一种可降解聚苯乙烯包装材料的制备工艺

技术领域

本发明涉及包装材料技术领域，具体为一种可降解聚苯乙烯包装材料的制备工艺。

背景技术

近年来世界各国都在大力发展绿色环保可降解材料，其中聚乳酸的制备方法简单，生物相容性好，无毒环保，在高分子材料和可降解材料领域有着广泛的应用，例如专利CN110951176B《一种可降解聚苯乙烯树脂及其制备方法》，公开了聚苯乙烯基体中引入表面处理的木质素纤维和聚乳酸两种生物可降解组分，得到可降解的聚苯乙烯树脂，并且通过向基体树脂中加入表面处理的木质素纤维来提高材料的力学性能。

聚苯乙烯的光泽好、透光率大、着色性好、耐水性好，在食品包装、容器等包装材料发明有着重要的应用，但是传统的聚苯乙烯存在抗冲击强度低，韧性较差等问题，对聚苯乙烯的增韧改性是研究热点，论文《PBA-aPS核壳乳胶粒子增韧改性sPS》，报道了采用预乳化-半连续种子乳液聚合方法合成了具有核壳结构的聚丙烯酸丁酯-聚苯乙烯的乳胶粒子，与聚苯乙烯基体具有较好的相容性，并且可以均匀分布于聚苯乙烯基体中，对聚苯乙烯起到很大的增韧效果。本发明通过了一种聚苯乙烯交联聚乳酸粒子，应用于聚苯乙烯包装材料中。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高力学强度的可降解聚苯乙烯包装材料及其制备工艺。

（二）技术方案

一种可降解聚苯乙烯包装材料，包括如下重量占比的原料：70-95%的聚苯乙烯树脂、5-30%聚苯乙烯交联聚乳酸粒子、0.1-0.6%抗氧剂。

可降解聚苯乙烯包装材料的制备工艺为：将聚苯乙烯树脂、聚苯乙烯交联聚乳酸粒子、抗氧剂加入到高速混合机中混匀，然后在双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒，得到可降解聚苯乙烯包装材料。

进一步的，双螺杆挤出机六区温度为150 ℃、170℃、185℃、200℃、200℃、190℃。

进一步的，聚苯乙烯交联聚乳酸粒子的制备工艺为：

（1）将马来酸酐接枝聚乳酸溶解到三氯甲烷中，然后加入N-(3-氨丙基)甲基丙烯酰胺盐酸盐和碳酸钾，搅拌反应、减压蒸馏，乙醇洗涤、干燥，得到丙烯酰胺基聚乳酸。

（2）向甲苯溶剂中加入苯乙烯、丙烯酰胺基聚乳酸和聚乙烯醇，搅拌均匀后滴加引发剂偶氮二异丁腈，反应体系在氮气保护下进行反应，减压蒸馏，丙酮、乙醇依次洗涤、然后用丙酮通过索氏提取器抽提、干燥，得到聚苯乙烯交联聚乳酸粒子。

进一步的，N-(3-氨丙基)甲基丙烯酰胺盐酸盐的用量为马来酸酐接枝聚乳酸的4-15%；N-(3-氨丙基)甲基丙烯酰胺盐酸盐和碳酸钾的摩尔比为1:1.2-1.8。

进一步的，（1）中反应控制温度为35-50 ℃，时间为4-12 h。

进一步的，丙烯酰胺基聚乳酸的用量为苯乙烯的20-50%；偶氮二异丁腈的用量为苯乙烯的0.5-0.8%；聚乙烯醇的用量为苯乙烯的0.2-0.4%。

进一步的，（2）中反应控制温度为65-80 ℃，时间为18-36 h。

进一步的，马来酸酐接枝聚乳酸的制备方法为：将聚乳酸、马来酸酐和过氧化二异丙苯加入到丙酮中，其中马来酸酐的用量为聚乳酸的2-8%，过氧化二异丙苯的用量为聚乳酸的0.3-0.5%，搅拌均匀后挥发除去丙酮，将物料在双螺杆挤出中进行接枝反应，反应温度为170-185 ℃，时间为4-8 min，得到马来酸酐接枝聚乳酸。

（三）有益的技术效果

1、本发明利用N-(3-氨丙基)甲基丙烯酰胺盐酸盐的氨基与马来酸酐接枝聚乳酸的酸酐基团进行反应，得到丙烯酰胺基聚乳酸，从而在聚乳酸的侧链引入可聚合的丙烯酰胺基团，然后与苯乙烯单体通过乳液聚合法，发生交联聚合，得到聚苯乙烯交联聚乳酸粒子，形成聚苯乙烯和聚乳酸的三维交联结构。

2、利用聚苯乙烯交联聚乳酸粒子对聚苯乙烯树脂进行填充改性，交联粒子含有聚苯乙烯结构，使得交联粒子与聚苯乙烯树脂之间有着很好的相容性，可以是交联粒子均匀地分散到树脂基体中，对聚苯乙烯起到很好的增韧效果，得到的聚苯乙烯包装材料具有力学性能好，抗冲击强度高的优点，同时将可降解的聚乳酸结构引入到聚苯乙烯中，可以赋予包装材料优良的可生物降解性能，拓展了聚苯乙烯在可降解包装材料中的实际应用。

实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，本发明所述实施例只是作为对本发明的说明，不限制本发明的范围

实施例

（1）将聚乳酸、马来酸酐和过氧化二异丙苯加入到丙酮中，其中马来酸酐的用量为聚乳酸的2%，过氧化二异丙苯的用量为聚乳酸的0.5%，搅拌均匀后挥发除去丙酮，将物料在双螺杆挤出中进行接枝反应，反应温度为170 ℃，时间为5min，得到马来酸酐接枝聚乳酸。

（2）将马来酸酐接枝聚乳酸溶解到三氯甲烷中，然后加入摩尔比为1:1.2的N-(3-氨丙基)甲基丙烯酰胺盐酸盐和碳酸钾，其中N-(3-氨丙基)甲基丙烯酰胺盐酸盐的用量为马来酸酐接枝聚乳酸的4%，搅拌反应，控制温度为50 ℃，时间为4h，减压蒸馏，乙醇洗涤、干燥，得到丙烯酰胺基聚乳酸。

（3）向甲苯溶剂中加入苯乙烯、丙烯酰胺基聚乳酸和聚乙烯醇，搅拌均匀后滴加引发剂偶氮二异丁腈，其中丙烯酰胺基聚乳酸的用量为苯乙烯的20%；偶氮二异丁腈的用量为苯乙烯的0.5%；聚乙烯醇的用量为苯乙烯的0.2%反应体系在氮气保护下进行反应，控制温度为80 ℃，时间为24 h，减压蒸馏，丙酮、乙醇依次洗涤、然后用丙酮通过索氏提取器抽提、干燥，得到聚苯乙烯交联聚乳酸粒子。

（4）将重量占比为95%的聚苯乙烯树脂、5%的聚苯乙烯交联聚乳酸粒子、0.1%的抗氧剂1076加入到高速混合机中混匀，然后在双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒，双螺杆挤出机六区温度为150 ℃、170℃、185℃、200℃、200℃、190℃，得到可降解聚苯乙烯包装材料。

实施例

（1）将聚乳酸、马来酸酐和过氧化二异丙苯加入到丙酮中，其中马来酸酐的用量为聚乳酸的8%，过氧化二异丙苯的用量为聚乳酸的0.5%，搅拌均匀后挥发除去丙酮，将物料在双螺杆挤出中进行接枝反应，反应温度为180 ℃，时间为6 min，得到马来酸酐接枝聚乳酸。

（2）将马来酸酐接枝聚乳酸溶解到三氯甲烷中，然后加入摩尔比为1:1.2的N-(3-氨丙基)甲基丙烯酰胺盐酸盐和碳酸钾，其中N-(3-氨丙基)甲基丙烯酰胺盐酸盐的用量为马来酸酐接枝聚乳酸的15%，搅拌反应，控制温度为40 ℃，时间为4 h，减压蒸馏，乙醇洗涤、干燥，得到丙烯酰胺基聚乳酸。

（3）向甲苯溶剂中加入苯乙烯、丙烯酰胺基聚乳酸和聚乙烯醇，搅拌均匀后滴加引发剂偶氮二异丁腈，其中丙烯酰胺基聚乳酸的用量为苯乙烯的30%；偶氮二异丁腈的用量为苯乙烯的0.6%；聚乙烯醇的用量为苯乙烯的0.3%反应体系在氮气保护下进行反应，控制温度为70 ℃，时间为36 h，减压蒸馏，丙酮、乙醇依次洗涤、然后用丙酮通过索氏提取器抽提、干燥，得到聚苯乙烯交联聚乳酸粒子。

（4）将重量占比为85%的聚苯乙烯树脂、15%的聚苯乙烯交联聚乳酸粒子、0.5%的抗氧剂1076加入到高速混合机中混匀，然后在双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒，双螺杆挤出机六区温度为150 ℃、170℃、185℃、200℃、200℃、190℃，得到可降解聚苯乙烯包装材料。

实施例

（1）将聚乳酸、马来酸酐和过氧化二异丙苯加入到丙酮中，其中马来酸酐的用量为聚乳酸的8%，过氧化二异丙苯的用量为聚乳酸的0.5%，搅拌均匀后挥发除去丙酮，将物料在双螺杆挤出中进行接枝反应，反应温度为170 ℃，时间为8 min，得到马来酸酐接枝聚乳酸。

（2）将马来酸酐接枝聚乳酸溶解到三氯甲烷中，然后加入摩尔比为1:1.8的N-(3-氨丙基)甲基丙烯酰胺盐酸盐和碳酸钾，其中N-(3-氨丙基)甲基丙烯酰胺盐酸盐的用量为马来酸酐接枝聚乳酸的10%，搅拌反应，控制温度为40 ℃，时间为10 h，减压蒸馏，乙醇洗涤、干燥，得到丙烯酰胺基聚乳酸。

（3）向甲苯溶剂中加入苯乙烯、丙烯酰胺基聚乳酸和聚乙烯醇，搅拌均匀后滴加引发剂偶氮二异丁腈，其中丙烯酰胺基聚乳酸的用量为苯乙烯的40%；偶氮二异丁腈的用量为苯乙烯的0.6%；聚乙烯醇的用量为苯乙烯的0.3%反应体系在氮气保护下进行反应，控制温度为80 ℃，时间为18 h，减压蒸馏，丙酮、乙醇依次洗涤、然后用丙酮通过索氏提取器抽提、干燥，得到聚苯乙烯交联聚乳酸粒子。

（4）将重量占比为78%的聚苯乙烯树脂、22的聚苯乙烯交联聚乳酸粒子、0.1%的抗氧剂1076加入到高速混合机中混匀，然后在双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒，双螺杆挤出机六区温度为150 ℃、170℃、185℃、200℃、200℃、190℃，得到可降解聚苯乙烯包装材料。

实施例

（1）将聚乳酸、马来酸酐和过氧化二异丙苯加入到丙酮中，其中马来酸酐的用量为聚乳酸的2%，过氧化二异丙苯的用量为聚乳酸的0.3%，搅拌均匀后挥发除去丙酮，将物料在双螺杆挤出中进行接枝反应，反应温度为175 ℃，时间为8 min，得到马来酸酐接枝聚乳酸。

（2）将马来酸酐接枝聚乳酸溶解到三氯甲烷中，然后加入摩尔比为1:1.2的N-(3-氨丙基)甲基丙烯酰胺盐酸盐和碳酸钾，其中N-(3-氨丙基)甲基丙烯酰胺盐酸盐的用量为马来酸酐接枝聚乳酸的10%，搅拌反应，控制温度为50 ℃，时间为4 h，减压蒸馏，乙醇洗涤、干燥，得到丙烯酰胺基聚乳酸。

（3）向甲苯溶剂中加入苯乙烯、丙烯酰胺基聚乳酸和聚乙烯醇，搅拌均匀后滴加引发剂偶氮二异丁腈，其中丙烯酰胺基聚乳酸的用量为苯乙烯的50%；偶氮二异丁腈的用量为苯乙烯的0.5%；聚乙烯醇的用量为苯乙烯的0.2%反应体系在氮气保护下进行反应，控制温度为70 ℃，时间为36 h，减压蒸馏，丙酮、乙醇依次洗涤、然后用丙酮通过索氏提取器抽提、干燥，得到聚苯乙烯交联聚乳酸粒子。

（4）将重量占比为70%的聚苯乙烯树脂、30%的聚苯乙烯交联聚乳酸粒子、0.6%的抗氧剂1076加入到高速混合机中混匀，然后在双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒，双螺杆挤出机六区温度为150 ℃、170℃、185℃、200℃、200℃、190℃，得到可降解聚苯乙烯包装材料。

对比例1

（1）将聚乳酸、马来酸酐和过氧化二异丙苯加入到丙酮中，其中马来酸酐的用量为聚乳酸的6%，过氧化二异丙苯的用量为聚乳酸的0.4%，搅拌均匀后挥发除去丙酮，将物料在双螺杆挤出中进行接枝反应，反应温度为175 ℃，时间为8 min，得到马来酸酐接枝聚乳酸。

（2）将重量占比为95%的聚苯乙烯树脂、5%的马来酸酐接枝聚乳酸、0.1%的抗氧剂1076加入到高速混合机中混匀，然后在双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒，双螺杆挤出机六区温度为150 ℃、170℃、185℃、200℃、200℃、190℃，得到可降解聚苯乙烯包装材料。

对比例2

（1）将聚乳酸、马来酸酐和过氧化二异丙苯加入到丙酮中，其中马来酸酐的用量为聚乳酸的2%，过氧化二异丙苯的用量为聚乳酸的0.4%，搅拌均匀后挥发除去丙酮，将物料在双螺杆挤出中进行接枝反应，反应温度为175 ℃，时间为8 min，得到马来酸酐接枝聚乳酸。

（2）将马来酸酐接枝聚乳酸溶解到三氯甲烷中，然后加入摩尔比为1:1.2的N-(3-氨丙基)甲基丙烯酰胺盐酸盐和碳酸钾，其中N-(3-氨丙基)甲基丙烯酰胺盐酸盐的用量为马来酸酐接枝聚乳酸的15%，搅拌反应，控制温度为35 ℃，时间为8 h，减压蒸馏，乙醇洗涤、干燥，得到丙烯酰胺基聚乳酸。

（2）将重量占比为95%的聚苯乙烯树脂、5%的丙烯酰胺基聚乳酸、0.6%的抗氧剂1076加入到高速混合机中混匀，然后在双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒，双螺杆挤出机六区温度为150 ℃、170℃、185℃、200℃、200℃、190℃，得到可降解聚苯乙烯包装材料。

表1：聚苯乙烯包装材料的力学性能测试

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。