CN114181502A - 一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及包装材料技术领域，具体涉及一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料及其制备方法，包括如下重量份的原料：PLA80～105份、耐热改性剂0～10份、成核剂0.1～0.5份和抗氧剂0.2～1份。本发明的全降解高透明高耐热化妆品包装材料的机械物理性能和降解性能好、耐热性高，利用PLA作为基础树脂，加入耐热改性剂和成核剂增加耐热改性，有效提高PLA材料的拉伸性能、弯曲性能及耐热性能，并且加入抗氧剂之后，可以防止PLA材料的分解，PLA材料在自然降解的情况下，最终生成二氧化碳和水，参与植物的光合作用，对环境无污染；而制备该包装材料的方法简单，后续成型速度快，利于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及包装材料技术领域，具体涉及一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料及其制备方法。
背景技术
世界范围内的环境恶化、资源缺乏等问题日益突出，随着经济发展和人民生活水平的不断提高，固体废弃物的排放量激增。据估算，全球每年新增固体废弃物约100亿吨，人均2吨。日益增长的固体废弃物给人类生存环境带来了极大的挑战，已成为环境污染的主要因素之一。废弃塑料包装物焚烧处理对环境的影响，对固体废弃物焚烧是最根本解决污染的处理方式,但对塑料制品焚烧可能存在一些技术上尚不能解决的问题,因而会构成新的环境的污染。
聚乳酸(Polylactic acid，简称PLA)是近年发展出来的综合物性最好的生物可降解塑料，对环境完全没有污染，其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，符合当今世界对环保的要求；但是聚乳酸的结晶慢、分子链中酯键键能小，容易断裂而造成聚乳酸的热变形温度低、冲击强度低、韧性不好等问题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料，该包装材料的机械物理性能和降解性能好、耐热性高，利用PLA作为基础树脂，加入耐热改性剂和成核剂增加耐热改性，有效提高PLA材料的拉伸性能、弯曲性能及耐热性能，并且加入抗氧剂之后，可以防止PLA材料的分解，PLA材料在自然降解的情况下，最终生成二氧化碳和水，参与植物的光合作用，对环境无污染。
本发明的另一目的在于提供一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料的制备方法，该制备方法简单，后续成型速度快，利于工业化生产。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料，包括如下重量份的原料：
更优选的，包括如下重量份的原料：
每份所述PLA是由L-PLA和D-PLA按照重量比为0.65-0.8:0.15-0.25组成的混合物。
优选的，所述L-PLA的熔融指数为8～10g/10min，测试条件为210℃/2.16kg，玻璃化转变温度为60～65℃，熔融温度为175～185℃；所述D-PLA的熔融指数为2～8g/10min，测试条件为210℃/2.16kg，玻璃化转变温度为55～60℃，熔融温度为175～185℃。
本发明中的全降解高透明高耐热化妆品包装材料，该包装材料的机械物理性能和降解性能好、耐热性高，利用PLA作为基础树脂，加入耐热改性剂和成核剂增加耐热改性，有效提高PLA材料的拉伸性能、弯曲性能及耐热性能，并且加入抗氧剂之后，可以防止PLA材料的分解，PLA材料在自然降解的情况下，最终生成二氧化碳和水，参与植物的光合作用，对环境无污染。一般L-PLA较D-PLA具有更好的刚性表现，而本发明选用的L-PLA在强度和加工流动性较为优异，与选用的D-PLA共混可以实现弯曲性能和耐热性能的提升，并且仍然具有较好的生物降解性；其中采用的耐热改性剂与本发明特定物性的基体PLA有较好的相容性，可显著提升最终制得包装材料的机械性能，并且成本更低；而加入的核剂可通过改变PLA的结晶行为，加快结晶速率、增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化，达到缩短成型周期、提高包装材料制品的透明性、表面光泽、抗拉强度、刚性、热变形温度、抗冲击性、抗蠕变性等物理机械性能；另外，抗氧剂可以防止包装材料在高温加工过程中分子链断裂，进而有利于保护避免包装材料在加工过程中降解和颜色变黄现象，保证了最终制得包装材料的综合性能。
优选的，每份所述耐热改性剂为PBS与聚苯基三(二甲基硅氧烷)的共聚物、纳米针状硅酸钙和纳米针状透明粉中的至少一种；更优选的，所述耐热改性剂PBS与聚苯基三(二甲基硅氧烷)的共聚比例为7:3；所述纳米针状透明粉优选但不限于河北赛纳得纳米材料科技有限公司生产的纳米针状透明粉。
本发明中采用的耐热改性剂PBS与聚苯基三(二甲基硅氧烷)的共聚物、纳米针状硅酸钙或纳米针状透明粉与特定物性的基体PLA有较好的相容性，一般而言，目前耐热改性剂更倾向于共聚的聚合物材料，能够比较显著改善材料的机械性能，而本发明采用的耐热改性剂为纳米针状无机粉体，与特定物性的基体PLA有较好的相容性，在机械性能的提升程度上更为显著，并且成本更低，能进一步提升与PLA有的相容性。
优选的，每份所述成核剂为芳基磺酸钙、中空二氧化硅和1,3,5-苯三羧酰胺中的至少一种；更优选的，所述成核剂为芳基磺酸钙和/或有机1,3,5-苯三羧酰胺
本发明中采用的成核剂芳基磺酸钙、中空二氧化硅和1,3,5-苯三羧酰胺可通过改变树脂的结晶行为，加快结晶速率、增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化，达到缩短成型周期、提高制品透明性、表面光泽、抗拉强度、刚性、热变形温度、抗冲击性、抗蠕变性等物理机械性能；其中的芳基磺酸钙可细化PLA结晶的晶粒，增加强度，而有机1,3,5-苯三羧酰胺可以使PLA快速结晶，缩短成型周期，提升了最终制得包装材料品质和降低了生产成本。
优选的，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯中的至少一种；更优选地，所述抗氧剂是由β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯按照重量比为1:1.8-2.2组成的混合抗氧剂。
本发明中采用的抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和/或亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯可以防止包装材料在高温加工过程中分子链断裂；而选用由β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯按照重量比为1:1.8-2.2组成的混合抗氧剂的效果大于其中一种，可以避免材料在加工过程中降解和颜色变黄现象。
本发明还提供了一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料的制备方法，通过如下步骤制得：
1)按照重量份，将PLA的具体种类加入搅拌装置中以100～200r/min的转速混合搅拌2～4min，得到混合物A，备用；
2)按照重量份，将耐热改性剂、成核剂和抗氧剂加入混合物A中，以200～300r/min的转速混合搅拌5～10min，得到混合物B，备用；
3)将混合物B从挤出机的主喂料口加入，在185～200℃的温度下进行熔融挤出，即得到全降解高透明高耐热化妆品包装材料。
本发明中的全降解高透明高耐热化妆品包装材料通过上述方法制得，利用上述方法制得的全降解高透明高耐热化妆品包装材料的机械物理性能和降解性能好、耐热性高，利用PLA作为基础树脂，加入耐热改性剂和成核剂增加耐热改性，有效提高PLA材料的拉伸性能、弯曲性能及耐热性能，并且加入抗氧剂之后，可以防止PLA材料的分解，PLA材料在自然降解的情况下，最终生成二氧化碳和水，参与植物的光合作用，对环境无污染；而在步骤2)中需要严格控制耐热改性剂、成核剂和抗氧剂和混合物A混合时的搅拌速率为200～300r/min，若搅拌速率过快由于各原料之间的摩擦产生大量的热量导致部分PLA变成熔融状态，不利于四者之间的充分混合，进而影响最终制得全降解高透明高耐热化妆品包装材料的综合性能；另外还需要控制步骤3)中熔融时的温度为185～200℃，温度不宜过高，过高则会导致PLA由于高温出现颜色变黄现象，进而影响最终制得包装材料品质。
本发明的有益效果在于：本发明的全降解高透明高耐热化妆品包装材料，该包装材料的机械物理性能和降解性能好、耐热性高，利用PLA作为基础树脂，加入耐热改性剂和成核剂增加耐热改性，有效提高PLA材料的拉伸性能、弯曲性能及耐热性能，并且加入抗氧剂之后，可以防止PLA材料的分解，PLA材料在自然降解的情况下，最终生成二氧化碳和水，参与植物的光合作用，对环境无污染。
本发明一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料的制备方法，该制备方法简单，后续成型速度快，利于工业化生产。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料，包括如下重量份的原料：
每份所述PLA是由L-PLA和D-PLA按照重量比为0.7:0.12组成的混合物。
所述L-PLA的熔融指数为9g/10min，测试条件为210℃/2.16kg，玻璃化转变温度为60℃，熔融温度为181℃。
所述D-PLA的熔融指数为6g/10min，测试条件为210℃/2.16kg，玻璃化转变温度为57℃，熔融温度为180℃。
每份所述耐热改性剂为PBS与聚苯基三(二甲基硅氧烷)的共聚物，所述耐热改性剂共聚比例为7:3。
每份所述成核剂为芳基磺酸钙。
每份所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
所述全降解高透明高耐热化妆品包装材料的制备方法，通过如下步骤制得：
1)按照重量份，将PLA的具体种类加入搅拌装置中以140r/min的转速混合搅拌3min，得到混合物A，备用；
2)按照重量份，将耐热改性剂、成核剂和抗氧剂加入混合物A中，以220r/min的转速混合搅拌6min，得到混合物B，备用；
3)将混合物B从挤出机的主喂料口加入，在190℃的温度下进行熔融挤出，即得到全降解高透明高耐热化妆品包装材料。
实施例2
一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料，包括如下重量份的原料：
每份所述PLA是由L-PLA和D-PLA按照重量比为0.7:0.22组成的混合物。
所述L-PLA的熔融指数为10g/10min，测试条件为210℃/2.16kg，玻璃化转变温度为62℃，熔融温度为179℃。
所述D-PLA的熔融指数为6g/10min，测试条件为210℃/2.16kg，玻璃化转变温度为62℃，熔融温度为180℃。
每份所述耐热改性剂为纳米针状硅酸钙，所述耐热改性剂的粒径为4μm，长径比11:1。
每份所述成核剂为中空二氧化硅。
每份所述抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯。
所述全降解高透明高耐热化妆品包装材料的制备方法，通过如下步骤制得：
1)按照重量份，将PLA的具体种类加入搅拌装置中以160r/min的转速混合搅拌5min，得到混合物A，备用；
2)按照重量份，将耐热改性剂、成核剂和抗氧剂加入混合物A中，以220r/min的转速混合搅拌5min，得到混合物B，备用；
3)将混合物B从挤出机的主喂料口加入，在190℃的温度下进行熔融挤出，即得到全降解高透明高耐热化妆品包装材料。
实施例3
一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料，包括如下重量份的原料：
每份所述PLA是由L-PLA和D-PLA按照重量比为0.75:0.17组成的混合物。
所述L-PLA的熔融指数为10g/10min，测试条件为210℃/2.16kg，玻璃化转变温度为62℃，熔融温度为181℃。
所述D-PLA的熔融指数为6g/10min，测试条件为210℃/2.16kg，玻璃化转变温度为58℃，熔融温度为183℃。
每份所述耐热改性剂为纳米针状透明粉，所述耐热改性剂的粒径为4μm，长径比10:1。
每份所述成核剂为芳基磺酸钙。
每份所述抗氧剂为亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯。
所述全降解高透明高耐热化妆品包装材料的制备方法，通过如下步骤制得：
1)按照重量份，将PLA的具体种类加入搅拌装置中以160r/min的转速混合搅拌4min，得到混合物A，备用；
2)按照重量份，将耐热改性剂、成核剂和抗氧剂加入混合物A中，以250r/min的转速混合搅拌8min，得到混合物B，备用；
3)将混合物B从挤出机的主喂料口加入，在190℃的温度下进行熔融挤出，即得到全降解高透明高耐热化妆品包装材料。
实施例4
一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料，包括如下重量份的原料：
每份所述PLA是由L-PLA和D-PLA按照重量比为0.7:0.12组成的混合物。
所述L-PLA的熔融指数为9g/10min，测试条件为210℃/2.16kg，玻璃化转变温度为60℃，熔融温度为181℃。
所述D-PLA的熔融指数为6g/10min，测试条件为210℃/2.16kg，玻璃化转变温度为57℃，熔融温度为180℃。
每份所述耐热改性剂为PBS与聚苯基三(二甲基硅氧烷)的共聚物，所述耐热改性剂共聚比例为6:4。
每份所述成核剂为芳基磺酸钙。
每份所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
所述全降解高透明高耐热化妆品包装材料的制备方法，通过如下步骤制得：
1)按照重量份，将PLA的具体种类加入搅拌装置中以140r/min的转速混合搅拌3min，得到混合物A，备用；
2)按照重量份，将耐热改性剂、成核剂和抗氧剂加入混合物A中，以220r/min的转速混合搅拌6min，得到混合物B，备用；
3)将混合物B从挤出机的主喂料口加入，在190℃的温度下进行熔融挤出，即得到全降解高透明高耐热化妆品包装材料。
实施例5
一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料，包括如下重量份的原料：
每份所述PLA是由L-PLA和D-PLA按照重量比为0.7:0.12组成的混合物。
所述L-PLA的熔融指数为9g/10min，测试条件为210℃/2.16kg，玻璃化转变温度为60℃，熔融温度为181℃。
所述D-PLA的熔融指数为6g/10min，测试条件为210℃/2.16kg，玻璃化转变温度为57℃，熔融温度为180℃。
每份所述耐热改性剂为PBS与聚苯基三(二甲基硅氧烷)的共聚物，所述耐热改性剂共聚比例为5:5。
每份所述成核剂为有机1,3,5-苯三羧酰胺。
每份所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
所述全降解高透明高耐热化妆品包装材料的制备方法，通过如下步骤制得：
1)按照重量份，将PLA的具体种类加入搅拌装置中以140r/min的转速混合搅拌3min，得到混合物A，备用；
2)按照重量份，将耐热改性剂、成核剂和抗氧剂加入混合物A中，以220r/min的转速混合搅拌6min，得到混合物B，备用；
3)将混合物B从挤出机的主喂料口加入，在190℃的温度下进行熔融挤出，即得到全降解高透明高耐热化妆品包装材料。
实施例6
一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料，包括如下重量份的原料：
每份所述PLA是由L-PLA和D-PLA按照重量比为0.7:0.12组成的混合物。
所述L-PLA的熔融指数为9g/10min，测试条件为210℃/2.16kg，玻璃化转变温度为60℃，熔融温度为181℃。
所述D-PLA的熔融指数为6g/10min，测试条件为210℃/2.16kg，玻璃化转变温度为57℃，熔融温度为180℃。
每份所述耐热改性剂为PBS与聚苯基三(二甲基硅氧烷)的共聚物，所述耐热改性剂的比例为4:6。
每份所述成核剂为芳基磺酸钙。
每份所述抗氧剂由β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯按重量比1:2的比例组成。
所述全降解高透明高耐热化妆品包装材料的制备方法，通过如下步骤制得：
1)按照重量份，将PLA的具体种类加入搅拌装置中以140r/min的转速混合搅拌3min，得到混合物A，备用；
2)按照重量份，将耐热改性剂、成核剂和抗氧剂加入混合物A中，以220r/min的转速混合搅拌6min，得到混合物B，备用；
3)将混合物B从挤出机的主喂料口加入，在190℃的温度下进行熔融挤出，即得到全降解高透明高耐热化妆品包装材料。
实施例7
一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料，包括如下重量份的原料：
每份所述PLA是由L-PLA和D-PLA按照重量比为0.65:0.25组成的混合物。
所述L-PLA的熔融指数为8g/10min，测试条件为210℃/2.16kg，玻璃化转变温度为55℃，熔融温度为176℃。
所述D-PLA的熔融指数为2g/10min，测试条件为210℃/2.16kg，玻璃化转变温度为60℃，熔融温度为180℃。
每份所述耐热改性剂为纳米针状透明粉，所述耐热改性剂的粒径为2μm，长径比12:1。
每份所述成核剂为芳基磺酸钙。
每份所述抗氧剂为亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯。
所述全降解高透明高耐热化妆品包装材料的制备方法，通过如下步骤制得：
1)按照重量份，将PLA的具体种类加入搅拌装置中以100r/min的转速混合搅拌2min，得到混合物A，备用；
2)按照重量份，将耐热改性剂、成核剂和抗氧剂加入混合物A中，以200r/min的转速混合搅拌5min，得到混合物B，备用；
3)将混合物B从挤出机的主喂料口加入，在185℃的温度下进行熔融挤出，即得到全降解高透明高耐热化妆品包装材料。
实施例8
一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料，包括如下重量份的原料：
每份所述PLA是由L-PLA和D-PLA按照重量比为0.65:0.25组成的混合物。
所述L-PLA的熔融指数为10g/10min，测试条件为210℃/2.16kg，玻璃化转变温度为55℃，熔融温度为182℃。
所述D-PLA的熔融指数为8g/10min，测试条件为210℃/2.16kg，玻璃化转变温度为60℃，熔融温度为178℃。
每份所述耐热改性剂为纳米针状透明粉，所述耐热改性剂的粒径为4μm，长径比10:1。
每份所述成核剂为中空二氧化硅。
每份所述抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯。
所述全降解高透明高耐热化妆品包装材料的制备方法，通过如下步骤制得：
1)按照重量份，将PLA的具体种类加入搅拌装置中以200r/min的转速混合搅拌4min，得到混合物A，备用；
2)按照重量份，将耐热改性剂、成核剂和抗氧剂加入混合物A中，以300r/min的转速混合搅拌10min，得到混合物B，备用；
3)将混合物B从挤出机的主喂料口加入，在200℃的温度下进行熔融挤出，即得到全降解高透明高耐热化妆品包装材料。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：
本对比例中未加入耐热改性剂，本对比例的其余内容与实施例1相同，这里不再赘述。
本发明对实施例1-6和对比例1进行性能测试，结果如下表：
由实施例1、和实施例4、实施例5、实施例6的对比可知，优选的PBS的占比高，耐热改性剂耐热性更高，相反，PBS的占比低的耐热改性剂，耐热性差一点。实施例5选择有机1,3,5-苯三羧酰胺的成核剂，可以进一步细化材料晶核耐热性更高。实施例6选用抗氧剂复配，材料在高温加工过程中，性能损失更少，拉伸强度更高。
由实施例1和对比例1的对比可知，未加入耐热改性剂，材料的耐热性较差，加入耐热改性剂，材料的耐温大幅度提升。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料，其特征在于：包括如下重量份的原料：
2.根据权利要求1所述的一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料，其特征在于：包括如下重量份的原料：
3.根据权利要求1所述的一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料，其特征在于：每份所述PLA是由L-PLA和D-PLA按照重量比为0.65-0.8:0.15-0.25组成的混合物。
4.根据权利要求3所述的一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料，其特征在于：所述L-PLA的熔融指数为8～10g/10min，测试条件为210℃/2.16kg，玻璃化转变温度为60～65℃，熔融温度为175～185℃。
5.根据权利要求3所述的一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料，其特征在于：所述D-PLA的熔融指数为2～8g/10min，测试条件为210℃/2.16kg，玻璃化转变温度为55～60℃，熔融温度为175～185℃。
6.根据权利要求1所述的一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料，其特征在于：所述耐热改性剂的粒径为2μm-4μm，长径比为8-12:1。
7.根据权利要求6所述的一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料，其特征在于：每份所述耐热改性剂为PBS与聚苯基三(二甲基硅氧烷)的共聚物、纳米针状硅酸钙和纳米针状透明粉中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料，其特征在于：每份所述成核剂为芳基磺酸钙、中空二氧化硅和1,3,5-苯三羧酰胺中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种全降解高透明高耐热化妆品包装材料，其特征在于：所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯中的至少一种。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的全降解高透明高耐热化妆品包装材料的制备方法，其特征在于：通过如下步骤制得：
1)按照重量份，将PLA的具体种类加入搅拌装置中以100～200r/min的转速混合搅拌2～4min，得到混合物A，备用；
2)按照重量份，将耐热改性剂、成核剂和抗氧剂加入混合物A中，以200～300r/min的转速混合搅拌5～10min，得到混合物B，备用；
3)将混合物B从挤出机的主喂料口加入，在185～200℃的温度下进行熔融挤出，即得到全降解高透明高耐热化妆品包装材料。
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