一种降解可控的食品包装材料及制备方法与流程

1.本发明涉及高分子可降解材料技术领域，具体涉及一种降解可控的食品包装材料及制备方法。


背景技术：

2.目前，塑料制品的频繁使用引起了非常严重的“白色污染”问题，已成为世界性的危害，其中部分产品使用纸制品代替，但是纸质品的成本较高，推广使用效果不佳。因此，为了解决塑料废弃物制品的污染问题，除了回收再利用外，发展可降解塑料也是解决目前环境“白色污染”的重要途径。
3.可降解材料是指一定时间内，在热力学和动力学意义上都可以降解的一类材料，可分为光降解材料、生物降解材料和光
‑
生物双降解材料。其中，生物降解材料是指通过自然界中的微生物(细菌、真菌和藻类)进行分解，导致高分子材料的分子结构产生变化(分子量降低，断裂成小分子化合物)，最终成为单体或者二氧化碳和水被排入到大自然中。但是，目前生物降解材料大多处于研发阶段，适于推广应用的生物降解材料更是寥寥无几，对于降解可控的生物降解材料更是处于研发的萌芽状态，从而严重制约生物降解材料在食品包装行业上的推广应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种降解可控的食品包装材料及制备方法，本发明提出的一种降解可控的食品包装材料，由聚乳酸、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯、淀粉、偶联剂、扩链剂、吸水性树脂依次经原材料烘干、共混、造粒、加工制备而成，本发明的一种降解可控的食品包装材料具有较高的冲击强度和良好的韧性，并且能够实现降解过程可控，具有优异的环境效益和市场前景；本发明提出的一种降解可控的食品包装材料的制备方法，依次包括原材料的烘干、共混、造粒、加工四个工序，操作步骤简单，与现有食品包装材料加工设备的植入性强，经济实用性好，实施可行性高。
5.为实现上述目的，本发明技术方案目的之一是设计一种降解可控的食品包装材料，包括以下重量组分：聚乳酸20～55份、聚己内酯5～15份、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯25～55份、淀粉20～40份、偶联剂0.5～1份、扩链剂0.5～1.5份、吸水性树脂1～3份。
6.优选的技术方案是，所述的聚乳酸为l
‑
聚乳酸，其重均分子量为10万。
7.优选的技术方案还有，所述聚己内酯的重均分子量为6万。
8.优选的技术方案还有，所述聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯的重均分子量为8万。
9.优选的技术方案还有，所述的淀粉为木薯淀粉。
10.优选的技术方案还有，所述的偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷。
11.优选的技术方案还有，所述的扩链剂为adr
‑
4370s。
12.优选的技术方案还有，所述的吸水性树脂粒径为120目。
13.本发明技术方案目的之二是设计一种降解可控的食品包装材料的制备方法，用于制备上述的降解可控的食品包装材料，包括如下步骤：
14.s1：将聚乳酸、聚己内酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯、淀粉和吸水性树脂置于烘箱中，于80℃温度条件下，烘制8～12h；
15.s2：将步骤s1干燥后的聚乳酸20～55份、聚己内酯5～15份、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯25～55份、淀粉20～40份、吸水性树脂1～3份以及偶联剂0.5～1份、扩链剂0.5～1.5份置于高速混合机中，于60℃温度条件下，混合13～20min，得混合物料；
16.s3：将步骤s2制备的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得降解可控的食品包装材料母粒，其工艺条件为120～180℃、螺杆转速为200r/min、螺杆长径比为48∶1；
17.s4：将步骤s3制备的降解可控的食品包装材料母粒加工为降解可控的食品包装材料。
18.本发明的优点和有益效果在于：
19.1、本发明提出的一种降解可控的食品包装材料，由聚乳酸、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯、淀粉、偶联剂、扩链剂、吸水性树脂依次经原材料烘干、共混、造粒、加工制备而成，本发明的一种降解可控的食品包装材料具有较高的冲击强度和良好的韧性。当在高温环境下，吸水性树脂中的水分挥发渗透到聚乳酸(pla)、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯(pbat)和聚己内酯(pcl)中时发生水解，加速材料降解，实现降解过程可控，具有优异的环境效益和市场前景。
20.2、本发明提出的一种降解可控的食品包装材料的制备方法，依次包括原材料的烘干、共混、造粒、加工四个工序，操作步骤简单，与现有食品包装材料加工设备的植入性强，经济实用性好，实施可行性高。
具体实施方式
21.下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
22.实施例1
23.一种降解可控的食品包装材料，包括以下重量组分：聚乳酸20份、聚己内酯15份、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯35份、淀粉30份、偶联剂0.8份、扩链剂1.2份、吸水性树脂1份。
24.优选地，所述的聚乳酸为l
‑
聚乳酸，其重均分子量为10万；所述聚己内酯的重均分子量为5万；所述聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯的重均分子量为6.5万；所述的淀粉为木薯淀粉；所述的偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷；所述的扩链剂为adr
‑
4370s；所述的吸水性树脂粒径为120目。
25.实施例1中一种降解可控的食品包装材料的制备方法，包括如下步骤：
26.s1：将聚乳酸、聚己内酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯、淀粉和吸水性树脂置于烘箱中，于80℃温度条件下，烘制12h；
27.s2：将步骤s1干燥后的聚乳酸20份、聚己内酯15份、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯35份、淀粉30份、吸水性树脂1份以及偶联剂0.8份、扩链剂1.2份置于高速混合
机中，于60℃温度条件下，混合15min，得混合物料；
28.s3：将步骤s2制备的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得降解可控的食品包装材料母粒，螺杆转速200r/min、螺杆长径比为48∶1，挤出温度分别设置为120℃、150℃、160℃、160℃、160℃、170℃、170℃、170℃，175℃、180℃；
29.s4：将步骤s3制备的降解可控的食品包装材料母粒加工为降解可控的食品包装材料。
30.实施例2
31.一种降解可控的食品包装材料，包括以下重量组分：聚乳酸30份、聚己内酯15份、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯35份、淀粉20份、偶联剂0.5份、扩链剂1.5份、吸水性树脂1份。
32.优选地，所述的聚乳酸为l
‑
聚乳酸，其重均分子量为10万；所述聚己内酯的重均分子量为5万；所述聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯的重均分子量为6.5万；所述的淀粉为木薯淀粉；所述的偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷；所述的扩链剂为adr
‑
4370s；所述的吸水性树脂粒径为120目。
33.实施例2中一种降解可控的食品包装材料的制备方法，包括如下步骤：
34.s1：将聚乳酸、聚己内酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯、淀粉和吸水性树脂置于烘箱中，于80℃温度条件下，烘制12h；
35.s2：将步骤s1干燥后的聚乳酸30份、聚己内酯15份、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯35份、淀粉20份、吸水性树脂1份以及偶联剂0.5份、扩链剂1.5份置于高速混合机中，于60℃温度条件下，混合15min，得混合物料；
36.s3：将步骤s2制备的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得降解可控的食品包装材料母粒，螺杆转速200r/min、螺杆长径比为48∶1，挤出温度分别设置为120℃、150℃、160℃、160℃、160℃、170℃、170℃、170℃，175℃、180℃；
37.s4：将步骤s3制备的降解可控的食品包装材料母粒加工为降解可控的食品包装材料。
38.实施例3
39.一种降解可控的食品包装材料，包括以下重量组分：聚乳酸20份、聚己内酯5份、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯35份、淀粉40份、偶联剂1份、扩链剂0.5份、吸水性树脂3份。
40.优选地，所述的聚乳酸为l
‑
聚乳酸，其重均分子量为10万；所述聚己内酯的重均分子量为5万；所述聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯的重均分子量为6.5万；所述的淀粉为木薯淀粉；所述的偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷；所述的扩链剂为adr
‑
4370s；所述的吸水性树脂粒径为120目。
41.实施例3中一种降解可控的食品包装材料的制备方法，包括如下步骤：
42.s1：将聚乳酸、聚己内酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯、淀粉和吸水性树脂置于烘箱中，于80℃温度条件下，烘制12h；
43.s2：将步骤s1干燥后的聚乳酸20份、聚己内酯5份、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯35份、淀粉40份、吸水性树脂3份以及偶联剂1份、扩链剂0.5份置于高速混合机中，于60℃温度条件下，混合15min，得混合物料；
44.s3：将步骤s2制备的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得降解可控的食品包装材料母粒，螺杆转速200r/min、螺杆长径比为48∶1，挤出温度分别设置为120℃、150℃、160℃、160℃、160℃、170℃、170℃、170℃，175℃、180℃；
45.s4：将步骤s3制备的降解可控的食品包装材料母粒加工为降解可控的食品包装材料。
46.实施例4
47.一种降解可控的食品包装材料，包括以下重量组分：聚乳酸30份、聚己内酯15份、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯25份、淀粉30份、偶联剂0.8份、扩链剂1.2份、吸水性树脂3份。
48.优选地，所述的聚乳酸为l
‑
聚乳酸，其重均分子量为10万；所述聚己内酯的重均分子量为5万；所述聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯的重均分子量为6.5万；所述的淀粉为木薯淀粉；所述的偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷；所述的扩链剂为adr
‑
4370s；所述的吸水性树脂粒径为120目。
49.实施例4中一种降解可控的食品包装材料的制备方法，包括如下步骤：
50.s1：将聚乳酸、聚己内酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯、淀粉和吸水性树脂置于烘箱中，于80℃温度条件下，烘制12h；
51.s2：将步骤s1干燥后的聚乳酸30份、聚己内酯15份、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯25份、淀粉30份、吸水性树脂3份以及偶联剂0.8份、扩链剂1.2份置于高速混合机中，于60℃温度条件下，混合15min，得混合物料；
52.s3：将步骤s2制备的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得降解可控的食品包装材料母粒，螺杆转速200r/min、螺杆长径比为48∶1，挤出温度分别设置为120℃、150℃、160℃、160℃、160℃、170℃、170℃、170℃，175℃、180℃；
53.s4：将步骤s3制备的降解可控的食品包装材料母粒加工为降解可控的食品包装材料。
54.对比例1
55.一种可降解的食品包装材料，包括以下重量组分：聚乳酸55份、聚己内酯15份、淀粉30份、偶联剂0.8份、扩链剂1.2份、吸水性树脂3份。
56.优选地，所述的聚乳酸为l
‑
聚乳酸，其重均分子量为10万；所述聚己内酯的重均分子量为5万；所述的淀粉为木薯淀粉；所述的偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷；所述的扩链剂为adr
‑
4370s；所述的吸水性树脂粒径为120目。
57.对比例1中一种可降解的食品包装材料的制备方法，包括如下步骤：
58.s1：将聚乳酸、聚己内酯、淀粉和吸水性树脂置于烘箱中，于80℃温度条件下，烘制12h；
59.s2：将步骤s1干燥后的聚乳酸55份、聚己内酯15份、淀粉30份、吸水性树脂3份以及偶联剂0.8份、扩链剂1.2份置于高速混合机中，于60℃温度条件下，混合15min，得混合物料；
60.s3：将步骤s2制备的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得可降解的食品包装材料母粒，螺杆转速200r/min、螺杆长径比为48∶1，挤出温度分别设置为120℃、150℃、160℃、160℃、160℃、170℃、170℃、170℃，175℃、180℃；
61.s4：将步骤s3制备的可降解的食品包装材料母粒加工为可降解的食品包装材料。
62.对比例2
63.一种可降解的食品包装材料，包括以下重量组分：聚己内酯15份、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯55份、淀粉30份、偶联剂0.8份、扩链剂1.5份、吸水性树脂3份。
64.优选地，所述聚己内酯的重均分子量为5万；所述聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯的重均分子量为6.5万；所述的淀粉为木薯淀粉；所述的偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷；所述的扩链剂为adr
‑
4370s；所述的吸水性树脂粒径为120目。
65.对比例2中一种可降解的食品包装材料的制备方法，包括如下步骤：
66.s1：将聚己内酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯、淀粉和吸水性树脂置于烘箱中，于80℃温度条件下，烘制12h；
67.s2：将步骤s1干燥后的聚己内酯15份、聚对苯二甲酸丁二醇酯
‑
己二酸丁二醇酯55份、淀粉30份、吸水性树脂3份以及偶联剂0.8份、扩链剂1.5份置于高速混合机中，于60℃温度条件下，混合15min，得混合物料；
68.s3：将步骤s2制备的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得可降解的食品包装材料母粒，螺杆转速200r/min、螺杆长径比为48∶1，挤出温度分别设置为120℃、150℃、160℃、160℃、160℃、170℃、170℃、170℃，175℃、180℃；
69.s4：将步骤s3制备的可降解的食品包装材料母粒加工为可降解的食品包装材料。
70.对比例3
71.一种可降解的食品包装材料，包括以下重量组分：聚乳酸30份、聚己内酯15份、聚对苯二甲酸丁二醇酯
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己二酸丁二醇酯35份、淀粉20份、偶联剂0.5份、扩链剂0.5份。
72.优选地，所述的聚乳酸为l
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聚乳酸，其重均分子量为10万；所述聚己内酯的重均分子量为5万；所述聚对苯二甲酸丁二醇酯
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己二酸丁二醇酯的重均分子量为6.5万；所述的淀粉为木薯淀粉；所述的偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷；所述的扩链剂为adr
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4370s。
73.对比例1中一种降解可控的食品包装材料的制备方法，包括如下步骤：
74.s1：将聚乳酸、聚己内酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯
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己二酸丁二醇酯、淀粉置于烘箱中，于80℃温度条件下，烘制12h；
75.s2：将步骤s1干燥后的聚乳酸30份、聚己内酯15份、聚对苯二甲酸丁二醇酯
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己二酸丁二醇酯35份、淀粉20份、以及偶联剂0.5份、扩链剂0.5份置于高速混合机中，于60℃温度条件下，混合15min，得混合物料；
76.s3：将步骤s2制备的混合物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得可降解的食品包装材料母粒，螺杆转速200r/min、螺杆长径比为48∶1，挤出温度分别设置为120℃、150℃、160℃、160℃、160℃、170℃、170℃、170℃，175℃、180℃；
77.s4：将步骤s3制备的可降解的食品包装材料母粒加工为可降解的食品包装材料。
78.将实施例1～4中制备的降解可控的食品包装材料和对比例1～3中制备的可降解的食品包装材料分别按照gbt 1040.2
‑
2006《塑料拉伸性能的测定第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件》进行拉伸强度、断裂伸长率测试，按照gb/t9341
‑
2008《塑料弯曲性能的测定》进行弯曲强度测试，按照gb/t 19277.1
‑
2011《受控堆肥条件下材料最终需氧生物分解能力的测定采用测定释放的二氧化碳的方法第1部分：通用方法》进行45天降解率测试，测试结果参见表1：
79.表1实施例1～4中制备的降解可控的食品包装材料和对比例1～3中制备的可降解的食品包装材料的性能测试数据
[0080][0081]
从表1中测试数据可以看出，实施例1～4采用本发明组分配比和制备方法制备的降解可控的食品包装材料具有较好的力学性能和降解性能，其中实施例4中的降解可控的食品包装材料综合性能最佳；对比例1～3中制备的可降解的食品包装材料的断裂伸长率、力学强度和降解效率分别较差，存在性能短板；实施例1～4中制备的降解可控的食品包装材料在温度升高时，吸水性树脂中的水分排出到其他高分子组分材料中，加速降解速率，从而实现降解速度的可控，满足食品包装材料的使用要求，从而减少环境污染，实现了发明目的。
[0082]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。