CN115304804A - 一种环保型pbat气泡包装膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保型PBAT气泡包装膜及其制备方法，采用纳米氧化锌固体、碳纤维、聚乙烯醇和四氢呋喃制备复合纤维，将复合纤维与聚对苯二甲酸‑己二酸丁二醇酯、脂肪酸聚乙二醇酯、相容剂、抗氧化剂混炼后挤出造粒，再经流延机挤出、成型，得到环保型PBAT气泡包装膜。基于复合纤维含有纳米氧化锌这一特点，因此材料具备抗菌性能，得到的环保型PBAT气泡包装膜能够减少包装运输过程中杀菌剂的使用，且在土壤环境中易于降解，属于一种具有潜在应用前景的环保型包装材料。

Description

一种环保型PBAT气泡包装膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子新材料技术领域，具体涉及一种环保型PBAT气泡包装膜及其制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，人们对生活质量也越来越关注，对产品的性能有众多要求的同时，对产品的包装要求也越来越高，在人们选择商品时，产品外包装的质量也成为人们选择产品和判断产品质量的很重要的一项判断指标。塑料的材质通常为PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、APET(非结晶化聚对苯二甲酸乙二醇酯)等，通常均具有高阻隔性，质轻、不碎特性、耐化学反抗性等优良特质。在众多塑料材料中，PBA属于热塑性生物降解塑料，既具有延展性和断裂伸长率，也有较好的耐热性和冲击性能，此外还具有优良的生物降解性，是生物降解塑料研究中非常活跃和市场应用最好降解材料之一，因此在超市广泛应用环保PBA塑料袋。PBT是一种结晶速度快的热塑性聚酯，具有耐化学腐蚀、优良的机械强度、加工成型性好等优点，被广泛应用于汽车、电子电气等行业。
PBAT属于热塑性生物降解塑料，通过1,4-丁二醇(BDO)、对苯二甲酸(PTA)和己二酸(AA)的酯化反应合成，根据酯化方式的不同可分为共酯化和分酯化，兼具PBA和PBT的特性，既有较好的延展性和断裂伸长率，也有较好的耐热性和冲击性能；此外，还具有优良的生物降解性，是生物降解塑料研究中非常受欢迎和市场应用最好降解材料之一，广泛应用于塑料包装薄膜、农用地膜等膜材料中。但是，普通的PBAT作为包装材料并不具备抗菌功能，在某些情况下往往在包装运输过程中需要额外使用杀菌剂，对外界环境造成了不良的影响。
发明内容
基于当前PBAT材料在抗菌性能方面仍不够理想的问题，本发明提供一种环保型PBAT气泡包装膜及其制备方法。
一种环保型PBAT气泡包装膜的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯、脂肪酸聚乙二醇酯投入到搅拌机中，将搅拌机加热，在一定速率下充分搅拌，得到高温搅拌混合料；
(2)将纳米氧化锌固体、碳纤维、聚乙烯醇和四氢呋喃添加至反应炉内，将反应炉加热，在一定速率下充分搅拌，直至混合物成粘稠状，将混合物注入针孔静电纺丝机，得到具有多级结构的复合纤维；
(3)将步骤(1)得到的高温搅拌混合料和步骤(2)得到的复合纤维依次加入混炼炉中，加入适量的相容剂、抗氧化剂，在高温下充分搅拌进行混炼反应，得到PBAT混合坯料；
(4)将步骤(3)得到的PBAT混合坯料置于双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到混合粒料；
(5)将步骤(4)的得到的混合粒料投入流延机中挤出，熔体通过模头流延至气泡膜成型辊上，牵引，调节辊的吸力，收卷，最终得到环保型PBAT气泡包装膜。
本发明采用纳米氧化锌固体、碳纤维、聚乙烯醇和四氢呋喃制备复合纤维，将复合纤维与聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯、脂肪酸聚乙二醇酯、相容剂、抗氧化剂混炼后挤出造粒，再经流延机挤出、成型，得到环保型PBAT气泡包装膜。基于复合纤维含有纳米氧化锌这一特点，因此材料具备抗菌性能，得到的环保型PBAT气泡包装膜能够减少包装运输过程中杀菌剂的使用，且在土壤环境中易于降解，属于一种具有潜在应用前景的环保型包装材料。
进一步的，所述步骤(1)中聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯、脂肪酸聚乙二醇酯的摩尔比为1:(0.15-0.22)。
进一步的，所述步骤(1)中搅拌机的加热温度为150～160℃，搅拌速率为250～300转/分钟。
进一步的，所述步骤(2)中纳米氧化锌固体、碳纤维、聚乙烯醇和四氢呋喃的摩尔比为15:3:1:1。
进一步的，所述步骤(2)中反应炉的加热温度为95～105℃，搅拌速率为750～850转/分钟。
进一步的，所述步骤(3)中高温搅拌混合料和复合纤维的摩尔比为1:(0.03-0.1)。
进一步的，所述步骤(3)中混炼的温度为170～180℃，混炼的时间为80～90分钟，混炼时搅拌速率为900～1000转/分钟。
进一步的，所述步骤(4)中双螺杆挤出机的挤出温度160～180℃，模头温度170～200℃，螺杆转速450～550转/分钟。
进一步的，所述步骤(5)中气泡膜成型辊的挤出温度160～180℃，模头温度170～200℃。
本发明还提供通过上述制备方法制得的环保型PBAT气泡包装膜。
通过本发明的制备方法制备而成的环保型PBAT气泡包装膜，具备较好的环保性能，在包装材料领域中具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明环保型PBAT气泡包装膜的扫描电镜图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
以下实施例中所用原料和试剂均为市售普通原料和试剂。
一种环保型PBAT气泡包装膜的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯、脂肪酸聚乙二醇酯投入到搅拌机中，将搅拌机加热，在一定速率下充分搅拌，得到高温搅拌混合料；
(2)将纳米氧化锌固体、碳纤维、聚乙烯醇和四氢呋喃添加至反应炉内，将反应炉加热，在一定速率下充分搅拌，直至混合物成粘稠状，将混合物注入针孔静电纺丝机，得到具有多级结构的复合纤维；
(3)将步骤(1)得到的高温搅拌混合料和步骤(2)得到的复合纤维依次加入混炼炉中，加入适量的相容剂、抗氧化剂，在高温下充分搅拌进行混炼反应，得到PBAT混合坯料；
(4)将步骤(3)得到的PBAT混合坯料置于双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到混合粒料；
(5)将步骤(4)的得到的混合粒料投入流延机中挤出，熔体通过模头流延至气泡膜成型辊上，牵引，调节辊的吸力，收卷，最终得到环保型PBAT气泡包装膜。
在一优选的实施方式中，所述步骤(1)中聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯、脂肪酸聚乙二醇酯的摩尔比为1:(0.15-0.22)。
在一优选的实施方式中，所述步骤(1)中搅拌机的加热温度为150～160℃，搅拌速率为250～300转/分钟。
在一优选的实施方式中，所述步骤(2)中纳米氧化锌固体、碳纤维、聚乙烯醇和四氢呋喃的摩尔比为15:3:1:1。
在一优选的实施方式中，所述步骤(2)中反应炉的加热温度为95～105℃，搅拌速率为750～850转/分钟。
在一优选的实施方式中，所述步骤(3)中高温搅拌混合料和复合纤维的摩尔比为1:(0.03-0.1)。
在一优选的实施方式中，所述步骤(3)中相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯醇，抗氧化剂为2,6二叔丁基对甲酚。
在一优选的实施方式中，所述步骤(3)中混炼的温度为170～180℃，混炼的时间为80～90分钟，混炼时搅拌速率为900～1000转/分钟。
在一优选的实施方式中，所述步骤(4)中双螺杆挤出机的挤出温度160～180℃，模头温度170～200℃，螺杆转速450～550转/分钟。
在一优选的实施方式中，所述步骤(5)中气泡膜成型辊的挤出温度160～180℃，模头温度170～200℃。
下面通过实施例进一步阐明本发明。需要指出的是，本发明并非仅局限于所述实施例。
实施例1
按照以下步骤制备PBAT气泡包装膜：
(1)将聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯、脂肪酸聚乙二醇酯按照摩尔比为1:0.15投入到搅拌机中，将搅拌机加热至150℃，在250转/分钟的速率下充分搅拌，得到高温搅拌混合料；
(2)将纳米氧化锌固体、碳纤维、聚乙烯醇和四氢呋喃按照摩尔比为15:3:1:1添加至反应炉内，将反应炉加热至95℃，在750转/分钟的速率下充分搅拌，直至混合物成粘稠状，将混合物注入针孔静电纺丝机，得到具有多级结构的复合纤维；
(3)将步骤(1)得到的高温搅拌混合料和步骤(2)得到的复合纤维按照摩尔比为1:0.03依次加入混炼炉中，加入适量的相容剂、抗氧化剂，在高温下充分搅拌进行混炼反应，混炼的温度为170℃，混炼的时间为80分钟，混炼时搅拌速率为900转/分钟，得到PBAT混合坯料；
(4)将步骤(3)得到的PBAT混合坯料置于双螺杆挤出机中，挤出造粒，双螺杆挤出机的挤出温度160℃，模头温度170℃，螺杆转速450转/分钟，得到混合粒料；
(5)将步骤(4)的得到的混合粒料投入流延机中挤出，熔体通过模头流延至气泡膜成型辊上，气泡膜成型辊的挤出温度160℃，模头温度170℃，牵引，调节辊的吸力，收卷，最终得到环保型PBAT气泡包装膜。
实施例2
按照以下步骤制备PBAT气泡包装膜：
(1)将聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯、脂肪酸聚乙二醇酯按照摩尔比为1:0.185投入到搅拌机中，将搅拌机加热至155℃，在275转/分钟的速率下充分搅拌，得到高温搅拌混合料；
(2)将纳米氧化锌固体、碳纤维、聚乙烯醇和四氢呋喃按照摩尔比为15:3:1:1添加至反应炉内，将反应炉加热至100℃，在800转/分钟的速率下充分搅拌，直至混合物成粘稠状，将混合物注入针孔静电纺丝机，得到具有多级结构的复合纤维；
(3)将步骤(1)得到的高温搅拌混合料和步骤(2)得到的复合纤维按照摩尔比为1:0.065依次加入混炼炉中，加入适量的相容剂、抗氧化剂，在高温下充分搅拌进行混炼反应，混炼的温度为175℃，混炼的时间为85分钟，混炼时搅拌速率为950转/分钟，得到PBAT混合坯料；
(4)将步骤(3)得到的PBAT混合坯料置于双螺杆挤出机中，挤出造粒，双螺杆挤出机的挤出温度170℃，模头温度185℃，螺杆转速500转/分钟，得到混合粒料；
(5)将步骤(4)的得到的混合粒料投入流延机中挤出，熔体通过模头流延至气泡膜成型辊上，气泡膜成型辊的挤出温度170℃，模头温度185℃，牵引，调节辊的吸力，收卷，最终得到环保型PBAT气泡包装膜。
实施例3
按照以下步骤制备PBAT气泡包装膜：
(1)将聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯、脂肪酸聚乙二醇酯按照摩尔比为1:0.22投入到搅拌机中，将搅拌机加热至160℃，在300转/分钟的速率下充分搅拌，得到高温搅拌混合料；
(2)将纳米氧化锌固体、碳纤维、聚乙烯醇和四氢呋喃按照摩尔比为15:3:1:1添加至反应炉内，将反应炉加热至105℃，在850转/分钟的速率下充分搅拌，直至混合物成粘稠状，将混合物注入针孔静电纺丝机，得到具有多级结构的复合纤维；
(3)将步骤(1)得到的高温搅拌混合料和步骤(2)得到的复合纤维按照摩尔比为1:0.1依次加入混炼炉中，加入适量的相容剂、抗氧化剂，在高温下充分搅拌进行混炼反应，混炼的温度为180℃，混炼的时间为90分钟，混炼时搅拌速率为1000转/分钟，得到PBAT混合坯料；
(4)将步骤(3)得到的PBAT混合坯料置于双螺杆挤出机中，挤出造粒，双螺杆挤出机的挤出温度180℃，模头温度200℃，螺杆转速550转/分钟，得到混合粒料；
(5)将步骤(4)的得到的混合粒料投入流延机中挤出，熔体通过模头流延至气泡膜成型辊上，气泡膜成型辊的挤出温度180℃，模头温度200℃，牵引，调节辊的吸力，收卷，最终得到环保型PBAT气泡包装膜。
对比例
按照以下步骤制备PBAT气泡包装膜：
(1)将聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯、脂肪酸聚乙二醇酯按照摩尔比为1:0.185投入到搅拌机中，将搅拌机加热至155℃，在275转/分钟的速率下充分搅拌，得到高温搅拌混合料；
(2)将步骤(1)得到的高温搅拌混合料注入混炼炉中，加入适量的相容剂、抗氧化剂，在高温下充分搅拌进行混炼反应，混炼的温度为175℃，混炼的时间为85分钟，混炼时搅拌速率为950转/分钟，得到PBAT混合坯料；
(3)将步骤(2)得到的PBAT混合坯料置于双螺杆挤出机中，挤出造粒，双螺杆挤出机的挤出温度170℃，模头温度185℃，螺杆转速500转/分钟，得到混合粒料；
(4)将步骤(3)的得到的混合粒料投入流延机中挤出，熔体通过模头流延至气泡膜成型辊上，气泡膜成型辊的挤出温度170℃，模头温度185℃，牵引，调节辊的吸力，收卷，最终得到透气性PBAT气泡薄膜。
性能测试
对实施例1-3以及对比例制备的PBAT气泡包装膜依照国家或行业标准中规定的测试方法进行相关性能测试，测试结果见表1。
表1
抗菌率(％) 降解率(％)
实施例1 97.7 95
实施例2 97.9 94
实施例3 98.3 91
对比例 52.1 82
抗菌率按照QB/T 2591-2003标准测试，降解率按照土壤自然降解方法测试(相同土壤条件下包埋30cm深度，4周后测定)。
测试结果如上表所示，实施例1-3的PBAT气泡包装膜与对比例的PBAT气泡包装膜相比，在抗菌率上有着显著差异，且降解率也优于对比例。说明本发明的环保型PBAT气泡包装膜由于采用了由纳米氧化锌制备的复合纤维，在仍能具备优异降解性能的基础上，具备了较好的抗菌性能，有利于在环保型包装材料领域的推广应用。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种环保型PBAT气泡包装膜的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：
(1)将聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯、脂肪酸聚乙二醇酯投入到搅拌机中，将搅拌机加热，在一定速率下充分搅拌，得到高温搅拌混合料；
(2)将纳米氧化锌固体、碳纤维、聚乙烯醇和四氢呋喃添加至反应炉内，将反应炉加热，在一定速率下充分搅拌，直至混合物成粘稠状，将混合物注入针孔静电纺丝机，得到具有多级结构的复合纤维；
(3)将步骤(1)得到的高温搅拌混合料和步骤(2)得到的复合纤维依次加入混炼炉中，加入适量的相容剂、抗氧化剂，在高温下充分搅拌进行混炼反应，得到PBAT混合坯料；
(4)将步骤(3)得到的PBAT混合坯料置于双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到混合粒料；
(5)将步骤(4)的得到的混合粒料投入流延机中挤出，熔体通过模头流延至气泡膜成型辊上，牵引，调节辊的吸力，收卷，最终得到环保型PBAT气泡包装膜。
2.根据权利要求1所述的环保型PBAT气泡包装膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯、脂肪酸聚乙二醇酯的摩尔比为1:(0.15-0.22)。
3.根据权利要求1所述的环保型PBAT气泡包装膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中搅拌机的加热温度为150～160℃，搅拌速率为250～300转/分钟。
4.根据权利要求1所述的环保型PBAT气泡包装膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中纳米氧化锌固体、碳纤维、聚乙烯醇和四氢呋喃的摩尔比为15:3:1:1。
5.根据权利要求1所述的环保型PBAT气泡包装膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中反应炉的加热温度为95～105℃，搅拌速率为750～850转/分钟。
6.根据权利要求1所述的环保型PBAT气泡包装膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中高温搅拌混合料和复合纤维的摩尔比为1:(0.03-0.1)。
7.根据权利要求1所述的环保型PBAT气泡包装膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中混炼的温度为170～180℃，混炼的时间为80～90分钟，混炼时搅拌速率为900～1000转/分钟。
8.根据权利要求1所述的环保型PBAT气泡包装膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中双螺杆挤出机的挤出温度160～180℃，模头温度170～200℃，螺杆转速450～550转/分钟。
9.根据权利要求1所述的环保型PBAT气泡包装膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中气泡膜成型辊的挤出温度160～180℃，模头温度170～200℃。
10.一种环保型PBAT气泡包装膜，其特征在于，根据权利要求1～9任一项所述制备方法制备而成。
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