CN102277005B - 一种高填充的全生物降解包装材料 - Google Patents

Abstract

一种高填充的全生物降解包装材料，由下列组分混合挤出而成，按重量份计：填充物70-90、生物降解聚合物10-30、偶联剂0.5-3、增塑剂2-5。将填充物在100-200℃干燥至含水量≤0.5%，将偶联剂按一定配比与干燥后的填充物在高混机中搅拌混合，再按比例加入生物降解聚合物、增塑剂混合均匀，将混合料在挤出机中挤出造粒，得包装用料，可将此包装用料进行吹塑、注塑、模压等加工成各种包装材料。本发明的包装塑料废弃后，能在自然环境中降解为二氧化碳和水，以及无机矿物，解决了“白色污染”问题，是绿色环保的包装材料，并且无机填料含量高，达70%以上，大幅度降低了生产成本。生产成本低，制备工艺简单，经济实用性强。

Description

一种高填充的全生物降解包装材料

技术领域

本发明涉及包装材料，特别是涉及一种以无机粉体为主要成份的全生物降解包装材料。

背景技术

随着人类经济和社会的发展，塑料包装材料的需求量与日俱增，以每年5%的速度增长。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，伴随塑料的大量使用出现了两个严重的问题：一方面塑料工业的原料绝大部分来自石油，随着石油和天然气资源逐渐减少甚至枯竭，塑料工业将面临着原材料短缺的局面；另一方面，由于塑料不容易分解和回收成为了随处可见的“白色污染”，破坏了生态环境。因此，越来越多的人和国家提倡开发和应用完全生物降解塑料。完全生物降解塑料在自然界或特定条件（如堆肥、厌氧消化或水性培养液）下，由自然界存在的微生物（如红菌、霉菌和海藻等）作用降解，并可以完全降解为二氧化碳或/和甲烷、水等，为环境低负荷材料。另外，相当一部份生物降解塑料的主要原料可从年年再生的农业资源中获取，作为有限的、日趋枯竭的不可再生的石油资源的补充替代。目前已开发的生物降解塑料有几十种，其中已工业化生产的可完全生物降解塑料主要包括聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、聚羟基丁酸酯（PHB）、聚己内酯（PCL）等，在医疗用材、农林渔业、包装业、卫生用品等领域有着非常广泛的应用，已有众多工业化的产品投放市场，如堆肥袋、一次性餐具、农用地膜、包装膜、渔具、尿布、手术捆扎线等。如专利CN1450120A公开了可完全生物降解的脂肪族聚酯/淀粉复合材料及其制备方法，主要由对二氧环己酮聚合物、淀粉和增容剂组成。专利CN1491986A发明了完全生物降解的脂肪族聚酯复合材料及其制备方法。在完全生物降解的脂肪族聚酯中加入廉价的无机填料碳酸钙进行填充，可采用挤出、模塑、注塑、纺丝等多种加工方法加工中不同的制品。其中碳酸钙的含量为25%-50%。如果进一步提高碳酸钙的含量达到70%以上，甚至是90%，开发真正意义上的高填充的可完全生物降解包装材料，对此相关报道比较少，市场上相关包装制品鲜有出售。

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全生物降解包装材料。

采用的技术方案是：

一种高填充的全生物降解包装材料，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

生物降解聚合物           10-30

偶联剂                   0.5-3

增塑剂                   2-5

所述的填充物主要是指无机填料，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。

所述的生物降解聚合物指能够在环境中能够被微生物作用完全分解成水和二氧化碳的全生物降解塑料，包括但不仅限于聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、聚乙交酯、聚己内酯、聚羟丁酯中的一种或几种混合物。

所述的偶联剂是用于提高添加无机填充物和全生物降解塑料之间的相容性，包括但不仅限于硅系偶联剂、钛系偶联剂、铝系偶联剂或铝钛复合偶联剂中一种或多种混合物。

所述的增塑剂是提高整个体系韧性和可加工性的助剂，优选为多元醇类、柠檬酸酯类和蜡类混合物。尤其优选乙二醇、丙三醇、山梨醇、柠檬酸三丁酯(TBC)、柠檬酸三辛酯(TOC)、乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)、乙酰柠檬酸三辛酯(ATOC)、甲撑马来酸月桂酸酯、硬脂酸、硬脂酸钙中的一种或多种混合物。

上述的高填充全生物降解包装材料的制备方法，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：将步骤一的填充物和偶联剂在高混机内搅拌，加热活化；

步骤三：将步骤二活化的填充物与生物降解聚合物、增塑剂混合均匀；

步骤四：将步骤三的混合物、造粒。

本发明的高填充可完全生物降解包装材料，采用常规的熔融共混方法和设备进行制备，先将填充物100-130℃干燥2-4小时，以除去水分；然后将偶联剂按照一定配比与干燥后的碳酸钙在高速搅拌机中充分混合搅拌后，将混配好的碳酸钙、可生物降解聚合物和增塑剂按比例混合在挤出机中挤出造粒，制得高填充可完全生物降解包装用料。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：本发明的高填充可完全生物降解塑料在使用后，能在自然环境中消纳为碎片或粉末，并进一步降解为二氧化碳和水，以及无机矿物，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。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1500目重质碳酸钙7公斤，在100℃下干燥2小时；在高混机搅拌混合，并加入0.2公斤钛酸锌酯的钛系偶联剂，温度为100℃，混合10min；再加入3公斤聚丁二酸丁二醇酯的生物降解聚合物、0.2公斤乙二醇的增塑剂混合均匀后于双螺杆（Φ35）挤出机中进行挤出造粒，挤出机温度设置在150-200℃，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60天后开始降解，7-9个月全部降解。

实施例二

选取2500目重质碳酸钙8公斤，在100℃下干燥2小时；在高混机搅拌混合，并加入0.3公斤钛酸锌酯的钛系偶联剂，温度为100℃，混合10min；再加入2公斤聚丁二酸丁二醇酯的生物降解聚合物、0.2公斤乙二醇的增塑剂混合均匀后于双螺杆（Φ35）挤出机中进行挤出造粒，挤出机温度设置在150-200℃，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45天后开始降解，5-6个月全部降解。

Claims (4)

1.一种高填充的全生物降解包装材料，其特征在于由以下组分组成：

所述的无机粉体填充物为碳酸钙、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，其细度大于800目；

该材料的制备方法包括如下步骤：

步骤一：将填充物粉碎，取1000-2500目粒度，在干燥器内于100-200℃温度下干燥至含水量≤0.5%；

步骤二：将步骤一中的填充物和设定比例的偶联剂在高混机内搅拌，加热活化，混合10-20min，温度为80-120℃；

步骤三：将步骤二中活化的填充物、生物降解聚合物、增塑剂按设定比例在高混机内混合均匀；

步骤四将步骤三中的混合物与挤出机中挤压造粒，挤出温度为150-200℃。

2.根据权利要求1所述的高填充全生物降解包装材料，其特征在于所述的生物降解聚合物为聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、聚乙交酯、聚己内酯、淀粉、聚乙烯醇中的一种或几种混合物。

3.根据权利要求1所述的高填充全生物降解包装材料，其特征在于所述的偶联剂主要为钛系偶联剂、铝系偶联剂、铝钛复合偶联剂。

4.根据权利要求1所述的高填充全生物降解包装材料，其特征在于，所用增塑剂为多元醇类或柠檬酸酯类，多元醇可为乙二醇、丙三醇、山梨醇；柠檬酸酯类为柠檬酸三丁酯(TBC)、柠檬酸三辛酯(TOC)、乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)、乙酰柠檬酸三辛酯(ATOC)。