CN115948037A - 一种高阻隔生物可降解材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高阻隔生物可降解材料及其制备方法与应用，所述高阻隔生物可降解材料包括如下重量份的组分：聚乳酸70份、聚甲基乙撑碳酸酯10份、纤维素粉末10份、纳米微晶纤维素母料8份和增容剂2份；所述纳米微晶纤维素母料包括纳米微晶纤维素、以及负载所述纳米微晶纤维素的载体。本发明同时采用聚甲基乙撑碳酸酯和纳米微晶纤维素对聚乳酸进行改性，不仅有效提升了聚乳酸的阻隔性，使其对水蒸气和氧气的阻隔效果比聚甲基乙撑碳酸酯更优，而且还有效提升了聚乳酸的力学性能，使其具有高拉伸强度、高撕裂强度和高韧性。
Description
技术领域
本发明属于环保材料技术领域，具体涉及一种高阻隔生物可降解材料及其制备方法与应用。
背景技术
在食品包装领域，要求包装材料具有阻隔性能，即具有阻隔氧气和水汽的能力，以达到长期储存食品的目的。目前的生物可降解材料，普遍为透气优良的生物可降解材料。其中，聚乳酸是以乳酸为原料聚合生成的高分子材料，具有无毒、无刺激性、强度高、抗溶剂、易加工成型和优良的生物相容性等优点，力学性能较好，但韧性较差。
聚甲基乙撑碳酸酯在合成过程可消耗CO2且可完全生物降解，是一种环保高分子材料。而且，聚甲基乙撑碳酸酯具有较好的气体阻隔性能，属于无定型态的线性共聚物，分子链柔顺性好，在室温下一般呈现软而弱的性质。但聚甲基乙撑碳酸酯的分子主链是由稳定性较差的脂肪族化学键组成，同时其端羟基具有较大的反应活性，导致聚甲基乙撑碳酸酯的热性能和力学性能较差。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高阻隔生物可降解材料及其制备方法与应用。
一种高阻隔生物可降解材料，包括如下重量份的组分：聚乳酸70份、聚甲基乙撑碳酸酯10份、纤维素粉末10份、纳米微晶纤维素母料8份和增容剂2份；所述纳米微晶纤维素母料包括纳米微晶纤维素、以及负载所述纳米微晶纤维素的载体。
本发明的纳米微晶纤维素母料中，按质量比计，纳米微晶纤维素：载体＝(0.5～1)：(5～10)。
本发明的聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯。
本发明纳米微晶纤维素母料的制备方法包括：将聚乙二醇溶于去离子水中，搅拌均匀后加入纳米微晶纤维素，超声分散均匀，去除水分，并在60～80℃下干燥10～24小时，碾成粉末，得到所述纳米微晶纤维素母料。
本发明聚乳酸的重均分子量为30000-120000,初始分解温度为240-300℃。
本发明的聚甲基乙撑碳酸酯的数均分子量为120000～200000g/mol，分子量分散指数PDI为1.5～2.5。
本发明的增容剂包括马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝POE中的其中一种或几种。
一种高阻隔生物可降解材料的制备方法，包括：
(1)将聚乳酸与纳米微晶纤维素母料混合均匀，然后熔融共混，常温下混合搅拌10-30min；
得到共混物料；
(2)将所述共混物料和其它组分混合均匀，加入双螺杆挤出机中，100-180℃下，挤出造粒，再用吹膜机吹塑成膜，得到所述高阻隔生物可降解材料。
本发明还提供了所述高阻隔生物可降解材料在制备食品包装制品中的应用。
本发明还提供了一种保鲜膜，其由所述高阻隔生物可降解材料制成。
选择熔体流动速率为3-15g/10min的聚乳酸和分子量为10-20万g/mol的聚甲基乙撑碳酸酯组合复配可以制备得到拉伸强度更好，透明性能更好的阻隔组合物，可能的原因是：聚甲基乙撑碳酸酯与聚乳酸之间发生物理共混反应，六亚甲基二异氰酸酯可以改善聚甲基乙撑碳酸酯和聚乳酸之间的界面相容性，提高界面结合力，并提高分散相的稳定性，可以减少拉伸过程中裂纹的产生，使聚甲基乙撑碳酸酯与聚乳酸复合材料的拉伸强度大幅度提升。并且密度为1.24g/cm3的聚乳酸的引入不会增加复合材料对可见光的吸收，使聚甲基乙撑碳酸酯/聚乳酸复合材料依旧保持较好透明度的同时还具有较好的水汽阻隔性。优选增容剂为六亚甲基二异氰酸酯可以降低聚乳酸的玻璃转化温度，使聚乳酸和聚甲基乙撑碳酸酯能在相同的温度区间内实现混融，达到良好的共容效果，避免出现相分离的情况，从而可以提升拉伸强度和抗冲击强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明同时采用聚甲基乙撑碳酸酯和纳米微晶纤维素对聚乳酸进行改性，有效提升了聚乳酸的阻隔性，使其对水蒸气和氧气的阻隔效果比聚甲基乙撑碳酸酯更优，而且还有效提升了聚乳酸的力学性能，使其具有高拉伸强度、高撕裂强度和高韧性，由此获得具有优异的力学性能和阻隔性能的生物可降解材料。本发明以聚乙二醇作为纳米微晶纤维素的载体，以母粒方式加入聚合物基体中，有效解决了纳米微晶纤维素的分散问题。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面通过具体实施例做详细的说明。显然，下列实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。应理解，本发明实施例仅用于说明本发明的技术效果，而非用于限制本发明的保护范围。除非特别指明，否则本发明实施例中采用的方法均为本领域的常规方法，所使用的设备、试剂、原料均可通过商业途径获得。
一种高阻隔生物可降解材料，聚乳酸70份、聚甲基乙撑碳酸酯10份、纤维素粉末10份、纳米微晶纤维素母料8份和增容剂2份；所述纳米微晶纤维素母料包括纳米微晶纤维素、以及负载所述纳米微晶纤维素的载体。制备方法如下：将聚甲基乙撑碳酸酯在30℃下干燥24小时，与纳米微晶纤维素母料混合均匀后，进行熔融共混，熔融共混的条件为：温度180℃，转速60r/min，混炼时间10～20min，得到共混物料；将聚乳酸在60～80℃下干燥2～4小时，与共混物料及其它组分混合均匀后，用双螺杆挤出机造粒，再用吹膜机吹塑成膜，得到薄膜厚度为0.09～0.20mm的高阻隔生物可降解材料。双螺杆挤出机从喂料口至机头温度设置为：：一区120-130℃，二区125-150℃，三区140-160℃，四区145-160℃，五区150-170℃。螺杆转速100r/min。吹膜机的吹膜工艺条件为：挤出机三段温度分别为220、230和240℃，分流器区温度为240℃，模体区温度为230℃，主机螺杆转速为30r/min，牵引速度为6mm/min。
本发明纳米微晶纤维素母料的制备方法包括：将聚乙二醇溶于去离子水中，搅拌均匀后加入纳米微晶纤维素，超声分散均匀，去除水分，并在80℃下干燥20小时，碾成粉末，得到所述纳米微晶纤维素母料。
加工助剂由润滑剂和抗氧剂以2:1的质量比组成。
性能测试
对实施例制备的薄膜材料进行性能测试，测试方法如下：
拉伸强度——GB/T 1040.1-2018；
断裂伸长率——GB/T 1040.1-2018；
撕裂强度——GB/T 16578.2-2009；
水蒸气透过量——ASTM F1249-2020；
氧气透过量——ASTM D3985-2017。
相比于聚乳酸和聚甲基乙撑碳酸酯，本发明的高阻隔生物可降解材料具有更优异的力学性能和阻隔性能。将纳米微晶纤维素母料更能发挥出纳米微晶纤维素的高阻隔性能，表明纳米微晶纤维素母料在聚乳酸和聚甲基乙撑碳酸酯中得到更好的分散，使纳米微晶纤维素在聚乳酸和聚甲基乙撑碳酸酯中充分地保持其较大的径厚比。只有聚甲基乙撑碳酸酯和纳米微晶纤维素母料配合使用，才能同时发挥出聚甲基乙撑碳酸酯的增韧和纳米微晶纤维素的高阻隔作用。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种高阻隔生物可降解材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：聚乳酸70份、聚甲基乙撑碳酸酯10份、纤维素粉末10份、纳米微晶纤维素母料8份和增容剂2份；所述纳米微晶纤维素母料包括纳米微晶纤维素、以及负载所述纳米微晶纤维素的载体。
2.根据权利要求1所述的高阻隔生物可降解材料，其特征在于，所述纳米微晶纤维素母料中，按质量比计，纳米微晶纤维素：载体＝(0.5～1)：(5～10)。
3.如权利要求1所述的高阻隔生物可降解材料，其特征在于，所述聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯。
4.如权利要求3所述的高阻隔生物可降解材料，其特征在于，所述纳米微晶纤维素母料的制备方法包括：将聚乙二醇溶于去离子水中，搅拌均匀后加入纳米微晶纤维素，超声分散均匀，去除水分，并在60～80℃下干燥10～24小时，碾成粉末，得到所述纳米微晶纤维素母料。
5.如权利要求1所述的高阻隔生物可降解材料，其特征在于，所述聚乳酸的重均分子量为30000-120000,初始分解温度为240-300℃。
6.如权利要求1所述的高阻隔生物可降解材料，其特征在于，所述聚甲基乙撑碳酸酯的数均分子量为120000～200000g/mol，分子量分散指数PDI为1.5～2.5。
7.如权利要求1所述的高阻隔生物可降解材料，其特征在于，所述增容剂包括马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝POE中的其中一种或几种。
8.如权利要求1～7任一项所述的高阻隔生物可降解材料的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将聚乳酸与纳米微晶纤维素母料混合均匀，然后熔融共混，常温下混合搅拌10-30min；得到共混物料；
(2)将所述共混物料和其它组分混合均匀，加入双螺杆挤出机中，100-180℃下，挤出造粒，再用吹膜机吹塑成膜，得到所述高阻隔生物可降解材料。
9.如权利要求1～7任一项所述的高阻隔生物可降解材料在制备食品包装制品中的应用。
10.一种保鲜膜，其特征在于，由如权利要求1～7任一项所述的高阻隔生物可降解材料制成。
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