CN115028916A - 一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及包装塑料领域，更具体地说，它涉及一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料及其制备方法。一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料，包括以下重量份数原料：950‑1100份聚乙烯；50‑100份聚丙烯；50‑100份乙烯‑乙烯醇共聚物；9.5‑18.0份改性二氧化硅；0.5‑2.0份PP‑G‑MAH；一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料的制备方法，包括以下步骤：步骤1)：往聚乙烯内添加聚丙烯、乙烯‑乙烯醇共聚物、改性二氧化硅和PP‑G‑MAH，搅拌均匀得到物料；步骤2)：对物料进行加温、溶解、挤出、抽丝、降温、切粒，得到成品。本申请具有保持阻隔性能的同时降低塑料的重量的优点。

Description

一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料及其制备方法

技术领域

本申请涉及包装塑料领域，更具体地说，它涉及一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料及其制备方法。

背景技术

塑料是以合成或天然的高分子树脂为主要材料。添加各种助剂后，在一定的温度和压力下具有延展性，冷却后可以固定其形状的一类材料。塑料的不少特性造就了其是任何一种包装材料都无可替代的。

包装塑料容器所盛装的某些内容物，例如包装塑料软管内的某些化妆品、食品，氧分子会逐步渗透过容器的分子间隙，进入容器内部，使内容物受到缓慢的氧化作用而变质。

为实现阻隔，在相关技术中，会利用EVOH阻隔层的良好阻隔性能来制备塑料包装容器用的塑料。但如果单独使用EVOH作为阻隔层，成本会直线飙升，不具有良好的经济价值，因此不适宜在行业内推广。所以现在的塑料大多是含有EVOH阻隔层的多层复合塑料，具体是通过在生产过程中控制各层不同类材料的壁厚并增加粘合剂使各层粘合，从而实现产品的多层结构，其中一层承担主要的阻隔作用，达到产品阻隔的功能。

采用上述方式生产塑料包装容器用塑料，每层材料受工艺条件的限制，都有自身最低的厚度要求，多层通过粘合剂连接，厚度、重量增加，耗能耗材多。因此，还有待改善。

发明内容

为了保持阻隔性能的同时降低塑料的重量，本申请提供一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料，采用如下的技术方案：

一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料，包括以下重量份数原料：

950-1100份聚乙烯；

50-100份聚丙烯；

50-100份乙烯-乙烯醇共聚物；

9.5-18.0份改性二氧化硅；

0.5-2.0份PP-G-MAH。

通过采用上述技术方案，在各种原料的共同配合下，各种材料既发挥特性又相互制约，从而使制得的塑料同时达到高阻隔和减重两个效果。并且，由于各种原料直接混合在一起，所以本申请所制得的塑料在制备过程中，可以采用单层挤出设备。在生产过程中，只需控制一层材料的厚度即可，可以明显降低产品的厚度与重量。

对比现有的控制多层材料的技术，本申请不仅实现了产品的高阻隔功能，并且可以减少设备投入，对工艺要求低，螺杆挤出受高工艺要求制约的枷锁得到释放，大幅度提高生产效率，具有良好的可持续发展前景。

优选的，所述聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙烯醇共聚物的重量比为1000：(60-80)：(50-70)。

通过采用上述技术方案，进一步限定聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙烯醇共聚物之间的重量关系，在该重量比范围内，各种原料之间的制约关系进一步提高，使得各种原料之间具有更好的混合效果，不易分层。

优选的，所述改性二氧化硅的制备方法包括以下步骤：

步骤01)：配置无水乙醇与水体积比为9:1的乙醇水溶液，待用；

步骤02)：将二氧化硅加入到乙醇水溶液配置成50g/ml的浆料，在450-550r/min的条件下搅拌30-60min；

步骤03)：调整温度至65-75℃，将铝酸酯DL-411加入到浆料中，搅拌均匀；

步骤04)：保温20-25min；

步骤05)：烘干、粉碎，得到改性二氧化硅。

通过采用上述技术方案，经过改性的二氧化硅在乙烯-乙烯醇共聚物中团聚较少，在体系内具有良好的分散性，可以充分发挥二氧化硅的超细效应和表面效应，从而在大分子链之间具有良好的扩散效果，提高了各种原料之间的混合效果。同时，改性二氧化硅也可以改变复合材料的晶粒和结晶性，从而提高了阻隔性。由于乙烯-乙烯醇共聚物的价格较贵，整体阻隔性能提高后，在想要达到同等阻隔性时，可以适当降低乙烯-乙烯醇共聚物的使用量，从而降低成本。

优选的，所述步骤05)烘干后，用索氏提取器提取6-7h，提取粉体，进行烘干、粉碎。

通过采用上述技术方案，使用特定的提取手段，有利于进一步提高改性二氧化硅的纯度，从而使改性二氧化硅作用在体系内可以具有更好的分散性，在体系里充分发挥其效果。

优选的，所述铝酸酯DL-411与二氧化硅的重量比为1：(12-15)。

优选的，提取所述粉体后，在65-75℃的条件下进行烘干。

通过采用上述技术方案，进一步限定对二氧化硅改性的各种参数，从而进一步提高改性二氧化硅的性能。

第二方面，本申请提供一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料的制备方法，采用如下的技术方案：

一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：往聚乙烯内添加聚丙烯、乙烯-乙烯醇共聚物、改性二氧化硅和PP-G-MAH，搅拌均匀得到物料；

步骤2)：对物料进行加温、溶解、挤出、抽丝、降温、切粒，得到成品。

优选的，所述步骤1)中，各种原料在具有高剪切力的高速搅拌机内，以700r/min的转速进行搅拌。

通过采用上述技术方案，采用普通的设备将各种原料混合在一起，此举可降低塑料的重量，达到轻质效果。然后使各种原料充分融合，固化后形成一层致密的阻隔保护，能够降低空气中氧气向容器内部渗透的渗透量或减缓其渗透速度，从而达到高阻隔的性能。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、在各种原料的共同配合下，各种材料既发挥特性又相互制约，从而使制得的塑料同时达到高阻隔和减重两个效果。并且，由于各种原料混合在一起，所以本申请所制得的塑料可以采用单层挤出设备，生产过程中只需控制一层材料的厚度即可，明显降低产品的厚度与重量。对比现有的控制多层材料的技术，本申请不仅实现了产品的高阻隔功能，并且可以减少设备投入，对工艺要求低，螺杆挤出受高工艺要求制约的枷锁得到释放，大幅度提高生产效率，具有良好的可持续发展前景。

2、经过改性的二氧化硅在乙烯-乙烯醇共聚物中团聚较少，在体系内具有良好的分散性，可以充分发挥二氧化硅的超细效应和表面效应，从而在大分子链之间具有良好的扩散效果，提高了各种原料之间的混合效果。同时，改性二氧化硅也可以改变符合材料的晶粒和结晶性，从而提高了阻隔性。由于乙烯-乙烯醇共聚物的价格较贵，整体阻隔性能提高后，在想要达到同等阻隔性时，可以适当降低乙烯-乙烯醇共聚物的使用量，从而降低成本。

3、采用普通的设备将各种原料混合在一起，此举可降低塑料的重量，达到轻质效果。然后使各种原料充分融合，固化后形成一层致密的阻隔保护，能够降低空气中氧气向容器内部渗透的渗透量或减缓其渗透速度，从而达到高阻隔的性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

以下实施例及对比例中所用的聚乙烯(5502)购自新加坡雪佛龙菲利普斯公司和茂名石化公司，聚丙烯(500N)购自中海壳牌石油化工有限公司，乙烯-乙烯醇共聚物(F171)购自日本可乐丽株式会社。其余原料均为市售产品。

制备例

制备例1

改性二氧化硅的制备方法包括以下步骤：

步骤01)：配置无水乙醇与水体积比为9:1的乙醇水溶液，待用。

步骤02)：将二氧化硅加入到乙醇水溶液中，配置成50g/ml的浆料，然后在450r/min的条件下搅拌60min。

步骤03)：把温度调整至75℃，将铝酸酯DL-411加入到浆料中，并在250r/min的转速下搅拌均匀。呈现均匀状态后，再继续搅拌20min。铝酸酯DL-411与二氧化硅的重量比为1：12。

步骤04)：调整温度，使温度保持在75℃，保温20min。

步骤05)：保温完成后，在60℃下烘干12h，然后用索氏提取器提取6h，提取粉体，在75℃下进行烘干、粉碎，得到改性二氧化硅。

制备例2

一种改性二氧化硅，与制备例1的不同之处在于，步骤02)中，转速为550r/min，搅拌时间为30min。

步骤03)中，调整温度至65℃；铝酸酯DL-411与二氧化硅的重量比为1：15。

步骤04)中，保持65℃，保温25min。

步骤05)中，在60℃下进行烘干，然后用索氏提取器提取7h，提取粉体，在65℃下进行烘干、粉碎，得到改性二氧化硅。

实施例

实施例1

一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料，包括以下原料：47.5kg聚乙烯，2.5kg聚丙烯，3.5kg乙烯-乙烯醇共聚物，0.9kg改性二氧化硅，0.1kgPP-G-MAH。

其中，改性二氧化硅采用制备例1的。

本申请实施例还提供一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：往聚乙烯内添加聚丙烯、乙烯-乙烯醇共聚物、改性二氧化硅和PP-G-MAH，投入到具有高剪切力的高速搅拌机，调整转速至700r/min，搅拌8min，得到物料。

步骤2)：将物料倒入双螺旋造粒机内，设定双螺旋造粒机的温度为300℃，螺杆转速为250rpm，物料在螺杆中的停留时间为3min，对物料进行加温、溶解、挤出、抽丝、降温，然后经切粒机切粒，得到料粒。然后将料粒放在真空烘箱中，在100℃的条件下干燥12小时，得到成品。

实施例2

一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料，与实施例1的不同之处在于，改性二氧化硅采用制备例2的。

聚乙烯的使用量为55kg，聚丙烯的使用量为3.75kg，乙烯-乙烯醇共聚物的使用量为5kg，改性二氧化硅的使用量为0.475kg，PP-G-MAH的使用量为0.025kg，具体详见表1。

实施例3

一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料，与实施例1的不同之处在于，聚乙烯的使用量为50kg，聚丙烯的使用量为5kg，乙烯-乙烯醇共聚物的使用量为2.5kg，改性二氧化硅的使用量为0.75kg，PP-G-MAH的使用量为0.05kg，具体详见表1。

实施例4

一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料，与实施例3的不同之处在于，聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙烯醇共聚物的重量比为1000:60:50，即聚乙烯的使用量为50kg，聚丙烯的使用量为3kg，乙烯-乙烯醇共聚物的使用量为2.5kg，具体详见表1。

实施例5

一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料，与实施例3的不同之处在于，聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙烯醇共聚物的重量比为1000:80:70，即聚乙烯的使用量为50kg，聚丙烯的使用量为4kg，乙烯-乙烯醇共聚物的使用量为3.5kg，具体详见表1。

表1

对比例

对比例1

一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料，与实施例5的不同之处在于，将改性二氧化硅替换为等重量的二氧化硅。

对比例2

一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料，与实施例5的不同之处在于，将PP-G-MAH替换为等重量的PE-HD-g-AA。

对比例3

一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料，与实施例5的不同之处在于，聚乙烯的使用量为3.5kg，聚丙烯的使用量为50kg，乙烯-乙烯醇共聚物为4kg。

对比例4

一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料，与实施例5的不同之处在于，改性二氧化硅的使用量为0.05kg，PP-G-MAH的使用量为0.75kg。

性能检测试验

将实施例1-5、对比例1-4和市售PE塑料(型号5502)投入吹瓶机内，通过加温、溶解、基础、吹涨成型，模具的容量为135ml，检测制得产品的质量。

然后再将产品切成直径30mm的圆片，置入气体渗透测试仪，检测透氧率。

试验结果详见表2。

表2

在改性二氧化硅、PP-G-MAH与其他原料的共同配合下，有效降低了整个共混体系中组分之间的界面张力，形成了更加均匀细致的分散，起到了促进相界面结合的作用，从而不需要制备单独的多层再进行粘贴，有效降低了厚度与重量。并且，进一步提高了与乙烯-乙烯醇共聚物的羟基形成氢键作用，降低了水分在界面之间的渗透，提高了共混体系的阻隔性能。同时，还有效减少了改性二氧化硅表面裸露的羟基，减少了水分子对复合材料的吸附，从而有效阻隔水分。

根据表2中实施例1-5与市售PE塑料的检测数据对比可知，由实施例1-5制得的产品重量明显较市售的轻、透氧率也较市售的更低。说明实施例1-5所制得的产品具有了轻质、高阻隔的效果。发明人经过成千上万次试验、不断调整原料及用量后，终于得到了本申请所提供的技术方案。在各种原料的共同配合、制约下，充分发挥各原料的作用，改善了各原料之间的相容性，从而得到高阻隔性的轻质塑料。极大程度地简化了制备工艺，降低了对设备的需求，具有良好的经济发展价值。

根据表2中实施例1-5与对比例1-2的检测数据对比可知，对比例1-2所制得的产品在质量方面比实施例1-5的重，在透氧率方面比实施例1-5的高，也就是说对比例1-2的产品在重量、阻隔方面的效果都较实施例1-5的差。这说明需要在改性二氧化硅、PP-G-MAH与其他原料共同配合，才能制备出轻质、高阻隔性的塑料，缺少任意一种都无法达到包装塑料轻质、高阻隔的优秀效果。再结合对比例4的检测数据对比可知，即使在改性二氧化硅、PP-G-MAH两者的配合下使用，也需要严格限定两者与其余原料之间的配合比例，才能得到性能优异的产品。

根据表2中实施例1-5与对比例3的检测数据对比可知，实施例1-5所制得的产品在质量方面比对比例3的轻，在透氧率方面也比对比例3的低，说明实施例1-5的产品较对比例3的，在质量、阻隔性能上更加优异。这说明了聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙烯醇共聚物之间的投入比例也非常重要，需要严格控制好聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙烯醇共聚物之间的比例才能更好地与改性二氧化硅、PP-G-MAH配合发挥效果。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料，其特征在于，包括以下重量份数原料：

950-1100份聚乙烯；

50-100份聚丙烯；

50-100份乙烯-乙烯醇共聚物；

5-18.0份改性二氧化硅；

5-2.0份PP-G-MAH。

2.根据权利要求1所述的塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料，其特征在于：所述聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙烯醇共聚物的重量比为1000：（60-80）：（50-70）。

3.根据权利要求1所述的塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料，其特征在于：所述改性二氧化硅的制备方法包括以下步骤：

步骤01)：配置无水乙醇与水体积比为9:1的乙醇水溶液，待用；

步骤02)：将二氧化硅加入到乙醇水溶液配置成50g/ml的浆料，在450-550r/min的条件下搅拌30-60min；

步骤03)：调整温度至65-75℃，将铝酸酯DL-411加入到浆料中，搅拌均匀；

步骤04)：保温20-25min；

步骤05)：烘干、粉碎，得到改性二氧化硅。

4.根据权利要求3所述的塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料，其特征在于：所述步骤05)烘干后，用索氏提取器提取6-7h，提取粉体，进行烘干、粉碎。

5.根据权利要求1所述的塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料，其特征在于：所述铝酸酯DL-411与二氧化硅的重量比为1：（12-15）。

6.根据权利要求4所述的塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料，其特征在于：提取所述粉体后，在65-75℃的条件下进行烘干。

7.一种塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料的制备方法，基于权利要求1-6任一项所述的塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)：往聚乙烯内添加聚丙烯、乙烯-乙烯醇共聚物、改性二氧化硅和PP-G-MAH，搅拌均匀得到物料；

步骤2)：对物料进行加温、溶解、挤出、抽丝、降温、切粒，得到成品。

8.根据权利要求7所述的塑料包装容器用高阻隔性轻质塑料的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，各种原料在具有高剪切力的高速搅拌机内，以700r/min的转速进行搅拌。