CN115340758B - 一种多功能高分子纳米复合材料的加工方法及应用 - Google Patents
一种多功能高分子纳米复合材料的加工方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115340758B CN115340758B CN202211144738.6A CN202211144738A CN115340758B CN 115340758 B CN115340758 B CN 115340758B CN 202211144738 A CN202211144738 A CN 202211144738A CN 115340758 B CN115340758 B CN 115340758B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nano particles
- parts
- antibacterial
- polymer nanocomposite
- multifunctional polymer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 35
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 57
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000006057 Non-nutritive feed additive Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000009264 composting Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 claims description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 239000005014 poly(hydroxyalkanoate) Substances 0.000 claims description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 229920001610 polycaprolactone Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004632 polycaprolactone Substances 0.000 claims description 6
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 6
- WSQZNZLOZXSBHA-UHFFFAOYSA-N 3,8-dioxabicyclo[8.2.2]tetradeca-1(12),10,13-triene-2,9-dione Chemical compound O=C1OCCCCOC(=O)C2=CC=C1C=C2 WSQZNZLOZXSBHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 5
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229920005586 poly(adipic acid) Polymers 0.000 claims description 5
- 229920002961 polybutylene succinate Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004631 polybutylene succinate Substances 0.000 claims description 5
- 229920000903 polyhydroxyalkanoate Polymers 0.000 claims description 5
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 5
- KJPRLNWUNMBNBZ-QPJJXVBHSA-N (E)-cinnamaldehyde Chemical compound O=C\C=C\C1=CC=CC=C1 KJPRLNWUNMBNBZ-QPJJXVBHSA-N 0.000 claims description 4
- QZCLKYGREBVARF-UHFFFAOYSA-N Acetyl tributyl citrate Chemical compound CCCCOC(=O)CC(C(=O)OCCCC)(OC(C)=O)CC(=O)OCCCC QZCLKYGREBVARF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920002101 Chitin Polymers 0.000 claims description 4
- YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N butan-1-olate;titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-] YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229940117916 cinnamic aldehyde Drugs 0.000 claims description 4
- KJPRLNWUNMBNBZ-UHFFFAOYSA-N cinnamic aldehyde Natural products O=CC=CC1=CC=CC=C1 KJPRLNWUNMBNBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 4
- LYRFLYHAGKPMFH-UHFFFAOYSA-N octadecanamide Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(N)=O LYRFLYHAGKPMFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 4
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000005022 packaging material Substances 0.000 claims description 3
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N Sulfurous acid Chemical compound OS(O)=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 claims description 2
- ULBTUVJTXULMLP-UHFFFAOYSA-N butyl octadecanoate Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OCCCC ULBTUVJTXULMLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims description 2
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims description 2
- VOZRXNHHFUQHIL-UHFFFAOYSA-N glycidyl methacrylate Chemical compound CC(=C)C(=O)OCC1CO1 VOZRXNHHFUQHIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 2
- -1 polybutylene succinate Polymers 0.000 claims description 2
- FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N silanamine Chemical compound [SiH3]N FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940037312 stearamide Drugs 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000035699 permeability Effects 0.000 abstract description 3
- 239000005003 food packaging material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- LLEMOWNGBBNAJR-UHFFFAOYSA-N biphenyl-2-ol Chemical compound OC1=CC=CC=C1C1=CC=CC=C1 LLEMOWNGBBNAJR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- SXQXMCWCWVCFPC-UHFFFAOYSA-N aluminum;potassium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Al+3].[K+].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O SXQXMCWCWVCFPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- GBAOBIBJACZTNA-UHFFFAOYSA-L calcium sulfite Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])=O GBAOBIBJACZTNA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 235000010261 calcium sulphite Nutrition 0.000 description 3
- 239000002361 compost Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 235000010292 orthophenyl phenol Nutrition 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 2
- 241000186779 Listeria monocytogenes Species 0.000 description 2
- 229920003232 aliphatic polyester Polymers 0.000 description 2
- ZOJBYZNEUISWFT-UHFFFAOYSA-N allyl isothiocyanate Chemical compound C=CCN=C=S ZOJBYZNEUISWFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 2
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N magnesium orthosilicate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052919 magnesium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000019792 magnesium silicate Nutrition 0.000 description 2
- 239000000391 magnesium silicate Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- IZUPBVBPLAPZRR-UHFFFAOYSA-N pentachlorophenol Chemical compound OC1=C(Cl)C(Cl)=C(Cl)C(Cl)=C1Cl IZUPBVBPLAPZRR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- MGSRCZKZVOBKFT-UHFFFAOYSA-N thymol Chemical compound CC(C)C1=CC=C(C)C=C1O MGSRCZKZVOBKFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- URANHGZOFVYVJV-UHFFFAOYSA-N 1h-benzimidazole;methyl carbamate Chemical compound COC(N)=O.C1=CC=C2NC=NC2=C1 URANHGZOFVYVJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RBMHUYBJIYNRLY-UHFFFAOYSA-N 2-[(1-carboxy-1-hydroxyethyl)-hydroxyphosphoryl]-2-hydroxypropanoic acid Chemical compound OC(=O)C(O)(C)P(O)(=O)C(C)(O)C(O)=O RBMHUYBJIYNRLY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000191967 Staphylococcus aureus Species 0.000 description 1
- 239000005844 Thymol Substances 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000016720 allyl isothiocyanate Nutrition 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229920000229 biodegradable polyester Polymers 0.000 description 1
- 239000004622 biodegradable polyester Substances 0.000 description 1
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- XPPKVPWEQAFLFU-UHFFFAOYSA-J diphosphate(4-) Chemical compound [O-]P([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O XPPKVPWEQAFLFU-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 235000011180 diphosphates Nutrition 0.000 description 1
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003000 extruded plastic Substances 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000002991 molded plastic Substances 0.000 description 1
- 239000006916 nutrient agar Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 1
- 229920001434 poly(D-lactide) Polymers 0.000 description 1
- 229920001896 polybutyrate Polymers 0.000 description 1
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- 229960000790 thymol Drugs 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004584 weight gain Effects 0.000 description 1
- 235000019786 weight gain Nutrition 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L67/00—Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L67/04—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids, e.g. lactones
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L67/00—Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L67/02—Polyesters derived from dicarboxylic acids and dihydroxy compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/011—Nanostructured additives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2201/00—Properties
- C08L2201/06—Biodegradable
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2201/00—Properties
- C08L2201/14—Gas barrier composition
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02W90/10—Bio-packaging, e.g. packing containers made from renewable resources or bio-plastics
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
Abstract
本发明涉及多功能高分子纳米复合材料的加工方法及应用，属于食品包材领域。本发明的加工方法，先将纳米粒子脱水，然后与界面改性剂混匀加热反应，最后加入抗菌剂得到复合改性纳米粒子；纳米粒子、界面改性剂和抗菌剂的质量比为100:(0.1～1):(0.1‑0.5)；以质量份数计，称取聚酯类高分子材料55～90份、增容聚合物0～3份，复合改性纳米粒子20～40份、加工助剂1～3份混匀并调节水分含量至8～15％；以单螺杆挤出机为反应器，设置三段螺杆套筒温度为70～100、105～120、120～125℃，长径比(5～20):1，螺杆转速130～190r/min，干法挤出获得抗拉伸强度不低于21MPa，断裂伸长率不低于520％，水蒸气透过率不高于2.5g/(m2*24h)，广谱抑菌率不低于97％，90天堆肥降解率不低于96％的多功能高分子纳米复合材料，应用前景非常广阔。
Description
技术领域
本发明涉及一种多功能高分子纳米复合材料的加工方法及应用，属于食品包材领域。
背景技术
目前大部分生物可降解聚酯如：PHA、PBAT、PCL、PLA、PBS等及其聚酯共混物因相容性差导致力学性能差、刚韧不平衡，功能性不足等缺陷难以满足很多应用场景的需要，因此需改性和增强。使用纳米粒子符合增韧技术可提升材料机械强度，实现可降解材料的增强增韧。纳米粒子比表面积大、颗粒精细程度与均一性高，于基体具有良好的生物相容性和结构相容性。然而如何获得一种抗菌效果稳定、力学性能、阻隔性能优异的多功能高分子纳米复合材料成为目前塑料行业亟待解决的技术难题。
发明内容
技术问题：
提供一种能够同时满足抗拉伸强度不低于21 MPa，断裂伸长率不低于520%，水蒸气透过率不高于2.5 g/(m2*24h)，广谱抑菌率不低于97%，90天堆肥降解率不低于96%的抗菌效果稳定、力学性能、阻隔性能优异的多功能高分子纳米复合材料的加工方法。
技术方案：
本发明的第一目的在于提供一种多功能高分子纳米复合材料的加工方法，包括如下步骤：
（1）先将纳米粒子脱水，然后将脱水后的纳米粒子与界面改性剂混匀加热反应，最后加入抗菌剂充分混匀后干燥，得到复合改性纳米粒子；其中，脱水后的纳米粒子、界面改性剂和抗菌剂的质量比为100:（0.1~1）:（0.1-0.5）；
（2）以质量份数计，称取聚酯类高分子材料55~90份、增容聚合物0~3份，复合改性纳米粒子20~40份、加工助剂1~3份混匀并调节水分含量至8~15%；
（3）以单螺杆挤出机为反应器，设置三段螺杆套筒温度为70~100、105~120、120~125℃，长径比（5~20）:1，螺杆转速130~190 r/ min，干法挤出获得多功能高分子纳米复合材料。
优选地，在步骤（1）中，脱水后的纳米粒子、界面改性剂和抗菌剂的质量比为100:1:（0.2-0.3）。
优选地，在步骤（2）中，以质量份数计，称取聚酯类高分子材料58~60份、增容聚合物0~2份，复合改性纳米粒子30~40份、加工助剂1~3份混匀并调节水分含量至8~10%。
作为本发明的一种实施方式，在步骤（1）中，所述抗菌剂包括纳米银离子、氧化钛、甲壳素、肉桂醛、百里酚、五氯苯酚、邻苯基苯酚、苯并咪唑氨基甲酸甲酯和异硫氰酸烯丙酯中的至少一种。优选地，所述抗菌剂包括甲壳素、肉桂醛和邻苯基苯酚中的任一种。
优选地，在步骤（3）中，设置三段螺杆套筒温度为70~75、105~110、120~125 ℃，长径比（10~15）:1，螺杆转速140~145 r/ min。
作为本发明的一种实施方式，所述纳米粒子为硅酸盐纳米粒子或亚硫酸盐纳米粒子，其具有片层状、鳞片状结构，莫氏硬度1~7，相对密度2~3.1 g/cm3，颗粒尺寸20~100 nm。优选地，所述纳米粒子的相对密度2.01~2.91 g/cm3，颗粒尺寸40~70 nm。
作为本发明的一种实施方式，在步骤（1）中，脱水的温度为90~100 ℃。
作为本发明的一种实施方式，在步骤（1）中，加热反应：温度为80~90 ℃，反应时间为0.5~1 h。
作为本发明的一种实施方式，在步骤（1）中，所述界面改性剂包括环氧基硅烷、氨基硅烷、单烷氧基型钛酸酯、单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯、单烷氧基磷酸酯型钛酸酯和铝酸酯中的至少一种。优选地，所述界面改性剂为环氧基硅烷、单烷氧基型钛酸酯、单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯中的任一种。
作为本发明的一种实施方式，在步骤（2）中，所述聚酯类高分子材料包括芳香族聚酯、脂肪族聚酯、聚丙交酯中的至少一种，平均分子量50000~200000 Da。优选地，所述聚酯类高分子材料包括聚丙交酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯和聚羟基烷酸酯中的至少一种。
作为本发明的一种实施方式，在步骤（2）中，所述聚丙交酯中PDLA：PLLA=15: 85，平均分子量100000~120000 Da。
作为本发明的一种实施方式，在步骤（2）中，所述增容聚合物包括聚己内酯（PCL）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚甲基乙撑碳酸酯（PPC）、聚羟基烷酸酯（PHA）中的至少一种。
作为本发明的一种实施方式，在步骤（2）中，所述加工助剂包括增容助剂和/或润滑剂。
优选地，所述增容助剂包括甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）、钛酸四丁酯（TBT）、多环氧基增容剂（REC）和乙酰柠檬酸三正丁酯（ATBC）中的至少一种。
优选地，所述润滑剂包括硬脂酸正丁酯、硬脂酰胺和甲基硅油中的至少一种。
本发明的第二目的在于提供前述的方法制得的多功能高分子纳米复合材料，其特征在于，所述多功能高分子纳米复合材料的抗拉伸强度不低于21 MPa，断裂伸长率不低于520%，水蒸气透过率不高于2.5 g/(m2*24h)，广谱抑菌率不低于97%，90天堆肥降解率不低于96%。
本发明的第三目的在于提供前述的多功能高分子纳米复合材料的抗菌包装材料、抗菌容器和医用抗菌材料任一种。
有益效果：
1、本发明利用界面改性剂对纳米粒子进行高分子化修饰不仅实现了对纳米粒子进行表面接枝改性还可以增加表面电荷，有利于促进抗菌剂的附着，再通过与抗菌剂复合制得复合改性纳米粒子，最后以特定比例的聚酯类高分子材料、增容聚合物、复合改性纳米粒子和加工助剂为基料，通过特定参数的多元干法挤出反应工艺成功制备得到多功能高分子纳米复合材料。本发明的多功能高分子纳米复合材料具有较高生物基含量、良好的机械力学性能、优异的拉伸性能、高阻隔性能、优异抗菌性能、易生物降解等优势：能够同时实现抗拉伸强度不低于21 MPa，断裂伸长率不低于520%，水蒸气透过率不高于2.5 g/(m2*24h)，广谱抑菌率不低于97%，90天堆肥降解率不低于96%，可用于生产一次性塑料制品、覆膜包装材料用于食品、纺织、日化包装和医用耗材器具等，市场前景广阔。
2、本发明的加工方法生产工艺简单、易操作，反应条件安全可控，操作过程精准可控，成本相对较低，而且采用清洁绿色工艺，生产过程三废排放较少。
3、本发明以脂肪族聚酯、聚丙交酯、芳香族聚酯、天然矿物为原料，生物基含量较高且具有优秀的阻隔性能、抗菌性能和降解性能。
4、本发明利用丰富的天然矿物资源开发环境友好、可循环利用的可降解材料，符合国家战略产业发展规划，对于解决石油危机和白色污染、响应国家“限塑令”政策具有发展性意义。
附图说明
图1为实施例1所得多功能高分子纳米复合材料的电镜照片。
具体实施方式
性能测试方法：
生物基含量测试方法：参照国家标准 GB/T29649—2013生物基材料中生物基含量测定液闪计数器法进行定量分析。
抗拉伸强度测试方法：参照国家标准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的方法进行分析。
断裂伸长率测试方法：参照国家标准GB/T 1040.3-2006塑料拉伸性能的测定第3部分：塑料-拉伸性能测试的试验条件的方法进行分析。
水蒸气透过率测试方法：参照国家标准GB/T 1037-2021 塑料薄膜与薄片水蒸气透过性能测定 杯式增重与减重法的实验条件测定材料水蒸气透过率（WVTR）。
广谱抑菌率测试方法：大肠杆菌（E.coli）、单核细胞增生李斯特菌（L.monocytogenes）、金黄色葡萄球菌（S. aureus）等食源性腐败菌种于营养琼脂培养基上划线，37 ℃培养12 h后，挑取单菌落，再于营养肉汤培养基中37 ℃培养12 h，平板计数，并吸取一定量的菌液于100 mL营养肉汤培养基中（最终为107CFU/mL），再适量放入多功能高分子纳米复合材料，于恒温培养箱中37 ℃培养，分别在0 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h和24h测定试样的OD600值，并对培养12 h的样品进行平板计数，以测定其抑菌率大小，每组样品三次平行，计算公式如下：
。
90天堆肥降解率测试方法：参照国家标准GB/T19277.1-2011受控堆肥条件下材料生物降解性能测试，将待测材料作为有机化合物在受控的堆肥条件下，通过测定其排放的二氧化碳量来确定最终需氧生物分解能力及其崩解程度。
实施例1
一种多功能高分子纳米复合材料的制备工艺，采用如下步骤：
（1）将铝硅酸钾纳米粒子（莫氏硬度：6.5，相对密度：2.91 g/cm3，颗粒尺寸：59nm）于100 ℃下干燥脱水；然后与单烷氧基钛酸酯于高速混合器中充分搅拌混匀，在85 ℃下反应1 h，得到改性纳米粒子，其中单烷氧基钛酸酯添加量为铝硅酸钾纳米粒子质量的1%；
（2）向改性纳米粒子中加入铝硅酸钾纳米粒子质量0.3%的甲壳素，充分混匀后干燥，得到复合改性纳米粒子；
（3）按照各物质以质量份数添加，称取聚丙交酯40份、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯15份，聚羟基烷酸酯3份，复合改性纳米粒子40份和加工助剂1份混匀并调节水分含量至8%；以单螺杆挤出机为反应器，设置三段螺杆套筒温度为70、110、125℃，长径比10，螺杆转速140 r/ min，干法挤出，获得多功能高分子纳米复合材料。
经测试，实施例1所得目标产物——多功能高分子纳米复合材料的生物基含量97%，抗拉伸强度24.2 Mpa，断裂伸长率520%，水蒸气透过率2.1 g/(m2*24h)，广谱抑菌率98%，90天堆肥降解率97%。
实施例2
一种多功能高分子纳米复合材料的制备工艺，采用如下步骤：
（1）将亚硫酸钙纳米粒子（莫氏硬度：3.5，相对密度：2.01 g/cm3，颗粒尺寸：69nm）于105 ℃下干燥脱水；然后与环氧基硅烷于高速混合器中充分搅拌混匀，在90 ℃下反应1 h，得到改性纳米粒子，其中环氧基硅烷添加量为亚硫酸钙纳米粒子质量的1%；
（2）向改性纳米粒子中加入亚硫酸钙纳米粒子质量的0.2%的肉桂醛，充分混匀后干燥，得到复合改性纳米粒子；
（3）按照各物质以质量份数添加，取聚丙交酯35份、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯25份，聚己内酯2份，复合改性纳米粒子35份、加工助剂2份混匀并调节水分含量至10%；以单螺杆挤出机为反应器，设置三段螺杆套筒温度为75、105、120 ℃，长径比8，螺杆转速145 r/min，干法挤出，获得多功能高分子纳米复合材料。
经测试，实施例2所得目标产物——多功能高分子纳米复合材料的生物基含量98%，抗拉伸强度22.3 Mpa，断裂伸长率580%，水蒸气透过率2.4 g/(m2*24h)，广谱抑菌率97%，90天堆肥降解率97%。
实施例3
一种多功能高分子纳米复合材料的制备工艺，采用如下步骤：
（1）将水合硅酸镁纳米粒子（莫氏硬度：1.6，相对密度：2.15 g/cm3，颗粒尺寸：49nm）于95 ℃下干燥脱水；然后与单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯于高速混合器中充分搅拌混匀，在90 ℃下反应0.5 h，得到改性纳米粒子，其中单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯添加量为铝硅酸钾纳米粒子质量的1%；
（2）向改性纳米粒子中加入水合硅酸镁纳米粒子质量0.2%的邻苯基苯酚，充分混匀后干燥，得到复合改性纳米粒子；
（3）按照各物质以质量份数添加，取聚丙交酯20份、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯35份，聚羟基烷酸酯3份，复合改性纳米粒子35份、加工助剂3份混匀并调节水分含量至8%；以单螺杆挤出机为反应器，设置三段挤出套筒温度为70、110、125℃，长径比15，螺杆转速140 r/ min，干法挤出，获得多功能高分子纳米复合材料。
经测试，实施例3所得目标产物——多功能高分子纳米复合材料的生物基含量98%，抗拉伸强度21.8 Mpa，断裂伸长率690%，水蒸气透过率2.5 g/(m2*24h)，广谱抑菌率98%，90天堆肥降解率98%。
实施例1~3所得产品的性能结果如表1所示。
表1 实施例1~3所得产品的性能结果
对比例1
一种多功能高分子纳米复合材料的制备工艺参照实施例1，区别仅在于调整步骤（3）聚酯基体中复合改性纳米粒子的质量份数为0份、10份、20份和30份，制得相应多功能高分子纳米复合材料，所得产品的性能结果如表2所示。
表2 不同复合改性纳米粒子添加量所得产品的性能结果
Claims (4)
1.一种多功能高分子纳米复合材料的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）先将纳米粒子脱水，然后将脱水后的纳米粒子与界面改性剂混匀80~90 ℃加热反应0.5~1 h，最后加入抗菌剂充分混匀后干燥，得到复合改性纳米粒子；其中，脱水后的纳米粒子、界面改性剂和抗菌剂的质量比为100:1:（0.2-0.3）；所述纳米粒子为硅酸盐纳米粒子或亚硫酸盐纳米粒子，其莫氏硬度1~7，相对密度2~3.1 g/cm3，颗粒尺寸20~100 nm；所述抗菌剂包括甲壳素、肉桂醛中的至少一种；所述界面改性剂包括环氧基硅烷、氨基硅烷、单烷氧基型钛酸酯、单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯、单烷氧基磷酸酯型钛酸酯和铝酸酯中的至少一种；
（2）以质量份数计，称取聚酯类高分子材料55~90份、增容聚合物3份，复合改性纳米粒子20~40份、加工助剂1~3份混匀并调节水分含量至8~15%；所述聚酯类高分子材料包括聚丙交酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯和聚羟基烷酸酯中的至少一种，平均分子量50000~200000 Da；所述增容聚合物包括聚己内酯（PCL）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚甲基乙撑碳酸酯（PPC）、聚羟基烷酸酯（PHA）中的至少一种；所述加工助剂包括增容助剂和/或润滑剂；所述增容助剂包括甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）、钛酸四丁酯（TBT）、多环氧基增容剂（REC）和乙酰柠檬酸三正丁酯（ATBC）中的至少一种；所述润滑剂包括硬脂酸正丁酯、硬脂酰胺和甲基硅油中的至少一种；
（3）以单螺杆挤出机为反应器，设置三段螺杆套筒温度为70~100、105~120、120~125℃，长径比（5~20）:1，螺杆转速130~190 r/ min，干法挤出获得多功能高分子纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（1）中，脱水的温度为90~100 ℃。
3.根据权利要求1~2任一所述的方法制得的多功能高分子纳米复合材料，其特征在于，所述多功能高分子纳米复合材料的抗拉伸强度不低于21 MPa，断裂伸长率不低于520%，水蒸气透过率不高于2.5 g/(m2*24h)，广谱抑菌率不低于97%，90天堆肥降解率不低于96%。
4.包含权利要求3所述的多功能高分子纳米复合材料的抗菌包装材料、抗菌容器和医用抗菌材料任一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211144738.6A CN115340758B (zh) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | 一种多功能高分子纳米复合材料的加工方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211144738.6A CN115340758B (zh) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | 一种多功能高分子纳米复合材料的加工方法及应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115340758A CN115340758A (zh) | 2022-11-15 |
| CN115340758B true CN115340758B (zh) | 2024-08-23 |
Family
ID=83956833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211144738.6A Active CN115340758B (zh) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | 一种多功能高分子纳米复合材料的加工方法及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115340758B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113667168A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-11-19 | 江南大学 | 一种阻水增强型的可降解抗菌膜及其制备方法与应用 |
| CN113683872A (zh) * | 2021-08-25 | 2021-11-23 | 合诚技术股份有限公司 | 一种抗菌可堆肥降解的透气膜及其制备方法与应用 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107011634A (zh) * | 2016-07-26 | 2017-08-04 | 北京工商大学 | 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 |
| CN113773559A (zh) * | 2021-09-08 | 2021-12-10 | 广州绿徽新材料研究院有限公司 | 一种可生物降解的复合改性薄膜袋粒子材料及其制备方法 |
-
2022
- 2022-09-20 CN CN202211144738.6A patent/CN115340758B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113683872A (zh) * | 2021-08-25 | 2021-11-23 | 合诚技术股份有限公司 | 一种抗菌可堆肥降解的透气膜及其制备方法与应用 |
| CN113667168A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-11-19 | 江南大学 | 一种阻水增强型的可降解抗菌膜及其制备方法与应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115340758A (zh) | 2022-11-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7234287B2 (ja) | 生分解性ポリエステル組成物及びその使用 | |
| Luo et al. | Biodegradation assessment of poly (lactic acid) filled with functionalized titania nanoparticles (PLA/TiO2) under compost conditions | |
| Priya et al. | Synthesis, characterization and antibacterial activity of biodegradable starch/PVA composite films reinforced with cellulosic fibre | |
| Ren et al. | Biodegradation behavior of poly (lactic acid)(PLA), poly (butylene adipate-co-terephthalate)(PBAT), and their blends under digested sludge conditions | |
| CN106589855B (zh) | 一种木质素改性全生物基pbat生物降解塑料及其制备方法 | |
| Petinakis et al. | Biodegradation and thermal decomposition of poly (lactic acid)-based materials reinforced by hydrophilic fillers | |
| CN109627709B (zh) | 一种可降解生物基母粒及其制备方法与应用 | |
| CN112940474B (zh) | 一种抗菌耐刺破可生物降解包装袋及其制备方法 | |
| CN105802168A (zh) | 一种可生物降解纳米填充功能母粒及其制备方法和应用 | |
| CN105623214A (zh) | 一种增塑可生物降解聚酯薄膜及其制备方法 | |
| CN106700442B (zh) | 一种木质素改性pbs生物降解塑料及其制备方法 | |
| CN111777845A (zh) | 一种食品级抗菌抗静电pla材料和制备方法 | |
| Richert et al. | The influence of modified polyhexamethylene guanidine PHMG on the biodegradation of polylactide | |
| CN108017887A (zh) | 一种pla-pbsa吹塑薄膜及其制备方法 | |
| CN106336634B (zh) | 一种改进的生物降解购物袋及其制备方法 | |
| CN103834083A (zh) | 一种引发多重降解的环保改性高分子新材料及其制备方法 | |
| CN102643523B (zh) | 一种改性聚乳酸/聚己内酯复合材料及其制法 | |
| CN113913965A (zh) | 一种可降解涤纶纤维及其制备方法 | |
| Puglia et al. | Influence of processing conditions on morphological, thermal and degradative behavior of nanocomposites based on plasticized poly (3-hydroxybutyrate) and organo-modified clay | |
| Zhang et al. | Physicochemical properties and antibacterial activity of polylactic acid/starch acetate films incorporated with chitosan and tea polyphenols | |
| Liu et al. | Improvement of thermodynamic properties of poly (butanediol sebacate-butanediol terephthalate)(PBSeT) composites based on the dispersion of PCaCO3@ tannic acid formed by complexation of tannic acid and Ti | |
| CN103834085A (zh) | 一种引发多重降解的环保改性高分子新材料及其制备方法 | |
| CN110358273A (zh) | 一种具有高抗穿刺性能的生物质抗菌膜 | |
| Mei et al. | Polylactic acid/poly (butylene adipate-co-terephthalate)/diatomite composites with antimicrobial properties for green packing | |
| CN108948679A (zh) | 一种木质素改性淀粉基pbat生物降解膜材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |