CN103044748A - 一种高效抗菌聚乙烯薄膜及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效抗菌聚乙烯薄膜及其制备方法，这种材料由下列重量百分比计的原料组成：聚乙烯94～98%，复合抗菌粒子1～5%，偶联剂0.2～1%，分散剂0.2～1%，抗氧剂0.1～1%。将以上物料放入高速混料机混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出造粒得到抗菌母粒，再将抗菌母粒与聚乙烯混匀后置于吹塑成型机中吹制得到抗菌聚乙烯薄膜。本发明产品抗菌聚乙烯薄膜具有广谱、高效的抗菌功能，同时能保证聚乙烯原有的力学性能，在食品药品等包装领域具有广阔的应用前景。

Description

一种高效抗菌聚乙烯薄膜及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种高效抗菌聚乙烯薄膜及其制造方法，属于聚合物改性和加工领域。
背景技术
随着生活水平的不断提高，人们的健康意识正逐步增强，对自身生活环境的要求也越来越高，对食品药品等包装材料的安全卫生提出了更高的要求。作为在食品、药品及农产品包装领域有着广泛应用的聚乙烯（PE）薄膜，由于聚乙烯本身不具有抗菌性，当用作食品、药品等包装材料时，在保存食品药品的特定温度、湿度条件下，聚乙烯薄膜表面容易滋生对人体健康有害的细菌等微生物，微生物的滋生和繁衍会污染保存的食品或药品，使其变质、发霉甚至腐烂。因此，开发具有抗菌性能的新型聚乙烯包装材料，对人们的身体健康和环保事业有着十分重要的现实意义。
银系抗菌剂是目前最常用的抗菌剂，如中国专利CN 101824177A发明了一种含有玻璃载体银离子抗菌剂的PE（聚乙烯）保鲜膜，CN 202418939U公开了一种载银活性炭层的超高分子量聚乙烯抗菌管。由于银存在着成本高、容易氧化变色使抗菌能力下降等问题，在一定程度上限制了其应用。二氧化钛（TiO2）因具有无毒、无味、无刺激性，稳定性强等特点，近年来作为一种新型的抗菌材料备受人们关注。然而由于纳米TiO2的杀菌性能主要是利用太阳光、照明灯中的紫外光激发使电子发生跃迁，其对光利用率不高，特别是在光缺乏的环境中，其抗菌作用较弱，因此需要对其进行改性及优化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效抗菌聚乙烯薄膜及其制造方法，其中抗菌粒子分散均匀，制得的抗菌薄膜成型性好，抗菌效果广谱高效，能更好地满足食品、药品等对包装材料的要求。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种高效抗菌聚乙烯薄膜，由下列重量百分比计的原料组成：
Figure BDA00002602757700021
其中所述的聚乙烯为低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯，或是它们的组合物，其熔体流动速率（190℃×2.16kg）为3～40g/10min。
所述的复合抗菌粒子是以锐钛矿型纳米二氧化钛（TiO2）粒子为基质，掺杂10%纳米氧化锌（ZnO），采用球磨法使两者混合均匀而得到。
所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种或几种组合。
所述的分散剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸和硬脂酸锌中的一种。
所述的抗氧剂为受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅助抗氧剂。
上述高效抗菌聚乙烯薄膜的制造方法如下：
(5)将聚乙烯、复合抗菌粒子、偶联剂、分散剂和抗氧剂放入高速混料机中进行第一次混料，混料时间为5～10分钟；
(6)混匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒得到抗菌母粒，其工艺为：一区160～170℃，二区170～180℃，三区180～190℃，四区175～185℃，整个挤出过程的停留时间为1～2分钟，压力为12～18MPa；
(7)将聚乙烯与抗菌母粒放入高速混料机中进行第二次混料，混料时间为10～15分钟；
(8)混匀后置于吹塑成型机中吹制得到抗菌聚乙烯薄膜，其中料筒温度为165～175℃。
为了提高聚乙烯薄膜的抗菌性能，本发明的技术方案是先对纳米TiO2粒子进行ZnO掺杂处理，降低TiO2电子跃迁的禁带宽度，使其吸收光波发生红移，从而提高在阳光或照明光下的光催化活性。通过偶联剂和分散剂的使用及抗菌母粒的制备，提高抗菌粒子在基体树脂中的分散程度，实现薄膜的易成型性和高效的抗菌性能。
本发明的优点是：
1、本发明通过对纳米TiO2粒子进行掺杂ZnO处理，提高了TiO2粒子在光缺乏环境中的抗菌能力，在较弱的可见光作用下就具有很强的抗菌作用，达到广谱高效的抗菌效果。
2、通过偶联剂和分散剂的使用及抗菌母粒的制备，大大提高了抗菌粒子在基体树脂中的分散程度，有效降低了聚乙烯材料在吹塑成型过程中出现的破孔现象，最终实现薄膜的易成型性和高效的抗菌性能。
3、本发明提出的高效抗菌聚乙烯薄膜在食品、药品等包装领域有着广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明：
在实施例及对比例复合材料配方中，聚乙烯选用燕山石化公司生产的LDPE，商品牌号为1F7B。纳米TiO2粒子选用锐钛矿二氧化钛，其粒径≤5nm，比表面积＞200m2/g。纳米ZnO粒子：上海化工有限公司生产。偶联剂选用硅烷偶联剂（KH550，市售）。分散剂选用聚乙烯蜡（市售）。主抗氧剂为Ciba公司产的3114，商品牌号为Irganox3114，化学名称为3,5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯。辅抗氧剂为Ciba公司产的168，商品牌号为Irgafos 168，化学名称为三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯。
将聚乙烯、复合抗菌粒子、偶联剂、分散剂和抗氧剂在高速混料机中干混5～10分钟；将混匀的原料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒得到抗菌母粒，其工艺为：一区160～170℃，二区170～180℃，三区180～190℃，四区175～185℃，整个挤出过程的停留时间为1～2分钟，压力为12～18MPa。最后将聚乙烯、抗菌母粒放入高速混料机中混匀后，置于吹塑成型机中吹制得到抗菌薄膜，其中料筒温度（165～175℃）。
性能评价方式及实行标准:
聚乙烯薄膜的综合力学性能通过测试其拉伸强度、断裂伸长率及直角撕裂强度进行评判。拉伸强度、断裂伸长率按GB/T 1040-2006方法测试；直角撕裂强度按QB/T 1130-1991方法测试。薄膜的透光率按GB/T 2410-1998方法测试，抗菌性能参照QB/T 2591-2003《抗菌塑料—抗菌性能试验方法和抗菌效果》（贴膜法）测试，检测菌种：大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。
实施例及对比例的配方及各项性能测试结果见下各表：
表1实施例1～3及对比例1～7材料配方表（重量%）
Figure BDA00002602757700041
表2实施例1～3及对比例1～7测试结果
Figure BDA00002602757700042
Figure BDA00002602757700051
从表中可以看出，对比例2～4填充纳米TiO2粒子的聚乙烯薄膜抗菌性能明显不如实施例1～3，这是由于复合抗菌粒子中掺杂的部分纳米ZnO粒子增加了抗菌成分对光的响应范围，提高了薄膜的抗菌效果。对比例5～7由于没有使用偶联剂（KH550）和分散剂（聚乙烯蜡），聚乙烯薄膜的强度、断裂伸长率、透光率及对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率都有大幅度的下降，这主要是由于抗菌粒子表面能高，在基体中团聚造成的。而实施例1～3填充复合抗菌粒子，添加偶联剂和分散剂制得的聚乙烯薄膜具有高效抗菌性能，并且保持了材料原有的力学性能和透光率。

Claims (7)

1.一种高效抗菌聚乙烯薄膜，其特征在于：由下列重量百分比计的原料组成：
Figure FDA00002602757600011
2.根据权利要求1所述的一种高效抗菌聚乙烯薄膜，其特征在于：所述的聚乙烯为低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯，或是它们的组合物，其熔体流动速率在190℃×2.16kg的测试条件下为3～40g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种高效抗菌聚乙烯薄膜，其特征在于：所述的复合抗菌粒子是以锐钛矿型纳米二氧化钛粒子为基质，掺杂10%纳米氧化锌，采用球磨法使两者混合均匀而得到。
4.根据权利要求1所述的一种高效抗菌聚乙烯薄膜，其特征在于：所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种或几种组合。
5.根据权利要求1所述的一种高效抗菌聚乙烯薄膜，其特征在于：所述的分散剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸和硬脂酸锌中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种高效抗菌聚乙烯薄膜，其特征在于：所述的抗氧剂为受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅助抗氧剂。
7.一种制备权利要求1所述高效抗菌聚乙烯薄膜的方法，其特征在于：其步骤如下：
(1)将聚乙烯、复合抗菌粒子、偶联剂、分散剂和抗氧剂放入高速混料机中进行第一次混料，混料时间为5～10分钟；
(2)混匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒得到抗菌母粒，其工艺为：一区160～170℃，二区170～180℃，三区180～190℃，四区175～185℃，整个挤出过程的停留时间为1～2分钟，压力为12～18MPa；
(3)将聚乙烯与抗菌母粒放入高速混料机中进行第二次混料，混料时间为10～15分钟；
(4)混匀后置于吹塑成型机中吹制得到抗菌聚乙烯薄膜，其中料筒温度为165～175℃。
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