制备方法，包括下述步骤：
(1)将95份高融指聚丙烯粉料，5份低融指聚丙烯粉料，4份聚丙烯接枝马来酸酐，0.1份预改性纳米级滑石粉，0.6份抗氧剂加入混合机中混合均匀得到混合物料；
(2)将混合物料加入双螺杆挤出机料斗中，挤出、切粒即得最终产物。双螺杆挤出机的一区温度为165℃，二区温度为175℃，三区温度为180℃，四区温度为200℃，五区温度为210℃，六区温度为215℃。
本对比例中所述预处理的纳米级滑石粉，由以下工艺制备而得：
将10重量份的纳米级滑石粉与1重量份的十二烷基苯磺酸钠加入120重量份的去离子水中，搅拌60分钟，过滤，干燥。搅拌温度20℃，搅拌速度100转/分钟。从表1中检测结果可知，本对比例由于搅拌温度较低，使滑石粉表面活性较弱，制得的产品性能欠佳。
对比例5(与实施例5做对比)
一种用于食品包装的透明聚丙烯组合物的制备方法，包括下述步骤：
(1)将95份高融指聚丙烯粉料，5份低融指聚丙烯粉料，4份聚丙烯接枝马来酸酐，0.1份普通滑石粉(粒径1250目)，0.6份抗氧剂加入混合机中混合均匀得到混合物料；
(2)将混合物料加入双螺杆挤出机料斗中，挤出、切粒即得最终产物。双螺杆挤出机的一区温度为165℃，二区温度为175℃，三区温度为180℃，四区温度为200℃，五区温度为210℃，六区温度为215℃。
对比例6(与实施例5做对比)
一种用于食品包装的透明聚丙烯组合物的制备方法，包括下述步骤：
(1)将95份高融指聚丙烯粉料，5份低融指聚丙烯粉料，4份聚丙烯接枝马来酸酐，0.1份处理后的普通滑石粉(粒径1250目)，0.6份抗氧剂加入混合机中混合均匀得到混合物料；
(2)将混合物料加入双螺杆挤出机料斗中，挤出、切粒即得最终产物。双螺杆挤出机的一区温度为165℃，二区温度为175℃，三区温度为180℃，四区温度为200℃，五区温度为210℃，六区温度为215℃。
本对比例中处理后的普通滑石粉，由以下工艺制备而得：
将10重量份的普通滑石粉与3重量份的十二烷基苯磺酸钠加入120重量份的去离子水中，搅拌60分钟，过滤，干燥。搅拌温度50℃，搅拌速度200转/分钟。对比例7(与实施例5做对比)
一种用于食品包装的透明聚丙烯组合物的制备方法，包括下述步骤：
(1)将95份高融指聚丙烯粉料，5份低融指聚丙烯粉料，4份聚丙烯接枝马来酸酐，0.1份二亚苄基山梨醇，0.6份抗氧剂加入混合机中混合均匀得到混合物料；
(2)将混合物料加入双螺杆挤出机料斗中，挤出、切粒即得最终产物。双螺杆挤出机的一区温度为165℃，二区温度为175℃，三区温度为180℃，四区温度为200℃，五区温度为210℃，六区温度为215℃。
对比例8(与实施例5做对比)
一种用于食品包装的透明聚丙烯组合物的制备方法，包括下述步骤：
(1)将95份高融指聚丙烯粉料，5份低融指聚丙烯粉料，4份聚丙烯接枝马来酸酐，0.1份2，2’-亚甲基-双-(4，6-二叔丁基苯基)磷酸酯钠，0.6份抗氧剂加入混合机中混合均匀得到混合物料；
(2)将混合物料加入双螺杆挤出机料斗中，挤出、切粒即得最终产物。双螺杆挤出机的一区温度为165℃，二区温度为175℃，三区温度为180℃，四区温度为200℃，五区温度为210℃，六区温度为215℃。
实施例1～5及对比例1-8制得的产品的性能测试结果见表1，其中：
各实施例、对比例制得的产品测试条件为：
拉伸样条型号为(170.0±5.0)mm*(13.0±0.5)mm*(3.2±0.2)mm，拉伸速率5mm/min，测试标准GB/T 1040；
所用悬臂梁缺口冲击强度样条型号为：(125.0±5.0)mm*(13.0±0.5)mm*(3.2±0.2)mm，缺口用机械加工，缺口深度(2.6±0.2)mm，测试标准GB/T 1843；
透光率测试标准为GB/T 2680-94；
高温变色测试标准：将样条放置于100℃的水溶液中，放置120h，取出后肉眼观察是否变色。
表1各实施例和对比例制得的产品的性能检测结果
通过表1可知，本发明的聚丙烯组合物兼具高强度、高抗冲和高透明、耐高温不变色等优点，适用于注塑成型大尺寸或结构复杂制品。
本以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明所作的等效变换，均在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种用于食品包装的透明聚丙烯组合物，其特征在于：由以下组分按重量份组成：
高融指聚丙烯粉料 90～95份，
低融指聚丙烯粉料 5～10份，
聚丙烯接枝马来酸酐 3～5份，
改性纳米级滑石粉 0.05～0.2份，
抗氧剂 0.2～1份；
所述改性纳米级滑石粉的制备方法如下：
将10重量份纳米级滑石粉与2-3重量份的十二烷基苯磺酸钠加入80-120重量份的去离子水中，搅拌混合均匀后，过滤、干燥后得到改性纳米级滑石粉；
所述搅拌的温度是50-60℃；
所述高融指聚丙烯粉料在230℃，2.16kg的测试条件下熔体流动速率为80～200g/10min；
所述低融指聚丙烯粉料在230℃，2.16kg的测试条件下熔体流动速率为20～30g/10min；
所述纳米级滑石粉的粒度为12500-15000目。
2.根据权利要求1所述的透明聚丙烯组合物，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]季戊四醇酯与硫代二丙酸双十八醇酯中的混合物。
3.根据权利要求2所述的透明聚丙烯组合物，其特征在于：所述四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯与硫代二丙酸双十八醇酯混合的质量比为1:2。
4.如权利要求1-3任一项所述的透明聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：
(1)将90～95份高融指聚丙烯粉料，5～10份低融指聚丙烯粉料，3～5份聚丙烯接枝马来酸酐，0.05～0.2份改性纳米级滑石粉，0.2～1份抗氧剂加入混合机中混合均匀，得到混合物料；
(2)将混合物料加入双螺杆挤出机的料斗中，经过挤出、切粒得到最终产物。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机的各区温度分别为160-180℃，二区温度为170-190℃，三区温度为180-200℃，四区温度为190-210℃，五区温度为200-210℃，六区温度为210-215℃。
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