一種高阻隔生物基複合膜及其製備方法
2023-09-20 07:45:40
一種高阻隔生物基複合膜及其製備方法
【專利摘要】本發明適用於薄膜製備【技術領域】，提供一種高阻隔生物基複合膜及其製備方法。所述複合膜包括至少一層生物基塑料層、至少一層阻隔層以及至少一層石油基塑料層。一方面，本發明用生物基塑料部分替代了傳統的石油基塑料，大幅度降低了對石油資源的依賴和生產成本；另一方面，通過設置阻隔層，使得複合膜具有阻水阻氧性能，可以提高對膜內物體的保護。本發明提供的複合膜採用多層複合技術製備，而且具有優異的阻隔性能，並可根據需要調整材料中的生物基塑料的含量，降低了對石化塑料的依賴，具有重要的環保意義。
【專利說明】—種高阻隔生物基複合膜及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於薄膜製備【技術領域】，尤其涉及一種高阻隔生物基複合膜及其製備方法。
【背景技術】
[0002]目前在包裝領域，大部分的包裝膜還是以普通的塑料包裝為主，其原材料主要是PE (聚乙烯)、PP (聚丙烯)、POE (乙烯-辛烯共聚物)等石油基塑料，優點是工藝成熟、材料來源穩定，使用範圍廣泛。
[0003]但是由於石油資源日益緊張，而且製備石油基塑料所產生的溫室氣體對全球環境影響愈發嚴重，減少對石油資源的使用以及降低碳排放，成為所有人共同努力的目標。而且目前包裝膜大部分是單層或雙層膜，在一些特殊領域，如對阻隔性有要求的包裝領域則不能滿足。
【發明內容】
[0004]鑑於上述問題，本發明的目的在於提供一種高阻隔生物基複合膜及其製備方法，旨在解決現有包裝膜的生產製備過度依賴於石油資源、環境汙染嚴重，而且無法使用在一些特殊使用領域的技術問題。
[0005]一方面，所述高阻隔生物基複合膜包括至少一層生物基塑料層、至少一層阻隔層以及至少一層石油基塑料層。
[0006]進一步的，所述生物基塑料層為澱粉基塑料、PBAT (聚對苯二甲酸己二酸丁二醇酯)、PHA (聚羥基脂肪酸酯)、PLA (聚乳酸)中的一種，或者為其中任意幾種的組合，包括二種或二種等等。
[0007]進一步的，所述澱粉基塑料中澱粉質量百分比為15?70%，玻璃化溫度在70?125°C，熔點在 130 ?210。。。
[0008]進一步的，所述阻隔層為EV0H(乙烯/乙烯醇共聚物)、PVDC(聚偏二氯乙烯)中的一種，或者為其中任意幾種的組合，包括二種或三種等等。
[0009]進一步的，所述阻隔層與其相鄰層之間還設有粘結劑層。
[0010]進一步的，所述粘結劑層為EVA (乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)、EEA (乙烯-醋酸丙烯共聚物)、PE-g-MAH(馬來酸酐改性聚乙烯)、EAA(乙烯-丙烯酸共聚物)、EMMA(乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物)、PP-g_MAH (馬來酸酐改性聚丙烯)、EMA (乙烯-甲基丙烯酸共聚物)中的一種，或者為其中任意幾種的組合，包括二種或三種等等。
[0011 ] 進一步的，所述石油基塑料層為PE (聚乙烯)、PP (聚丙烯),POE (熱塑性彈性體)、HDPE (高密度聚乙烯)，LDPE (低密度聚乙烯)、LLDPE (線性低密度聚乙烯)、PVC (聚氯乙烯)中的一種，或者為其中任意幾種的組合，包括二種或三種等等。
[0012]進一步的，所述複合膜總厚度為0.01?0.08mm，所述生物基塑料層佔總厚度的20 ?80%。[0013]進一步的，所述阻隔層厚度為5?60 μ m，所述粘合劑層的厚度為10?70 μ m。
[0014]另一方面，所述高阻隔生物基複合膜的製備方法包括:
[0015]根據複合膜層數選擇物料並按照配方計量備料；
[0016]將各種物料加入到對應的擠出機中；
[0017]熱熔物料經過多層模頭拉伸吹漲後得到多層的預製膜；
[0018]將所述預製膜冷卻收卷後得到阻隔生物基複合膜。
[0019]本發明的有益效果是:本發明提供了一種無毒、高阻溼、高阻氧的環保型生物基複合膜，採用了多層共擠工藝，將阻隔材料、生物基塑料、石油基塑料等不同特性的物料在擠出過程中彼此複合在一起，複合過程不使用溶劑、不產生三廢物質，簡化了生產流程、減少設備投資，環保節能。本發明提供的複合膜可以部分替代傳統石化塑料，大幅度降低了對石油資源的依賴和生產成本，而且通過設置阻隔層使得複合膜具有普通膜無法提供的阻水阻氧功能，增加對包裝膜內的物品保護，擴展了複合膜的使用範圍，可以使用在食品、化妝品、紡織品、工業品等包裝領域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明第一實施例提供的高阻隔生物基複合膜的截面結構圖；
[0021]圖2是本發明第二實施例提供的高阻隔生物基複合膜的截面結構圖；
[0022]圖3是本發明第三實施例提供的高阻隔生物基複合膜的截面結構圖；
[0023]圖4是本發明第四實施例提供的高阻隔生物基複合膜的截面結構圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0025]本發明根據多層複合膜的複合原理，合理選擇多種高分子材料的基礎上，製備出既環保又具有優良綜合性能及使用功能的複合膜。具體的，製備得的高阻隔生物基複合膜至少包括一層生物基塑料層、至少一層阻隔層以及至少一層石油基塑料層。生物基塑料指以澱粉等天然物質為原料的塑料，它具有可再生性，因此十分環保。生物基塑料作為複合膜中的某一層或幾層，用於替代替傳統石油基塑料，可以大大減輕對石油的消耗和依賴。另夕卜，通過設置阻隔層，使得複合膜具有阻水阻氧性能，可以提高對膜內物體的保護。優選的，所述阻隔層與其相鄰層之間還設有粘結劑層。如果阻隔層與其相鄰層的物質極性相似的情況下，也可以無需設置粘接劑層。由於極性相似不通過粘結劑粘結，阻隔層與其相鄰層也可以很好的貼合在一起，保證膜體結構穩定性。
[0026]生產出的複合膜一般用於製備包裝袋、包裝膜，膜體表面可以印刷圖案等，因此在具體設置複合膜各層位置時，複合膜表層應該具有合格的外觀，以及便於印刷；最內層最好為阻隔層，直接用於保護膜內物體防潮、防氧化。
[0027]下面分別對上述複合膜的物料選擇作說明。
[0028]所述生物基塑料層至少有一層，每層可以為澱粉基塑料、PBAT(聚對苯二甲酸己二酸丁二醇酯)、PHA (聚羥基脂肪酸酯)或PLA (聚乳酸)等，包括但不限於此。其中所述澱粉基塑料中澱粉質量百分比為15~70%，玻璃化溫度在70~125°C，熔點在130~210°C。
[0029]所述阻隔層至少有一層，每層可以為EVOH (乙烯/乙烯醇共聚物)或PVDC (聚偏二氯乙烯)。目前，EVOH和PVDC是阻隔性能最優異的兩種樹脂材料，複合膜選用這兩種材料，具有很好的阻水阻氧性能。
[0030]所述石油基塑料層至少有一層，每層可以為PE (聚乙烯)、PP (聚丙烯),POE (熱塑性彈性體)、HDPE (高密度聚乙烯)，LDPE (低密度聚乙烯)、LLDPE (線性低密度聚乙烯)或PVC (聚氯乙烯)。
[0031]當阻隔層與其相鄰層的物質性質相差較大時，為了使得各層之間粘結牢固，保證複合膜的整體強度，優選的，所述阻隔層與其相鄰層之間還設有粘結劑層。如果阻隔層與其相鄰層的物質極性相似的情況下，也可以無需設置粘接劑層。具體的，所述粘結劑層為EVA (乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)、EEA(乙烯-醋酸丙烯共聚物)、PE-g-MAH(馬來酸酐改性聚乙烯)、EAA (乙烯-丙烯酸共聚物)、EMMA (乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物)、PP_g_MAH (馬來酸酐改性聚丙烯)、EMA(乙烯-甲基丙烯酸共聚物)中的一種或以上。
[0032]具體製備高阻隔生物基複合膜時，根據所需製備的複合膜層數選好物料，並按照配方計量備料；然後將各種物料加入到對應的擠出機中進行熱熔，然後熱熔物料經過多層模頭拉伸吹漲後得到多層的預製膜；最後將所述預製膜冷卻收卷後得到高阻隔生物基複合膜。作為具體實例，最終製得的高阻隔生物基複合膜總厚度為0.01~0.08mm，其中所述生物基塑料層佔總厚度的20~80%，所述阻隔層厚度為5~60 μ m，當包括粘合劑層時，所述粘合劑層的厚度為10~70μπι。實際使用時，可以將複合膜製作成所需的膜袋，比如包裝袋、包裝膜等。
[0033]由於複合膜的各層位置、厚度影響了產品的拉伸強度、斷裂伸長率、氣體阻隔性能、氧氣透過量等參數，下面通過幾種具體實施例來進行說明。
[0034]實施例一:
[0035]圖1示出了本發明第一實施例提供的高阻隔生物基複合膜的截面結構，如圖1所示，複合膜有四層，分別為層11、12、13、14。其中層11為石油基塑料層HDPE，佔25%~30%(厚度百分比，下同)，層12是澱粉生物基塑料(武漢華麗環保科技有限公司生產，商品名為PSM)，佔65%~70%;層13為粘接劑層EVA，佔3%~8%;層14是阻隔層EV0H，佔2%~5%0膜總厚度為0.015~0.06mm。
[0036]經驗證，本實施例產品拉伸強度為:橫向25MPa，縱向42.3Mpa ;斷裂伸長率為:橫向 1105%，縱向 587% ο
[0037]本實施例產品氣體阻隔性為:水蒸氣透過量≤8mg/24H.L ;氧氣透過量≤3cm3/m2.24H.0.1Mpa0
[0038]實施例二:
[0039]圖2示出了本發明第二實施例提供的高阻隔生物基複合膜的截面結構，如圖2所示，複合膜有三層，分別為層21、22、23。其中層21為石油基塑料層Ρ0Ε，佔20%~25%;層22是澱粉生物基塑料(武漢華麗環保科技有限公司生產，商品名為PSM)，佔70%~75% ；層23為阻隔層PVDC，佔2%~5%。膜總厚度為0.01~0.05_。
[0040] 經驗證，本實施例產品拉伸強度為:橫向20MPa，縱向38Mpa ;斷裂伸長率為:橫向1335%，縱向 727%。[0041]本實施例產品氣體阻隔性為:水蒸氣透過量< 10mg/24H.L ;氧氣透過量< 8cm3/m2.24H.0.1Mpa0
[0042]實施例三:
[0043]圖3示出了本發明第三實施例提供的高阻隔生物基複合膜的截面結構，如圖3所示，複合膜有五層，分別為層31、32、33、34、35。層31為石油基塑料層PP，佔10%~15%;層32是生物基塑料層PBAT，佔35%~40% ;層33為生物基塑料層PLA3，佔45%~50% ;層34是粘接劑層EAA，佔3%~8% ;層35為阻隔層EV0H，佔I %~3 %。膜總厚度為0.02~
0.07mm。
[0044]經 驗證，本實施例產品拉伸強度為:橫向31MPa，縱向48MPa，斷裂伸長率為:橫向985%，縱向 498% ο
[0045]本實施例產品氣體阻隔性為:水蒸氣透過量≤3mg/24H.L，氧氣透過量≤3cm3/m2.24H.0.1Mpa。
[0046]實施例四:
[0047]圖4示出了本發明第四實施例提供的高阻隔生物基複合膜的截面結構，如圖4所示，複合膜有四層，分別為層41、42、43、44。層41為石油基塑料層PVC，佔25%~30% ;層42是生物基塑料層PHA，佔65%~70% ;層43為粘接劑EAA，佔3%~8% ;層44是阻隔層EV0H,佔2%~5%。膜總厚度為00.2~0.06mm。
[0048]經驗證，本實施例產品拉伸強度為:橫向24MPa，縱向38MPa，斷裂伸長率為:橫向1032%，縱向 559% ο
[0049]本實施例產品氣體阻隔性為:水蒸氣透過量≤5mg/24H.L，氧氣透過量≤3cm3/m2.24H.0.1Mpa。
[0050]另外，本發明實施例還提供了一種高阻隔生物基複合膜的製備方法，包括:
[0051]步驟S1、根據複合膜層數選擇物料並按照配方計量備料。
[0052]步驟S2、將各種物料加入到對應的擠出機中；
[0053]步驟S3、熱熔物料經過多層模頭拉伸吹漲後得到多層的預製膜；
[0054]步驟S4、將所述預製膜冷卻收卷後得到阻隔生物基複合膜。
[0055]首先根據複合膜層數以及每層的厚度、各層的物料選擇計算出各種物料所需的計量，然後將物料對應加入到擠出機中，在擠出機中物料熱熔，然後經過經過多層模頭拉伸吹漲後得到多層的預製膜，最後預製膜冷卻收卷後得到阻隔生物基複合膜。
[0056]綜上，本發明合理選擇複合膜各層物料，根據多層複合膜的複合原理，充分發揮各層材料的優點，製備出既環保又具有優良綜合性能及使用功能的複合膜。複合膜具有高阻隔性能，使用生物基塑料部分替代傳統石油基塑料，提高了產品的力學性能。
[0057]最後所應說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.一種高阻隔生物基複合膜，其特徵在於，所述複合膜包括至少一層生物基塑料層、至少一層阻隔層以及至少一層石油基塑料層。
2.如權利要求1所述高阻隔生物基複合膜，其特徵在於，所述生物基塑料層為澱粉基塑料、聚對苯二甲酸己二酸丁二醇酯、聚羥基脂肪酸酯、聚乳酸中的一種或者以上。
3.如權利要求2所述高阻隔生物基複合膜，其特徵在於，所述澱粉基塑料中澱粉質量百分比為15?70%，玻璃化溫度在70?125°C，熔點在130?210°C。
4.如權利要求3所述高阻隔生物基複合膜，其特徵在於，所述阻隔層為乙烯/乙烯醇共聚物、聚偏二氯乙烯中的一種或以上。
5.如權利要求4所述高阻隔生物基複合膜，其特徵在於，所述阻隔層與其相鄰層之間還設有粘結劑層。
6.如權利要求5所述高阻隔生物基複合膜，其特徵在於，所述粘結劑層為乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-醋酸丙烯共聚物、馬來酸酐改性聚乙烯、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、馬來酸酐改性聚丙烯、乙烯-甲基丙烯酸共聚物中的一種或以上。
7.如權利要求6所述高阻隔生物基複合膜，其特徵在於，所述石油基塑料層為聚乙烯、聚丙烯、熱塑性彈性體、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、聚氯乙烯中的一種或以上。
8.如權利要求7所述高阻隔生物基複合膜，其特徵在於，所述複合膜總厚度為0.01?0.08mm，所述生物基塑料層佔總厚度的20?80%。
9.如權利要求8所述高阻隔生物基複合膜，其特徵在於，所述阻隔層厚度為5?60 μ m，所述粘合劑層的厚度為10?70 μ m。
10.一種高阻隔生物基複合膜的製備方法，其特徵在於，所述方法包括: 根據複合膜層數選擇物料並按照配方計量備料； 將各種物料加入到對應的擠出機中； 熱熔物料經過多層模頭拉伸吹漲後得到多層的預製膜； 將所述預製膜冷卻收卷後得到阻隔生物基複合膜。
【文檔編號】B65D65/40GK103950257SQ201410192459
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月8日 優先權日:2014年5月8日
【發明者】王繼鑫, 白娟, 李常飛, 王淑敏 申請人:武漢華麗生物材料有限公司