CN102391557A - 一种高填充的可控氧化降解包装材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高填充的可控氧化降解包装材料，由下列组份混合挤出而成，按重量份数计分别为：无机填充物70-90；聚烯烃聚合物10-30；光功能助剂0.01-0.2；热功能助剂0.01-0.2；降解诱导剂0.001-2；偶联剂0.05-5；润滑剂0.01-5。将无机填充物在高混机中加入偶联剂搅拌、混合、活化，再与聚合物和各种剂按配比混合，并与挤出机挤出造粒，制得包装材料。本发明的包装材料在使用后，能在自然环境中在氧气和太阳光的作用下，降解为二氧化碳和水以及无机矿物，解决了“白色污染”问题。该材料无机填料含量高，大幅度降低生产成本，同时通过氧化降解添加剂的含量可以对包装制品降解速度的调控，满足不同场合对不同降解速度的要求。具有生产成本低，制备工艺简单，经济实用的优点。

Description

一种高填充的可控氧化降解包装材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种以无机粉体为主要成份的包装材料及其制备方法，特别是涉及以无机粉体高填充的可控氧化降解包装材料及其制备方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，塑料包装材料的需求量与日俱增，伴随而来的白色污染的问题也日趋严重。常见的用作包装材料的塑料品种有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，而这些塑料本身在自然环境的堆放中可以保存十年甚至更久。而通常塑料包装物作为商品其寿命周期比较短暂，尤其是一次性包装物，如塑料袋，食品包装材料等，一旦被包装的商品经开封使用，那么商品外的包装物即完成了其使用价值，变成了垃圾。因此如何使这些常见的包装材料再完成包装作用后，能够快速的被环境或是人工消纳，显得尤为重要。针对这个问题，越来越多的人和国家对包装材料进行改性，使其由不可降解变为能够在外界作用比如光、热、微生物、氧气等的作用下逐步降解成碎片或是小分子，变为自然环境可以接纳的友好物质。如黄身岐等（《福建轻纺》，2003年，第10-11期，1-9页）研究了可控双降解母粒和膜的生产工艺与性能，测定了双降解LDPE膜UV光照加速过程羰基指数变化和自然暴露过程中分子量的变化，进行了ASTM微生物的试验，研究了双降解膜物理机械性能随堆埋时间的变化过程。专利CN1092787公开了一种集光氧降解和生物降解于一体的可控型全天候降解淀粉塑料（膜）及其生产工艺，其中淀粉添加量为15%-20%。专利CN1542041发明了可控全降解双轴取向聚丙烯制品、控制其降解的方法以及生产方法。该可控全降解聚丙烯制品主要包含聚丙烯材料和降解助剂，其降解主要是通过光、热或其组合引发，由降解助剂的含量来控制产品的降解速率。但是在整个包装材料中塑料成分还是占据了主要比重，其成本依然较高。而包装材料使用范围广泛，即便是成本低廉的商品也需要消耗大量的包装材料，因而在上述解决了包装材料的环保问题之上，如何降低材料成本，提高其市场竞争力具有更重要的现实意义。无机材料尤其是一些来源于矿石的无机材料如碳酸钙、碳酸镁、粘土、高岭土等成本低廉，常在通用塑料加工过程中作为添加剂使用，从而降低制品成本。但是大量添加无机填料往往带来力学性能的下降，所以有关高填充的可控降解包装材料方面的报道比较少，尤其是其中无机填料的比重达到70%以上更是少有。

发明内容

本发明要解决的技术问题，是提供一种环保型无毒的绿色包装材料，解决传统包装材料不能降解对环境造成污染的问题，该包装材料的无机填料可达重量的70-90%，其成本显著下降的高填充的可控降解包装材料。

采用的技术方案是：

一种高填充的可控氧化降解包装材料，由下列组分混合挤出而成，按重量份数计分别为：

无机填充物               70-90

聚烯烃聚合物             10-30

光功能助剂               0.01-0.2

热功能助剂               0.01-0.2

降解诱导剂               0.001-2

偶联剂                   0.05-5

润滑剂                   0.01-5

所述的高填充可控氧化降解包装材料，其特征在于所述的无机填充物是廉价的无机粉体，包括但不仅限于碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙、硫酸镁、粉煤灰、粘土、滑石粉、云母粉、高岭土、钛白粉、白垩或镁砂粉中的一种或几种混合物，尤其优选分离粒径小于800目的无机粉体。

所述的高填充可控氧化降解包装材料，其特征在于所述的聚烯烃聚合物为碳链高分子聚合物，包括但不仅限于高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯中的一种或几种化合物。

所述的高填充可控氧化降解包装材料，其特征在于所述的偶联剂是用于添加无机填充物和聚烯烃聚合物之间的相容性，包括但不仅限于钛系偶联剂、铝系偶联剂、铝钛复合偶联剂的一种或几种化合物。

所述的高填充可控氧化降解包装材料，其特征在于所述的光敏剂在使用过程能够吸收环境光的能量并能将能量转移为化学能，用于聚烯烃聚合物分子链的断裂，包括但不仅限于芳香酮、芳香胺、二茂铁及其衍生物、脂肪酸铁、二乙基二硫代氨基甲酸铁、二丁基二硫代氨基甲酸铁的一种或多种化合物。

所述的高填充可控氧化降解包装材料，其特征在于所述的热敏剂能够吸收环境热量并能将能量转移为化学能，用于聚烯烃聚合物分子链的断裂，包括但不仅限于脂肪酸的锰、钴、铬、镍、铁、稀土金属盐、油酸的锰、钴、铬、镍、铁、稀土金属盐和乙酰基丙酮锰、钴、铬、镍、铁、稀土金属盐的其中一种或多种混合物，优选脂肪酸的锰、钴、稀土金属盐和乙酰基丙酮锰、钴、稀土金属盐的其中一种或多种混合物，尤其优选脂肪酸的稀土金属盐和乙酰基丙酮稀土金属盐的其中一种或多种混合物。

所述的高填充可控氧化降解包装材料，其特征在于所述的降解诱导剂是一种可以优先吸收光敏剂和热敏剂作用转化的化学能并消耗自身，在体系中存在是可以抵消和抑制光敏剂和热敏剂作用的助剂，包括但不仅限于胺类抗氧剂或酚类抗氧剂，优选N-异丙基-N’-苯基对苯二胺，N、N‘-二苯基对苯二胺或N-苯基a-萘胺、2,6-二叔-4-正丁基对甲酚、2,6-二叔丁基对甲酚、2,6-二叔-4-甲基对甲酚、b-（3,5-而叔丁基-4-羟基苯基）丙酸十八碳醇或四【b-（3,5-而叔丁基-4-羟基苯基）丙酸】季戊四醇酯的其中一种或多种。

所述的高填充可控氧化降解包装材料，其特征在于所述的润滑剂是用于提高共混体系流动性，改善体系加工性的助剂，包括但不仅限于低分子石蜡、氯化石蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸盐、甲撑双马来酸酯中的一种或几种化合物。

所述的高填充可控氧化降解包装材料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤一：保证无机填充物的含水量≤0.5%，如不能达到则将无机填充物于60-150℃温度下干燥达到；

步骤二：将步骤一的填充物与偶联剂在高速混合机内充分搅拌加热活化；

步骤三：将步骤二活化填充物与聚烯烃聚合物、光功能添加剂、热功能添加剂、降解诱导剂、润滑剂混合均匀，造粒，即得到所述的高填充氧化降解包装材料，可直接用于吹膜、流涎等制备保证薄膜或其他加工方法制备其他包装材料。

所述的高填充可控氧化降解包装材料的制备方法，其步骤三还可以分成两个分步骤进行：

分步骤一、将光功能添加剂、热功能添加剂、降解诱导剂、润滑剂和一定比例的聚烯烃聚合物先混合均匀，造粒制备成多功能母粒；

分步骤二、将活化填充物、聚烯烃聚合物和分步骤一的多功能母粒混合均匀，即得到所述的高填充氧化降解包装材料化合物，可直接用于吹膜、流涎等制备保证薄膜或其他加工方法制备其他包装材料。

首先因为无机填充物来源丰富，价格低廉； 高密度聚乙烯具有较高的机械强度和硬度及优良的耐热性能（120℃）。高密度聚乙烯薄膜的印刷适应性良，是一种韧性的半透明薄膜，其拉伸强度、耐热性、防潮性、耐化学药品性和耐油性等均优于低密度聚乙烯薄膜。相同用途时采用高密度聚乙烯薄膜比低密度聚乙烯薄膜的厚度可以少用一半。

本发明的高填充可控氧化降解包装材料可采用常规的熔融共混方法和设备进行制备。根据制品要求，可将此包装材料进行吹塑、注塑、模压等加工方式加工成各种包装材料。

本发明的有益技术效果是：本发明高填充可控氧化降解包装材料在使用后，能在自然环境中在氧气和太阳光的作用下，能在预先设定的一定时间范围内变为碎片或粉末，并进一步降解为二氧化碳和水，以及填充的无机矿物，解决了“白色污染”的问题，是真正绿色环保的包装材料。并且，该材料中无机填料的含量非常高，达到70%以上，极大幅度的降低了生产成本。同时，通过降解诱导剂的含量可以实现对包装制品降解速率的调控，制得一系列不同降解速度的产品，满足不同场合的需求。生产成本低，制备工艺简单，经济实用性强。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详述：

实施例一

首先，选取重质碳酸钙1500目细度7公斤，在100℃下干燥2小时；在高混机搅拌混合，并加入0.2公斤钛系偶联剂的钛酸锌酯，温度为100℃，混合10min；再加入高密度聚乙烯3公斤，氧化降解添加剂0.1公斤混合均匀后取出混合料。再将混合料放入双螺杆（Φ35）挤出机中进行挤出造粒，挤出机温度设置在190-220℃，转速为300rmp，制得包装用料。

根据ASTM D5338-92 塑料在受控堆肥化条件下需氧生物降解的标准试验方法进行检测，结果如下：采用本例的原料吹膜制得厚度为0.02mm的包装薄膜，在常温下土埋50天后开始降解，7-9个月全部降解。

实施例二

选取重质碳酸钙2500目细度8公斤，在100℃下干燥2小时；在高混机搅拌混合，并加入0.3公斤铝钛复合偶联剂，温度为150℃，混合10min；再加入高密度聚乙烯2公斤，氧化降解添加剂0.2公斤混合均匀后取出混合料。再将混合料放入双螺杆（Φ35）挤出机中进行挤出造粒，挤出机温度设置在190-220℃，转速为300rmp，制得包装用料。

根据ASTM D5338-92 塑料在受控堆肥化条件下需氧生物降解的标准试验方法进行检测，结果如下：采用本例的原料吹膜制得厚度为0.02mm的包装薄膜，在常温下土埋30天后开始降解，5-6个月全部降解。 

Claims (10)

1.一种高填充的可控氧化降解包装材料，其特征在于由下列组分混合挤出而成，其组分按重量份计：

无机填充物               70-90

聚烯烃聚合物             10-30

光功能助剂               0.01-0.2

热功能助剂               0.01-0.2

降解诱导剂               0.001-2

偶联剂                   0.05-5

润滑剂                   0.01-5。

2.根据权利要求1所述的一种高填充的可控氧化降解包装材料，其特征在于所述的无机填充物是廉价的无机粉体，包括但不仅限于碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙、硫酸镁、粉煤灰、粘土、滑石粉、云母粉、高岭土、钛白粉、白垩或镁砂粉中的一种或几种混合物，分离粒径小于800目的无机粉体。

3.根据权利要求1所述的一种高填充的可控氧化降解包装材料，其特征在于所述的聚烯烃聚合物为碳链高分子聚合物，包括但不仅限于高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯中的一种或几种化合物。

4.根据权利要求1所述的一种高填充的可控氧化降解包装材料，其特征在于所述的偶联剂是用于添加无机填充物和聚烯烃聚合物之间的相容性，包括但不仅限于钛系偶联剂、铝系偶联剂、铝钛复合偶联剂的一种或几种化合物。

5.根据权利要求1所述的一种高填充的可控氧化降解包装材料，其特征在于所述的光敏剂在使用过程能够吸收环境光的能量并能将能量转移为化学能，用于聚烯烃聚合物分子链的断裂，包括但不仅限于芳香酮、芳香胺、二茂铁及其衍生物、脂肪酸铁、二乙基二硫代氨基甲酸铁、二丁基二硫代氨基甲酸铁的一种或多种化合物。

6. 根据权利要求1所述的一种高填充的可控氧化降解包装材料，其特征在于所述的热敏剂能够吸收环境热量并能将能量转移为化学能，用于聚烯烃聚合物分子链的断裂，包括但不仅限于脂肪酸的锰、钴、铬、镍、铁、稀土金属盐、油酸的锰、钴、铬、镍、铁、稀土金属盐和乙酰基丙酮锰、钴、铬、镍、铁、稀土金属盐的其中一种或多种混合物，脂肪酸的锰、钴、稀土金属盐和乙酰基丙酮锰、钴、稀土金属盐的其中一种或多种混合物，脂肪酸的稀土金属盐和乙酰基丙酮稀土金属盐的其中一种或多种混合物。

7.  根据权利要求1所述的一种高填充的可控氧化降解包装材料，其特征在于所述的降解诱导剂是一种可以优先吸收光敏剂和热敏剂作用转化的化学能并消耗自身，在体系中存在是可以抵消和抑制光敏剂和热敏剂作用的助剂，包括但不仅限于胺类抗氧剂或酚类抗氧剂，N-异丙基-N’-苯基对苯二胺，N、N‘-二苯基对苯二胺或N-苯基a-萘胺、2,6-二叔-4-正丁基对甲酚、2,6-二叔丁基对甲酚、2,6-二叔-4-甲基对甲酚、b-（3,5-而叔丁基-4-羟基苯基）丙酸十八碳醇或四【b-（3,5-而叔丁基-4-羟基苯基）丙酸】季戊四醇酯的其中一种或多种。

8.根据权利要求1所述的一种高填充可控氧化降解材料，其特征在于所述的润滑剂是用于提高共混体系流动性，改善体系加工性的助剂，包括但不仅限于低分子石蜡、氯化石蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸盐、甲撑双马来酸酯中的一种或几种化合物。

9.根据权利要求1所述的一种高填充可控的氧化降解包装材料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤一：保证无机填充物的含水量≤0.5%，如不能达到则将无机填充物于60-150℃温度下干燥达到；

步骤二：将步骤一的填充物与偶联剂在高速混合机内充分搅拌加热活化；

步骤三：将步骤二活化填充物与聚烯烃聚合物、光功能添加剂、热功能添加剂、降解诱导剂、润滑剂混合均匀，造粒，即得到所述的高填充可控氧化降解包装材料，可直接用于吹膜、流涎等制备保证薄膜或其他加工方法制备其他包装材料。

10.根据权利要求8所述的一种高填充可控的氧化降解包装材料的制备方法，其步骤三还可以分成两个分步骤进行：

分步骤一、将光功能添加剂、热功能添加剂、降解诱导剂、润滑剂和一定比例的聚烯烃聚合物先混合均匀，造粒制备成多功能母粒；

分步骤二、将活化填充物、聚烯烃聚合物和分步骤一的多功能母粒混合均匀，即得到所述的高填充可控氧化降解包装材料化合物，可直接用于吹膜、流涎等制备保证薄膜或其他加工方法制备其他包装材料。