CN116875012A - 一种可降解抗菌包装盒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及环保包装材料技术领域，尤其涉及一种可降解抗菌包装盒及其制备方法。一种可降解抗菌包装盒，包括以下质量份数的原料：聚乳酸、淀粉、填充剂、增塑剂、降解助剂、抗菌剂、分散剂，其中，所述抗菌剂为纳米沸石载铜锌银复合抗菌剂，所述复合抗菌剂中铜含量的质量百分比为0.2‑0.3%、Ag含量的质量百分比为0.05‑0.1%、Zn含量的质量百分比为0.1‑0.2%，所述纳米沸石载铜锌银复合抗菌剂的颗粒粒径为30‑50纳米，采用可降解抗菌材料制成的包装盒具有环保、抗菌、可循环利用的特点，能够有效减少对环境的污染，同时，本申请的制备方法简单、高效，适用于大规模生产，具有较高的经济效益。

Description

一种可降解抗菌包装盒及其制备方法

技术领域

本申请涉及环保包装材料技术领域，尤其涉及一种可降解抗菌包装盒及其制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)是一种新型的生物基及可再生生物降解材料，使用可再生的植物资源所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌种发酵制成高纯度的乳酸，再通过化学合成方法合成一定分子量的聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物在特定条件下完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。

在食品包装行业，常常需要使用抗菌包装盒来延长食品保鲜期和防止细菌滋生。传统的抗菌包装盒存在抗菌效果不佳，同时这种包装盒也不能被生物降解，对环境造成很大的污染和伤害。

因此如何更好的解决包装盒的降解性能和抗菌性能，从而减小环境污染，成为当前的研究热点。

发明内容

为了解决包装盒的降解性能和抗菌性能，本申请提供了一种可降解抗菌包装盒及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种可降解抗菌包装盒采用如下技术方案：

一种可降解抗菌包装盒，包括以下质量份数的原料：聚乳酸48-52份、淀粉18-22份、填充剂15-20份、增塑剂4-6份、降解助剂1.0-1.5份、抗菌剂0.8-1.0份，分散剂1.5-2.0份，其中，所述抗菌剂为纳米沸石载铜锌银复合抗菌剂，所述复合抗菌剂中铜含量的质量百分比为0.2-0.3％、Ag含量的质量百分比为0.05-0.1％、Zn含量的质量百分比为0.1-0.2％，所述纳米沸石载铜锌银复合抗菌剂的颗粒粒径为30-50纳米。

通过采用上述技术方案，在本申请的可降解抗菌包装盒中，不同的原料扮演着不同的作用，以及相互之间的协同作用，具体如下：聚乳酸(Poly lactic acid，PLA)：聚乳酸是可降解塑料，用于提供包装盒的结构和强度，并且保持其机械性能。淀粉(Starch)：淀粉作为填充剂，用于增加包装盒的体积和质量，同时也能减少成本。淀粉是可再生资源，所以在这种可降解的抗菌包装盒中具有重要的环保意义。聚乳酸和淀粉有一定的相容性，混合后可以改善聚乳酸的加工性能和热稳定性，同时淀粉的添加也可以提高包装盒的降解性能。填充剂(Filler)：填充剂的作用是增加包装盒的强度和硬度，并且改善材料的加工性能。填充剂可以是纤维素或者其他细颗粒物质。增塑剂(Plasticizer)：增塑剂的作用是增加聚合物的柔软性和可塑性。增塑剂可以减少材料的脆性和提高其耐磨性。降解助剂(Degradation promoter)：降解助剂用于加速包装盒的降解过程。抗菌剂(Antimicrobialagent)：抗菌剂的作用是抑制包装盒内菌类的繁殖，保持食品或其他物品的卫生，纳米沸石载铜锌银复合抗菌剂能够提供高效的杀菌效果。分散剂(Dispersant)：分散剂用于将纳米沸石载铜锌银复合抗菌剂均匀地分散在聚乳酸基体中，提高抗菌剂的分散性和提高其抗菌效果。精准控制的配方和工艺条件促进各组分之间的相互作用，使得包装盒具有良好的性能和抗菌效果，同时实现可降解性和环境友好性。综上所述，各组分在可降解抗菌包装盒中发挥着不同的作用，并通过相互之间的协同作用，确保包装盒具有良好的性能和抗菌效果。这种包装盒在保持食品或其他物品卫生的同时，也具备环保和可降解的特点，满足了现代社会对环境友好型包装材料的需求。

优选的，降解助剂为维生素E聚乙二醇琥珀酸酯、二异硬脂醇苹果酸酯按照质量百分比为3:2-5的组合物。

通过采用上述技术方案，降解助剂为维生素E聚乙二醇琥珀酸酯和二异硬脂醇苹果酸酯的作用是加速包装盒的降解过程。这两种降解助剂能够与聚乳酸和淀粉等主要原料发生反应，形成可降解产物。维生素E聚乙二醇琥珀酸酯和二异硬脂醇苹果酸酯与聚乳酸和淀粉发生反应后，会改变材料的结构和性质，使得包装盒在适当的条件下能够更快地分解成无害的物质，从而促进材料的降解。维生素E聚乙二醇琥珀酸酯和二异硬脂醇苹果酸酯的协同作用主要体现在两个方面。首先，它们相互之间的反应能够产生更多的降解产物，增强了降解过程的效果。其次，它们与其他原料的相互作用也能够协同加速降解过程。总的来说，降解助剂维生素E聚乙二醇琥珀酸酯和二异硬脂醇苹果酸酯在可降解抗菌包装盒中起到加速降解的作用。它们通过与其他原料发生反应和改变材料的结构，促进包装盒在适当的条件下更快地降解成无害的物质。

优选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、烷基磺酸酯按照质量百分比为1:1-3:2-4的组合物。

优选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、烷基磺酸酯按照质量百分比为1:2:3的组合物。

通过采用上述技术方案，增塑剂在可降解抗菌包装盒中起到增加柔软度、耐冲击性和延展性的作用。邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、烷基磺酸酯是常用的增塑剂，它们的组合可以提供更好的增塑效果。增塑剂能够增加包装盒的柔韧性和可加工性，使其更易折叠和包装。增塑剂和分散剂的组合使用可以协同增强包装盒的柔软性和可加工性。增塑剂的作用是增加包装盒的柔软度和耐冲击性，而分散剂的作用是保持原料的均匀性和稳定性。两者的协同作用能够提高包装盒的整体质量和性能。

优选的，所述分散剂为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯等分散剂的作用是将原料中的各个成分均匀分散在一起，使其形成一个均一的混合物。这样可以确保制成的包装盒具有均匀的性能和抗菌功能。分散剂还可以增加原料的黏度和粘附性，使得制品更加稳定和牢固。此外，分散剂还具有协同作用。多种分散剂同时使用可以增强原料的分散性能，提高其混合的均匀性。总而言之，分散剂在可降解抗菌包装盒中起着多种作用和协同作用，它们可以增强抗菌功能、提高制品的均匀性和改良加工性能、增强包装盒的降解过程。

优选的，所述填充剂为稻壳、滑石粉、玉米秸秆、竹屑中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，填充剂在可降解抗菌包装盒中具有以下作用及协同作用：增加材料的稳定性：填充剂可以增加材料的稳定性和抗压能力，使包装盒更耐用，并且能够保持形状和结构的完整性。改善材料的热性能：填充剂可以改善材料的导热性能，使包装盒对温度变化更敏感，从而可以更好地保护产品的质量和安全性。增加抗菌效果：填充剂中的稻壳、滑石粉、玉米秸秆、竹屑等纤维素材料具有良好的孔隙结构，能够增加包装盒内部的表面积，从而提供更多的抗菌活性位点，增加抗菌效果。减少材料的成本：填充剂可以减少聚乳酸等高成本原料的使用量，降低生产成本，同时仍然保持包装盒的性能和质量。提高材料的降解性能：填充剂中的纤维素材料可以增加包装盒的降解速度，促进环境友好的降解过程，减少对环境的污染。综上所述，填充剂在可降解抗菌包装盒中起到增加稳定性、改善热性能、增加抗菌效果、降低成本和提高降解性能等多种作用，并且与其他原料相互作用协同发挥各自的优势，提高整体性能和环境友好性。

第二方面，本申请提供一种可降解抗菌包装盒的制备方法，采用如下的技术方案：一种可降解抗菌包装盒的制备方法，采用上述一种可降解抗菌包装盒的原料，包括以下步骤：S1、将聚乳酸、淀粉、填充剂、增塑剂、降解助剂、抗菌剂和分散剂混合均匀，得到混合物；S2、将混合物通过双螺杆挤出机挤出，剪切，造粒，注塑成型，得到可降解抗菌包装盒。

优选的，在步骤S1中，所述混合的时间为1-2小时。

通过采用上述技术方案，采用可降解抗菌包装盒材料制成的包装盒具有环保、抗菌、可循环利用的特点，能够有效减少对环境的污染。同时，本申请的制备方法简单、高效，适用于大规模生产，具有较高的经济效益。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、本申请通过选择适当的配方和合理的配比，利用各组分在可降解抗菌包装盒中发挥着不同的作用，并通过相互之间的协同作用，确保包装盒具有良好的降解性能和抗菌效果。这种包装盒在保持食品或其他物品卫生的同时，也具备环保和可降解的特点，满足了现代社会对环境友好型包装材料的需求；

2、采用可降解抗菌材料制成的包装盒具有环保、抗菌、可循环利用的特点，能够有效减少对环境的污染。同时，本申请的制备方法简单、高效，适用于大规模生产，具有较高的经济效益。

具体实施方式

下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

一种可降解抗菌包装盒，包括以下质量份数的原料：聚乳酸48kg、淀粉18kg、稻壳15kg、增塑剂4kg、降解助剂1.0kg、抗菌剂0.8kg，聚乙烯醇1.5kg，其中，所述抗菌剂为纳米沸石载铜锌银复合抗菌剂，所述复合抗菌剂中铜含量的质量百分比为0.2％、Ag含量的质量百分比为0.05％、Zn含量的质量百分比为0.2％，所述纳米沸石载铜锌银复合抗菌剂的颗粒粒径为30-50纳米，降解助剂为维生素E聚乙二醇琥珀酸酯、二异硬脂醇苹果酸酯按照质量百分比为3:2的组合物，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、烷基磺酸酯按照质量百分比为1:1:2的组合物。

一种可降解抗菌包装盒的制备方法，采用上述一种可降解抗菌包装盒的原料，包括以下步骤：

S1、将聚乳酸、淀粉、稻壳、增塑剂、降解助剂、抗菌剂和聚乙烯醇混合，混合的时间为1小时，得到混合物；

S2、将混合物通过双螺杆挤出机挤出，剪切，造粒，注塑成型，得到可降解抗菌包装盒。

实施例2

一种可降解抗菌包装盒，包括以下质量份数的原料：聚乳酸52kg、淀粉22kg、滑石粉20kg、增塑剂6kg、降解助剂1.5kg、抗菌剂1.0kg，聚乙烯吡咯烷酮2.0kg，其中，所述抗菌剂为纳米沸石载铜锌银复合抗菌剂，所述复合抗菌剂中铜含量的质量百分比为0.3％、Ag含量的质量百分比为0.05％、Zn含量的质量百分比为0.1％，所述纳米沸石载铜锌银复合抗菌剂的颗粒粒径为30-50纳米，降解助剂为维生素E聚乙二醇琥珀酸酯、二异硬脂醇苹果酸酯按照质量百分比为3:5的组合物。所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、烷基磺酸酯按照质量百分比为1:3:4的组合物。

一种可降解抗菌包装盒的制备方法，采用上述一种可降解抗菌包装盒的原料，包括以下步骤：

S1、将聚乳酸、淀粉、滑石粉、增塑剂、降解助剂、抗菌剂和聚乙烯吡咯烷酮混合，混合的时间为2小时，得到混合物；

S2、将混合物通过双螺杆挤出机挤出，剪切，造粒，注塑成型，得到可降解抗菌包装盒。

实施例3

一种可降解抗菌包装盒，包括以下质量份数的原料：聚乳酸50kg、淀粉20kg、玉米秸秆18kg、增塑剂5kg、降解助剂1.3kg、抗菌剂0.9kg、聚甲基丙烯酸甲酯1.8kg，其中，所述抗菌剂为纳米沸石载铜锌银复合抗菌剂，所述复合抗菌剂中铜含量的质量百分比为0.25％、Ag含量的质量百分比为0.1％、Zn含量的质量百分比为0.15％，所述纳米沸石载铜锌银复合抗菌剂的颗粒粒径为30-50纳米，降解助剂为维生素E聚乙二醇琥珀酸酯、二异硬脂醇苹果酸酯按照质量百分比为3:4的组合物。所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、烷基磺酸酯按照质量百分比为1:2:3的组合物。

一种可降解抗菌包装盒的制备方法，采用上述一种可降解抗菌包装盒的原料，包括以下步骤：

S1、将聚乳酸、淀粉、玉米秸秆、增塑剂、降解助剂、抗菌剂和聚甲基丙烯酸甲酯混合，混合的时间为1.5小时，得到混合物；

S2、将混合物通过双螺杆挤出机挤出，剪切，造粒，注塑成型，得到可降解抗菌包装盒。

实施例4

一种可降解抗菌包装盒，包括以下质量份数的原料：聚乳酸50kg、淀粉20kg、竹屑18kg、增塑剂5kg、降解助剂1.3kg、抗菌剂0.9kg，聚乙烯醇0.6kg、聚乙烯吡咯烷酮0.6kg、聚甲基丙烯酸甲酯0.6kg，其中，所述抗菌剂为纳米沸石载铜锌银复合抗菌剂，所述复合抗菌剂中铜含量的质量百分比为0.25％、Ag含量的质量百分比为0.1％、Zn含量的质量百分比为0.15％，所述纳米沸石载铜锌银复合抗菌剂的颗粒粒径为30-50纳米，降解助剂为维生素E聚乙二醇琥珀酸酯、二异硬脂醇苹果酸酯按照质量百分比为3:4的组合物。所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、烷基磺酸酯按照质量百分比为1:2:3的组合物。

一种可降解抗菌包装盒的制备方法，采用上述一种可降解抗菌包装盒的原料，包括以下步骤：

S1、将聚乳酸、淀粉、竹屑、增塑剂、降解助剂、抗菌剂和聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯混合，混合的时间为1.5小时，得到混合物；

S2、将混合物通过双螺杆挤出机挤出，剪切，造粒，注塑成型，得到可降解抗菌包装盒。

对比例1

与实施例4相同，不同之处在于：分解助剂为维生素E聚乙二醇琥珀酸酯1.3kg。

对比例2

与实施例4相同，不同之处在于：分解助剂为二异硬脂醇苹果酸酯1.3kg。

对比例3

与实施例4相同，不同之处在于：抗菌剂为上海靖安公司的JP-928抗菌剂0.9kg。

性能检测试验

分别对实施例1-4和对比例1-3制备的可降解抗菌包装盒材料进行取样，且进行测试，测试结果如表1所示；

降解率测试：将可降解PP复合材料填埋于模拟垃圾土壤填埋环境120天后，并按ASTM-D5511标准进行降解率测试；

抗菌测试，分别分别对实施例1-4和对比例1-3制备的可降解抗菌包装盒材料进行取样，并注塑为板材，将板材送到广东省微生物分析检查中心依据JIS Z2801:2000标准进行抗菌检测；

表1

从表1中，实施例1-4制备的可降解抗菌包装盒各项性能指标都比较好。通过选择适当的配方和合理的配比，利用各组分在可降解抗菌包装盒中发挥着不同的作用，并通过相互之间的协同作用，确保包装盒具有良好的降解性能和抗菌效果。这种包装盒在保持食品或其他物品卫生的同时，也具备环保和可降解的特点，满足了现代社会对环境友好型包装材料的需求。

从表1中，实施例1-3与实施例4对比分析来看，分散剂为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯的组合，获得可降解抗菌包装盒各项性能指标比其单组合的性能好一些，聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯之间的协同作用将原料中的各个成分均匀分散在一起，使其形成一个均一的混合物，这样可以确保制成的包装盒具有均匀的性能、可降解和抗菌功能。

从表1中，实施例4与对比例1-2对比分析来看，降解助剂为维生素E聚乙二醇琥珀酸酯、二异硬脂醇苹果酸酯按照质量比3:4的组合物，比其单组分的维生素E聚乙二醇琥珀酸酯或二异硬脂醇苹果酸酯的降解性能更优异，这是因为降解助剂的各组分之间能够协同作用，进一步促进材料的降解，并提高降解产物的溶解性和生物安全性。降解助剂的加入可以引发材料的降解反应，并且协同作用可以加速降解速度。不同分解助剂的结合可以作用于不同的降解机制，从而实现更快的降解速度。维生素E聚乙二醇琥珀酸酯和二异硬脂醇苹果酸酯的协同作用是指它们共同发挥加速降解的效果。它们能够与聚乳酸和淀粉等原料相互作用，形成反应产物，这些产物具有增强降解过程的效果。

从表1中，实施例4与对比例3对比分析来看，抗菌剂采用纳米沸石载铜锌银复合抗菌剂比采用市面上的高效抗菌剂-上海靖安公司JP-928抗菌剂的抗菌性能更优异。

以上实施例仅用以解释说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管上述实施例对本发明进行了具体的说明，相关技术人员应当理解，依然可对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改和等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之中。

Claims (8)

1.一种可降解抗菌包装盒，其特征在于，包括以下质量份数的原料：聚乳酸48-52份、淀粉18-22份、填充剂15-20份、增塑剂4-6份、降解助剂1.0-1.5份、抗菌剂0.8-1.0份，分散剂1.5-2.0份，其中，所述抗菌剂为纳米沸石载铜锌银复合抗菌剂，所述复合抗菌剂中铜含量的质量百分比为0.2-0.3%、Ag含量的质量百分比为0.05-0.1%、Zn含量的质量百分比为0.1-0.2%，所述纳米沸石载铜锌银复合抗菌剂的颗粒粒径为30-50纳米。

2.根据权利要求1所述一种可降解抗菌包装盒，其特征在于，降解助剂为维生素E聚乙二醇琥珀酸酯、二异硬脂醇苹果酸酯按照质量百分比为3:2-5的组合物。

3.根据权利要求1所述一种可降解抗菌包装盒，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、烷基磺酸酯按照质量百分比为1:1-3:2-4的组合物。

4.根据权利要求3所述一种可降解抗菌包装盒，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、烷基磺酸酯按照质量百分比为1:2:3的组合物。

5.根据权利要求1所述一种可降解抗菌包装盒，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述一种可降解抗菌包装盒，其特征在于，所述填充剂为稻壳、滑石粉、玉米秸秆、竹屑中的一种或多种。

7.一种可降解抗菌包装盒的制备方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一所述一种可降解抗菌包装盒的原料，包括以下步骤：

S1、将聚乳酸、淀粉、填充剂、增塑剂、降解助剂、抗菌剂和分散剂混合均匀，得到混合物；

S2、将混合物通过双螺杆挤出机挤出，剪切，造粒，注塑成型，得到可降解抗菌包装盒。

8.根据权利要求7所述一种可降解抗菌包装盒的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述混合的时间为1-2小时。