CN114426764A - 一种阻燃环保包装膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阻燃环保包装膜及其制备方法，属于环保塑料技术领域，该包装膜包括如下重量份原料：生物基复合材料120份、润滑剂0.1‑0.2份、助剂8‑9份、改性淀粉7‑9份、阻燃剂7‑9份、稳定剂1‑2份；制备方法包括如下步骤：按重量份将生物基复合材料、润滑剂、改性淀粉、阻燃剂、稳定剂混合；将混合后的原料加入双螺杆挤出机中，加入助剂，挤出造粒，出粒烘干后得到树脂料，将得到的树脂料经吹塑成膜。通过加入自制的助剂，有助于薄膜韧性的提升，且不影响降解效果。此外，通过改性剂对淀粉进行改性，提高疏水性，改性淀粉也可以提高阻燃剂与基体的混合效果，对于产品的机械性能的提高起到促进作用。

Description

一种阻燃环保包装膜及其制备方法
技术领域
本发明属于环保塑料技术领域，具体地，涉及一种阻燃环保包装膜及其制备方法。
背景技术
塑料因具有密度小、强度高、耐腐蚀、无毒以及优异的介电性能、良好的化学稳定性、抗腐蚀、价格低廉、成型加工容易等优点，被广泛应用于化工、食品、药品等行业，而且随着外卖、快递行业的发展，塑料包装的大量使用会产生大量的废弃物，塑料不易分解也不易回收，对土壤、海洋以及空气的污染，会影响生态环境，通过填埋、焚烧等处理也会破坏环境。
各种可降解塑料不断出现，可降解塑料在生物环境的作用下，可以自行分解，无论对人还是对环境都无害，属于环境友好型的绿色包装材料。
现有方案中的淀粉基可降解塑料主要存在以下缺陷：力学性能仍存在缺陷，耐热性能差，不能反复加工；加工方法复杂，加工温度范围窄，对温度极为敏感；耐水性差，从而更加导致耐候性差；而正因为传统的淀粉基降解塑料存在的诸多缺陷，限制了其大规模推广应用。
发明内容
为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供一种阻燃环保包装膜及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种阻燃环保包装膜，包括如下重量份原料：
生物基复合材料120份、润滑剂0.1-0.2份、助剂8-9份、改性淀粉7-9份、阻燃剂7-9份、稳定剂1-2份；
一种阻燃环保包装膜的制备方法，包括如下步骤：
按重量份将120份生物基复合材料、0.1-0.2份润滑剂、7-9份改性淀粉、7-9份阻燃剂、1-2份稳定剂混合；
将混合后的原料加入双螺杆挤出机中，挤出过程中挤出机侧线用蠕动泵定量加入助剂，挤出造粒，出粒烘干后得到树脂料，将得到的树脂料经吹膜机吹塑成膜，挤出温度140-170℃，流延温度45℃，纵向拉伸温度90℃、拉伸比为3.0，横向拉伸温度70℃、拉伸比为3.2。
所述助剂通过如下步骤制备：
在氮气保护条件下，将柠檬酸、醇单体和阻聚剂混合，在温度为165℃条件下，搅拌20min，然后降温至145℃继续搅拌1h，然后降温至50℃加入植酸，继续搅拌30min，然后升温至140-150℃，继续搅拌2h，得到助剂。柠檬酸、醇单体、植酸发生交联制得的助剂，属于全生物基物质，易降解，柠檬酸、醇单体发生酯化反应，将柠檬酸反应后，剩余的羟基可以与植酸发生反应，植酸是一种安全可再生的相容性好的物质，易获取，其含磷量高达28％，通过引入植酸，制得的助剂具有脱水作用，促进成炭。
助剂的主体为柠檬酸酯类物质，不易挥发，耐迁移性强，可降解，与聚乳酸具有良好的相容性，提高聚乳酸、PBAT的共混效果，有助于薄膜韧性的提升。
进一步地，所述醇单体为1，10-癸二醇，阻聚剂为2，5-二叔丁基对苯二酚，阻聚剂的添加量为柠檬酸摩尔量的3％。
进一步地，柠檬酸中羧基和醇单体中羟基的摩尔比为1：2；柠檬酸和植酸的质量比为1：0.2-0.3。
进一步地，所述润滑剂为聚乙烯蜡和硬脂酸镁中的一种。均为环保无毒的物质。
进一步地，所述生物基复合材料由聚乳酸、PBAT组成，所述聚乳酸、PBAT的重量比为1：4。所述的聚乳酸的重均分子量1.5×105g·mol-1。PBAT为己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物。
进一步地，所述阻燃剂为聚磷酸铵。
进一步地，改性淀粉通过如下步骤制备：
步骤S11、将9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物和二甲苯混合，然后升温至80℃，滴加混合液，加完后回流反应24h，反应结束后冷却至室温，然后减压浓缩除去溶剂，得到改性剂；改性剂中加入了2-辛烯基琥珀酸酐，引入烷基长链，一方面可以提高改性淀粉的疏水效果，另一方面，烷基长链可以***聚合物链之间，削弱大分子间的作用力，破坏交联点，使得聚合物骨架延展，增加了分子链的柔性，起到了增韧的作用。
步骤S12、在氮气保护条件下，将淀粉和吡啶混合，加热回流反应4h，降温至75℃左右，加入改性剂和4-二甲氨基吡啶，加热回流反应24h，反应结束后，将反应液降温至25℃左右，用无水乙醇洗涤，然后经过过滤、干燥，得到改性淀粉。淀粉表面存在大量的羟基，阻燃剂聚磷酸铵也属于铵盐，二者与聚乳酸等疏水材料的界面相互作用很差，本发明中的改性淀粉是通过磷酸对淀粉进行处理，与磷化淀粉类似，改善了淀粉、阻燃剂与基体之间的相容性，此外，通过改性淀粉和聚磷酸铵复配能提高阻燃效果，在燃烧实验中可以形成稳定的膨胀炭层，实现阻燃的目的，提高热稳定性。
进一步地，步骤S11中所述的混合液为2-辛烯基琥珀酸酐和四氢呋喃按照1g：5mL混合而成，9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物和混合液的用量比为1g：5mL；
步骤S12中改性剂需溶解在二甲基亚砜中后加入，淀粉、吡啶、改性剂和4-二甲氨基吡啶的用量比为2g：10mL：3g：0.4g。
进一步地，稳定剂为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛按照质量比1：1混合而成。
本发明的有益效果：
现有技术中用于增韧的添加剂绝大部分为石油基的，即非生物基，对聚乳酸的生物可降解性能有影响，本发明中，通过加入自制的助剂，不易挥发，耐迁移性强，可降解，与聚乳酸具有良好的相容性，提高聚乳酸、PBAT的共混效果，有助于薄膜韧性的提升，且不影响降解效果。
此外，淀粉是可完全生物降解的天然多糖高分子，具有来源广和可再生的优势。将淀粉与聚乳酸共混制备的生物基复合材料，在保持生物降解特性的同时可以降低聚乳酸复合材料的成本，满足更多领域的应用。所以本发明中，通过改性剂对淀粉进行改性，提高疏水性，改性淀粉也可以提高阻燃剂与基体的混合效果，对于产品的机械性能的提高起到促进作用。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备改性淀粉：
步骤S11、将9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物和二甲苯混合，然后升温至80℃，滴加混合液，加完后回流反应24h，反应结束后冷却至室温，然后减压浓缩除去溶剂，得到改性剂；混合液为2-辛烯基琥珀酸酐和四氢呋喃按照1g：5mL混合而成，9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物和混合液的用量比为1g：5mL；
步骤S12、在氮气保护条件下，将淀粉和吡啶混合，加热回流反应4h，降温至75℃左右，将改性剂和二甲基亚砜混合后加入，并加入4-二甲氨基吡啶，加热回流反应24h，反应结束后，将反应液降温至25℃左右，用无水乙醇洗涤，然后经过过滤、干燥，得到改性淀粉。改性剂需溶解在二甲基亚砜中后加入，淀粉、吡啶、改性剂和4-二甲氨基吡啶的用量比为2g：10mL：3g：0.4g。
实施例2
制备助剂：
在氮气保护条件下，将柠檬酸、1，10-癸二醇和2，5-二叔丁基对苯二酚混合，在温度为165℃条件下，搅拌20min，然后降温至145℃继续搅拌1h，然后降温至50℃加入植酸，继续搅拌30min，然后升温至140℃，继续搅拌2h，得到助剂。
2，5-二叔丁基对苯二酚的添加量为柠檬酸摩尔量的3％；柠檬酸中羧基和1，10-癸二醇中羟基的摩尔比为1：2；柠檬酸和植酸的质量比为1：0.2。
实施例3
制备助剂：
在氮气保护条件下，将柠檬酸、1，10-癸二醇和2，5-二叔丁基对苯二酚混合，在温度为165℃条件下，搅拌20min，然后降温至145℃继续搅拌1h，然后降温至50℃加入植酸，继续搅拌30min，然后升温至150℃，继续搅拌2h，得到助剂。
2，5-二叔丁基对苯二酚的添加量为柠檬酸摩尔量的3％；柠檬酸中羧基和1，10-癸二醇中羟基的摩尔比为1：2；柠檬酸和植酸的质量比为1：0.3。
实施例4
一种阻燃环保包装膜的制备方法，包括如下步骤：
按重量份将120份生物基复合材料、0.1份润滑剂、7份实施例1制得的改性淀粉、7份聚磷酸铵、1份聚乙烯蜡混合；将混合后的原料加入双螺杆挤出机中，挤出过程中挤出机侧线用蠕动泵定量加入8份实施例2制得的助剂，挤出造粒，出粒烘干后得到树脂料，将得到的树脂料经吹膜机吹塑成膜，挤出温度140-170℃，流延温度45℃，纵向拉伸温度90℃、拉伸比为3.0，横向拉伸温度70℃、拉伸比为3.2。
其中，生物基复合材料由聚乳酸、PBAT组成，所述聚乳酸、PBAT的重量比为1：4。所述的聚乳酸的重均分子量1.5×105g·mol-1。PBAT为己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物。稳定剂为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛按照质量比1：1混合而成。
实施例5
一种阻燃环保包装膜的制备方法，包括如下步骤：
按重量份将120份生物基复合材料、0.3份聚乙烯蜡、8份实施例1制得的改性淀粉、8份聚磷酸铵、2份稳定剂混合；将混合后的原料加入双螺杆挤出机中，挤出过程中挤出机侧线用蠕动泵定量加入9份实施例2制得的助剂，挤出造粒，出粒烘干后得到树脂料，将得到的树脂料经吹膜机吹塑成膜，挤出温度140-170℃，流延温度45℃，纵向拉伸温度90℃、拉伸比为3.0，横向拉伸温度70℃、拉伸比为3.2。
其中，生物基复合材料由聚乳酸、PBAT组成，所述聚乳酸、PBAT的重量比为1：4。所述的聚乳酸的重均分子量1.5×105g·mol-1。PBAT为己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物。稳定剂为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛按照质量比1：1混合而成。
实施例6
一种阻燃环保包装膜的制备方法，包括如下步骤：
按重量份将120份生物基复合材料、0.2份硬脂酸镁、9份实施例1制得的改性淀粉、9份聚磷酸铵、2份稳定剂混合；将混合后的原料加入双螺杆挤出机中，挤出过程中挤出机侧线用蠕动泵定量加入9份实施例3制得的助剂，挤出造粒，出粒烘干后得到树脂料，将得到的树脂料经吹膜机吹塑成膜，挤出温度140-170℃，流延温度45℃，纵向拉伸温度90℃、拉伸比为3.0，横向拉伸温度70℃、拉伸比为3.2。
其中，生物基复合材料由聚乳酸、PBAT组成，所述聚乳酸、PBAT的重量比为1：4。所述的聚乳酸的重均分子量1.5×105g·mol-1。PBAT为己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物。稳定剂为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛按照质量比1：1混合而成。
对比例1
将实施例5中的助剂换成柠檬酸三丁酯，其余原料及制备过程保持不变。
对比例2
将实施例1中的2-辛烯基琥珀酸酐换成马来酸酐，其余原料及制备过程保持不变，制得改性淀粉B；将实施例5中的改性淀粉换成改性淀粉B，其余原料及制备过程保持不变。
取同样大小的实施例4-6制备的包装膜，计为m0，然后埋于10cm处，每隔5天取出，然后用乙醇洗涤干净后干燥称量，计为m1，生物降解率＝(m0-m1)/m0×100％，测试完全降解天数。
通过垂直燃烧和LOI进行阻燃性能测试；
将制得的颗粒制成样条，并根据ASTMD3801，在AG5100B型水平垂直燃烧测定仪中进行垂直燃烧试验，样条尺寸规格按照130mm×13mm×3mm，点火2次(时间均为10s)进行材料燃烧性能测试；
根据ASTMD2863-97，在JF-3型氧指数测试仪上进行LOI测试，样条的尺寸规格为100mm×6.5mm×3mm。
测试结果如表1所示：
表1
实施例9 实施例10 实施例1 对比例1 对比例2
天数 30 30 30 30 30
氧指数/％ 31.1 31.0 30.8 27.3 30.4
阻燃等级 V0 V0 V0 V1 V0
通过加入的改性淀粉和助剂，配合阻燃剂，提高阻燃性能。
机械强度测定，取同样大小的实施例4-6制备的包装膜，检测方法：参考GB/T1040.1-2006；测试结果如下表2所示：
表2
实施例4 实施例5 实施例6 对比例1 对比例2
拉伸强度/MPa 48.5 48.7 48.1 42.1 37.9
断裂伸长率/％ 548 549 546 495 481
从表2数据可知，本发明制得的包装膜的机械性能更好，能满足更多需求。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种阻燃环保包装膜，其特征在于，包括如下重量份原料：
生物基复合材料120份、润滑剂0.1-0.2份、助剂8-9份、改性淀粉7-9份、阻燃剂7-9份、稳定剂1-2份；
所述助剂通过如下步骤制备：
在氮气保护条件下，将柠檬酸、醇单体和阻聚剂混合，在温度为165℃条件下，搅拌20min，然后降温至145℃继续搅拌1h，然后降温至50℃加入植酸，继续搅拌30min，然后升温至140-150℃，继续搅拌2h，得到助剂。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃环保包装膜，其特征在于，所述醇单体为1，10-癸二醇，阻聚剂为2，5-二叔丁基对苯二酚，阻聚剂的添加量为柠檬酸摩尔量的3％。
3.根据权利要求1所述的一种阻燃环保包装膜，其特征在于，柠檬酸中羧基和醇单体中羟基的摩尔比为1：2；柠檬酸和植酸的质量比为1：0.2-0.3。
4.根据权利要求1所述的一种阻燃环保包装膜，其特征在于，所述润滑剂为聚乙烯蜡和硬脂酸镁中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种阻燃环保包装膜，其特征在于，所述生物基复合材料由聚乳酸、PBAT组成，所述聚乳酸、PBAT的重量比为1：4。
6.根据权利要求1所述的一种阻燃环保包装膜，其特征在于，所述阻燃剂为聚磷酸铵。
7.根据权利要求1所述的一种阻燃环保包装膜，其特征在于，稳定剂为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛按照质量比1：1混合而成。
8.根据权利要求1所述的一种阻燃环保包装膜，其特征在于，改性淀粉通过如下步骤制备：
步骤S11、将9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物和二甲苯混合，然后升温至80℃，滴加混合液，加完后回流反应24h，得到改性剂；
步骤S12、在氮气保护条件下，将淀粉和吡啶混合，加热回流反应4h，降温，加入改性剂和4-二甲氨基吡啶，加热回流反应24h，得到改性淀粉。
9.根据权利要求1所述的一种阻燃环保包装膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按重量份将生物基复合材料、润滑剂、改性淀粉、阻燃剂、稳定剂混合；将混合后的原料加入双螺杆挤出机中，加入助剂，挤出造粒，出粒烘干后得到树脂料，将得到的树脂料经吹塑成膜，挤出温度140-170℃，流延温度45℃，纵向拉伸温度90℃、拉伸比为3.0，横向拉伸温度70℃、拉伸比为3.2。
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