高阻隔改性聚乙烯高分子材料及其制备方法与在药品包装中的应用与流程

本技术涉及聚乙烯高分子材料领域，更具体地说，它涉及一种高阻隔改性聚乙烯高分子材料及其制备方法与在药品包装中的应用。

背景技术：

1、聚乙烯作为一种通用型高分子材料，具有化学稳定性优异、生物相容性好、加工简便、成本低廉及易回收等突出优势，在包装领域应用广泛。但传统聚乙烯材料的分子链结构松散，内部存在较多自由体积，导致其对氧气、水蒸气等气体的阻隔性能较差，易引发药品氧化、潮解、变质等问题，难以直接满足药品包装的高阻隔要求，极大限制了其在高端医药包装领域的应用范围。

2、相关技术中，采用阻水阻湿性好高密度聚乙烯作为主要原料，但阻气性能差，无法满足药品包装使用需求，因此在高密度聚乙烯基体中添加纳米蒙脱土、纳米二氧化硅、纳米碳化硅等无机填料，利用填料的层状结构或纳米效应构建“迷宫式”阻隔路径，以降低水和气体渗透速率，虽可提升阻隔性，但提升效果不显著，还会导致高密度聚乙烯力学性能下降，难以满足药品包装的实际使用需求。

技术实现思路

1、为了提高聚乙烯高分子材料的阻隔性，本技术提供了一种高阻隔改性聚乙烯高分子材料及其制备方法与在药品包装中的应用。

2、第一方面，本技术提供一种高阻隔改性聚乙烯高分子材料，其采用如下技术方案：

3、所述改性聚乙烯高分子材料包括如下重量份的原料：高密度聚乙烯树脂70-80份、乙烯-乙烯醇共聚物10-15份、pa6 10-15份、纳米氧化锌3-6份、纳米阳离子交换树脂1-3份；

4、所述高密度聚乙烯树脂的190℃/2.16kg熔融指数为1.2g/10min，密度为0.969g/cm3。

5、通过采用上述技术方案，选用190℃/2.16kg熔融指数为1.2g/10min，密度为0.969g/cm3的高密度聚乙烯树脂，其自身具有较高的水汽阻隔性，100%rh/38℃水汽透过量为0.71gm/m2-day，0%rh/ 23℃氧气透过率为335cc/m2-day，190℃/2.16kg熔融指数为0.85g/10min，密度为0.962g/cm3的高密度聚乙烯树脂，100%rh/38℃水汽透过量为2.50gm/m2-day，0%rh/ 23℃氧气透过率为1188.50cc/m2-day，可见选用190℃/2.16kg熔融指数为1.2g/10min，密度为0.969g/cm3的高密度聚乙烯树脂，可保证改性聚乙烯高分子材料具有较高的基础阻隔性能。

6、加入乙烯-乙烯醇共聚物分子链中大量的羟基可形成分子间氢键，对氧气、二氧化碳等非极性气体具有极强的吸附与阻滞作用，但对水蒸气阻隔性较差，而pa6的酰胺键同样能通过氢键构建致密结构，对水蒸气和有机溶剂的阻隔性优异，两者配合加入，可同时实现改性聚乙烯高分子材料对非极性气体、水蒸气 、极性溶剂的广谱阻隔。

7、纳米氧化锌为刚性颗粒，倾向于均匀分散在高密度聚乙烯树脂基体的无定形区，以及高密度聚乙烯树脂与乙烯-乙烯醇共聚物、pa6的相界面处。当小分子渗透时，需绕开纳米氧化锌颗粒，扩散路径被初步拉长，纳米阳离子交换树脂软质颗粒，表面带有亲水基团，更易富集在乙烯-乙烯醇共聚物、pa6分散相的内部空隙，以及纳米氧化锌颗粒之间的间隙中。小分子在穿越纳米氧化锌形成的曲折路径后，还需绕过纳米阳离子交换树脂。另外，纳米阳离子交换树脂的极性基团可与纳米氧化锌表面的锌离子形成配位键，提升纳米氧化锌分散性，并且纳米阳离子交换树脂的多孔结构可吸附氧气、水汽、酸碱小分子，减少其在高密度聚乙烯基体中的扩散量；纳米氧化锌则填充在树脂颗粒与高密度聚乙烯的界面间隙，减少界面渗透通道，二者形成吸附和封堵的双重屏障，从而提高改性聚乙烯高分子材料的阻隔性。

8、作为优选：所述纳米阳离子交换树脂与纳米氧化锌的重量份比为1：（2-5）。

9、通过采用上述方案，调整纳米阳离子交换树脂与纳米氧化锌的重量份比，可进一步提高纳米氧化锌的分散性，提高改性聚乙烯高分子材料的阻隔性

10、作为优选：所述纳米氧化锌通过硬脂酸改性制得，具体包括以下操作步骤：

11、s1、将纳米氧化锌加至0.5mol/l的稀盐酸溶液中，搅拌30min，去离子水洗涤，干燥，得到预处理后的纳米氧化锌；

12、s2、将预处理后的纳米氧化锌和硬脂酸加入高速混合机，升温至 110~120℃，1500r/min搅拌20min，冷却，粉碎，得到改性纳米氧化锌。

13、通过采用上述方案，采用硬脂酸改性纳米氧化锌，可进一步提高纳米氧化锌在高密度聚乙烯树脂体系中的分散均匀性，从而进一步提升改性聚乙烯高分子材料的阻隔性。

14、先将纳米氧化锌加至稀盐酸溶液搅拌进行酸蚀活化预处理，形成粗糙界面，增加比表面积和活性羟基位点，利于后续硬脂酸的羧基牢固地结合在纳米氧化锌表面，提升硬脂酸包覆纳米氧化锌的结合力。

15、作为优选：所述硬脂酸的用量为纳米氧化锌质量的3%-5%。

16、通过采用上述方案，将硬脂酸的用量控制为纳米氧化锌质量的3%-5%，可进一步提升硬脂酸包覆纳米氧化锌的均匀性，提高纳米氧化锌在改性聚乙烯高分子材料体系中的分散性，从而进一步提升改性聚乙烯高分子材料的阻隔性能。

17、作为优选：所述改性聚乙烯高分子材料还包括如下重量份原料：马来酸酐接枝hdpe 0.3-0.5份、纳米蒙皂石0.1-0.3份。

18、通过采用上述技术方案，纳米蒙皂石片层径厚比大，延长扩散路径，阻隔效率较高。而加入马来酸酐接枝hdpe，非极性主链与高密度聚乙烯树脂基体相容、极性酸酐基团与纳米蒙皂石表面羟基反应或形成氢键，大幅改善纳米蒙皂石的分散性，减少小分子在基体中的溶解与扩散系数，进一步提升改性聚乙烯高分子材料的阻隔性。

19、作为优选：所述纳米蒙皂石与马来酸酐接枝hdpe的重量份比为1:（2-4）。

20、通过采用上述技术方案，调整纳米蒙皂石与马来酸酐接枝hdpe的重量份比，可进一步提升纳米蒙皂石的分散性，从而进一步提高改性聚乙烯高分子材料的阻隔性。

21、第二方面，本技术提供一种上述任一项高阻隔改性聚乙烯高分子材料的制备方法，具体通过以下技术方案得以实现：

22、一种高阻隔改性聚乙烯高分子材料的制备方法，其包括以下操作步骤：称取干燥处理后的各原料，以800~1200r/min、40~50℃混合5-10min，加入双螺杆挤出机中，进行熔融共混造粒，切粒，在60-70℃下干燥1-2h，得到高阻隔改性聚乙烯高分子材料。

23、第三方面，本技术提供一种上述任一所述的高阻隔改性聚乙烯高分子材料在药品包装中的应用。

24、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

25、（1）本技术通过控制改性聚乙烯高分子材料各原料种类和掺量，并控制纳米阳离子交换树脂与纳米氧化锌的重量份比，使改性聚乙烯高分子材料药品包装瓶氧气透过率和水汽透过率为300-302cc/m2-day和0.55-0.58gm/m2-day，提高了聚乙烯高分子材料的阻隔性。

26、（2）本技术通过对纳米氧化锌进行改性，并调整硬脂酸的用量，使改性聚乙烯高分子材料药品包装瓶氧气透过率和水汽透过率为291-294cc/m2-day和0.48-0.51gm/m2-day，进一步提升了聚乙烯高分子材料的阻隔性。

27、（3）本技术通过在原料中加入纳米蒙皂石与马来酸酐接枝hdpe，并控制二者重量份比，使改性聚乙烯高分子材料药品包装瓶氧气透过率和水汽透过率为280-285cc/m2-day和0.42-0.44gm/m2-day，进一步提升了聚乙烯高分子材料的阻隔性。