一种环保可降解塑料包装膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及可降解包装膜技术领域，具体为一种环保可降解塑料包装膜及其制备方法。

背景技术

塑料膜是采用聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯以及其他热塑性树脂制成的薄膜，用于包装，以及用作覆膜层。塑料包装及塑料包装产品在市场上所占的份额越来越大，特别是复合塑料软包装，已经广泛地应用于食品、医药、化工等领域，其中又以食品包装所占比例最大，比如饮料包装、速冻食品包装、蒸煮食品包装、快餐食品包装等，这些产品都给人们生活带来了极大的便利。

塑料膜虽然给人们带来了极大的好处，但是随着塑料膜的使用，由于其不能够及时降解，从而导致给人们的生活及环境带来了很多问题，特别是对环境造成了非常大的污染。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种环保可降解塑料包装膜及其制备方法，用于解决背景技术中的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种环保可降解塑料包装膜，包括如下重量份原料：PBS树脂40-60份、玉米淀粉30-40份、纳米二氧化硅8.6-10.8份、硬脂酸钙5.7-10.9份、纳米碳酸钙3.5-7.9份、铝酸酯0.2-0.8份、降解促进剂10.2-12.4份；

所述降解促进剂由如下步骤制成：

步骤S1：将对二甲苯加入烧瓶，在温度为5-8℃条件下加入无水氯化铝，然后在冰浴条件下，边搅拌边向烧瓶中滴加乙酰氯，滴加完毕后升温至50℃，搅拌反应5-7h，反应结束后，进行后处理，后处理步骤为：将生成物倒入碎冰与稀盐酸的混合物中使其分解，静置分层，滤去下层，在上层溶液中加入饱和NaHCO

反应方程式如下所示：

步骤S2：将中间物1、去离子水加入烧瓶，然后加入高锰酸钾，于温度100℃条件下，回流反应2-3h，制得中间物2，然后将中间物2与DMF加入烧瓶，然后加入二氯亚砜，通入氮气，在温度60-65℃条件下，反应5-6h，制得中间物3；

反应方程式如下所示：

步骤S3：将中间物3与氯苯加入烧瓶中，冰浴下搅拌均匀，然后加入无水氯化铝，搅拌20min后于室温下反应1-2h，然后升温至80℃，再反应8-12h，反应结束后，进行后处理，后处理步骤为在冰盐酸中沉降，抽滤后滤饼依次用去离子水、饱和碳酸氢钠水溶液、无水乙醇、去离子水洗涤，70℃干燥后，制得中间物4；

反应方程式如下所示：

步骤S4：将中间物4、碳酸钾、去离子水加入烧瓶，搅拌混合均匀，加入四乙基溴化铵，在温度110-120℃条件下，回流反应1-2小时，制得中间物5；

反应方程式如下所示：

步骤S5：将中间物5、吡啶以及四氢呋喃加入烧瓶，搅拌后加入对氨基苯甲酰氯，通入氮气，在温度40-50℃条件下，反应3-4h，反应结束后，制得中间物6；

步骤S6：将中间物6、碳酸铯以及3-氟二苯甲酮加入烧瓶中，通入氮气，加入DMF，在温度150℃条件下回流反应10-11h，然后使用体积比为2：1的二氯甲烷/石油醚溶液进行洗脱，制得降解促进剂。

反应方程式如下所示：

进一步地，步骤S1所述对二甲苯、无水氯化铝、乙酰氯的用量比为0.6mol：0.2mol：16g。

进一步地，步骤S2所述中间物1与高锰酸钾的用量比为0.1g：2g，中间物2与二氯亚砜的用量比为0.2g：3.5g。

进一步地，步骤S3所述中间物3、氯苯、无水氯化铝的用量比为0.1mol：0.3mol：0.05mol。

进一步地，步骤S4所述中间物4、碳酸钾、去离子水、四乙基溴化铵的用量比为5g：0.5g：50mL：0.6g。

进一步地，步骤S5所述中间物5、吡啶、四氢呋喃、对氨基苯甲酰氯的用量比为0.05mol：0.05mol：50mL：0.1mol。

进一步地，步骤S6所述中间物6、碳酸铯、3-氟二苯甲酮的用量比为0.5mol：0.6mol：1.1mol。

一种环保可降解塑料包装膜的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤一：将玉米淀粉通过气流粉碎机超微细化至600-1200目，然后放入高速搅拌机中，同时加入铝酸酯在80-100℃搅拌30min，得到改性淀粉；

步骤二：将PBS树脂与降解促进剂加入搅拌釜，在温度50℃下混合20min，然后粉碎过60目筛，再依次加入改性淀粉、纳米二氧化硅、硬脂酸钙、纳米碳酸钙，在温度60℃下搅拌混合30min，得到混合料；

步骤三：将混合料使用挤出机挤出，使用ABA型挤出流延模具制备成膜，三辊压光机拉伸后，得到环保可降解塑料包装膜，其中，挤出机的挤出温度为155-165℃，挤出流延模具的温度为170-180℃。

(三)有益效果

本发明提供了一种环保可降解塑料包装膜及其制备方法。与现有技术相比具备以下有益效果：本发明使用具有可降解功能的PBS树脂和具有生物降解功能的淀粉作为包装膜的基体，具有良好的降解效果，同时制备添加了一种降解促进剂，首先使用对二甲苯与乙酰氯反应制得中间物1，再将中间物1的甲基氧化成羧基，得到中间物2，中间物2与二氯亚砜进行酰化反应，制得带有酰氯基团的中间物3，中间物3在无水氯化铝条件下与氯苯反应制得中间物4，中间物4在碱性条件下水解反应制得中间物5，然后中间物5的羟基与对氨基苯甲酰氯的酰氯发生反应，制得中间物6，中间物6与3-氟二苯甲酮发生取代反应制得降解促进剂，该降解促进剂含有多个羰基，羰基化合物可以吸收270-300nm的紫外光，使羰基上的氧原子与其相连的碳原子强烈极化，极化后氧原子具有求电子、碳原子具有求核的电子特性，羰基α位的C-C键会被切断产生羰基化合物自由基和低碳化合物自由基，以及γ位的C-C键断裂会产生自由基与低碳化合物，这些自由基会引发高分子聚合物裂解，且低碳化合物会降解生成二氧化碳等环境可消纳的物质，促进裂解的速率，促进塑料分解，最终制得的环保可降解塑料包装膜具有优异的环保可降解性能。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

所述降解促进剂由如下步骤制成：

步骤S1：将对二甲苯加入烧瓶，在温度为5℃条件下加入无水氯化铝，然后在冰浴条件下，边搅拌边向烧瓶中滴加乙酰氯，滴加完毕后升温至50℃，搅拌反应5h，反应结束后，进行后处理，后处理步骤为：将生成物倒入碎冰与稀盐酸的混合物中使其分解，静置分层，滤去下层，在上层溶液中加入饱和NaHCO

步骤S2：将中间物1、去离子水加入烧瓶，然后加入高锰酸钾，于温度100℃条件下，回流反应2h，制得中间物2，然后将中间物2与DMF加入烧瓶，然后加入二氯亚砜，通入氮气，在温度60℃条件下，反应5h，制得中间物3；

步骤S3：将中间物3与氯苯加入烧瓶中，冰浴下搅拌均匀，然后加入无水氯化铝，搅拌20min后于室温下反应1h，然后升温至80℃，再反应8h，反应结束后，进行后处理，后处理步骤为在冰盐酸中沉降，抽滤后滤饼依次用去离子水、饱和碳酸氢钠水溶液、无水乙醇、去离子水洗涤，70℃干燥后，制得中间物4；

步骤S4：将中间物4、碳酸钾、去离子水加入烧瓶，搅拌混合均匀，加入四乙基溴化铵，在温度110℃条件下，回流反应1小时，制得中间物5；

步骤S5：将中间物5、吡啶以及四氢呋喃加入烧瓶，搅拌后加入对氨基苯甲酰氯，通入氮气，在温度40℃条件下，反应3h，反应结束后，制得中间物6；

步骤S6：将中间物6、碳酸铯以及3-氟二苯甲酮加入烧瓶中，通入氮气，加入DMF，在温度150℃条件下回流反应10h，然后使用体积比为2：1的二氯甲烷/石油醚溶液进行洗脱，制得降解促进剂。

实施例2

所述降解促进剂由如下步骤制成：

步骤S1：将对二甲苯加入烧瓶，在温度为6.5℃条件下加入无水氯化铝，然后在冰浴条件下，边搅拌边向烧瓶中滴加乙酰氯，滴加完毕后升温至50℃，搅拌反应6h，反应结束后，进行后处理，后处理步骤为：将生成物倒入碎冰与稀盐酸的混合物中使其分解，静置分层，滤去下层，在上层溶液中加入饱和NaHCO

步骤S2：将中间物1、去离子水加入烧瓶，然后加入高锰酸钾，于温度100℃条件下，回流反应2.5h，制得中间物2，然后将中间物2与DMF加入烧瓶，然后加入二氯亚砜，通入氮气，在温度62.5℃条件下，反应5.5h，制得中间物3；

步骤S3：将中间物3与氯苯加入烧瓶中，冰浴下搅拌均匀，然后加入无水氯化铝，搅拌20min后于室温下反应1.5h，然后升温至80℃，再反应10h，反应结束后，进行后处理，后处理步骤为在冰盐酸中沉降，抽滤后滤饼依次用去离子水、饱和碳酸氢钠水溶液、无水乙醇、去离子水洗涤，70℃干燥后，制得中间物4；

步骤S4：将中间物4、碳酸钾、去离子水加入烧瓶，搅拌混合均匀，加入四乙基溴化铵，在温度115℃条件下，回流反应1.5小时，制得中间物5；

步骤S5：将中间物5、吡啶以及四氢呋喃加入烧瓶，搅拌后加入对氨基苯甲酰氯，通入氮气，在温度45℃条件下，反应3.5h，反应结束后，制得中间物6；

步骤S6：将中间物6、碳酸铯以及3-氟二苯甲酮加入烧瓶中，通入氮气，加入DMF，在温度150℃条件下回流反应10.5h，然后使用体积比为2：1的二氯甲烷/石油醚溶液进行洗脱，制得降解促进剂。

实施例3

所述降解促进剂由如下步骤制成：

步骤S1：将对二甲苯加入烧瓶，在温度为8℃条件下加入无水氯化铝，然后在冰浴条件下，边搅拌边向烧瓶中滴加乙酰氯，滴加完毕后升温至50℃，搅拌反应7h，反应结束后，进行后处理，后处理步骤为：将生成物倒入碎冰与稀盐酸的混合物中使其分解，静置分层，滤去下层，在上层溶液中加入饱和NaHCO

步骤S2：将中间物1、去离子水加入烧瓶，然后加入高锰酸钾，于温度100℃条件下，回流反应3h，制得中间物2，然后将中间物2与DMF加入烧瓶，然后加入二氯亚砜，通入氮气，在温度65℃条件下，反应6h，制得中间物3；

步骤S3：将中间物3与氯苯加入烧瓶中，冰浴下搅拌均匀，然后加入无水氯化铝，搅拌20min后于室温下反应2h，然后升温至80℃，再反应12h，反应结束后，进行后处理，后处理步骤为在冰盐酸中沉降，抽滤后滤饼依次用去离子水、饱和碳酸氢钠水溶液、无水乙醇、去离子水洗涤，70℃干燥后，制得中间物4；

步骤S4：将中间物4、碳酸钾、去离子水加入烧瓶，搅拌混合均匀，加入四乙基溴化铵，在温度120℃条件下，回流反应2小时，制得中间物5；

步骤S5：将中间物5、吡啶以及四氢呋喃加入烧瓶，搅拌后加入对氨基苯甲酰氯，通入氮气，在温度50℃条件下，反应4h，反应结束后，制得中间物6；

步骤S6：将中间物6、碳酸铯以及3-氟二苯甲酮加入烧瓶中，通入氮气，加入DMF，在温度150℃条件下回流反应11h，然后使用体积比为2：1的二氯甲烷/石油醚溶液进行洗脱，制得降解促进剂。

实施例4

一种环保可降解塑料包装膜，包括如下重量份原料：PBS树脂40份、玉米淀粉30份、纳米二氧化硅8.6份、硬脂酸钙5.7份、纳米碳酸钙3.5份、铝酸酯0.2份、实施例2制备的降解促进剂10.2份；

该环保可降解塑料包装膜由如下步骤制成：

步骤一：将玉米淀粉通过气流粉碎机超微细化至600目，然后放入高速搅拌机中，同时加入铝酸酯在80℃搅拌30min，得到改性淀粉；

步骤二：将PBS树脂与实施例2制备的降解促进剂加入搅拌釜，在温度50℃下混合20min，然后粉碎过60目筛，再依次加入改性淀粉、纳米二氧化硅、硬脂酸钙、纳米碳酸钙，在温度60℃下搅拌混合30min，得到混合料；

步骤三：将混合料使用挤出机挤出，使用ABA型挤出流延模具制备成膜，三辊压光机拉伸后，得到环保可降解塑料包装膜，其中，挤出机的挤出温度为155℃，挤出流延模具的温度为170℃。

实施例5

一种环保可降解塑料包装膜，包括如下重量份原料：PBS树脂50份、玉米淀粉35份、纳米二氧化硅9.7份、硬脂酸钙8.3份、纳米碳酸钙5.7份、铝酸酯0.5份、实施例2制备的降解促进剂11.3份；

该环保可降解塑料包装膜由如下步骤制成：

步骤一：将玉米淀粉通过气流粉碎机超微细化至800目，然后放入高速搅拌机中，同时加入铝酸酯在90℃搅拌30min，得到改性淀粉；

步骤二：将PBS树脂与实施例2制备的降解促进剂加入搅拌釜，在温度50℃下混合20min，然后粉碎过60目筛，再依次加入改性淀粉、纳米二氧化硅、硬脂酸钙、纳米碳酸钙，在温度60℃下搅拌混合30min，得到混合料；

步骤三：将混合料使用挤出机挤出，使用ABA型挤出流延模具制备成膜，三辊压光机拉伸后，得到环保可降解塑料包装膜，其中，挤出机的挤出温度为160℃，挤出流延模具的温度为175℃。

实施例6

一种环保可降解塑料包装膜，包括如下重量份原料：PBS树脂60份、玉米淀粉40份、纳米二氧化硅10.8份、硬脂酸钙10.9份、纳米碳酸钙7.9份、铝酸酯0.8份、实施例2制备的降解促进剂12.4份；

该环保可降解塑料包装膜由如下步骤制成：

步骤一：将玉米淀粉通过气流粉碎机超微细化至1200目，然后放入高速搅拌机中，同时加入铝酸酯在100℃搅拌30min，得到改性淀粉；

步骤二：将PBS树脂与实施例2制备的降解促进剂加入搅拌釜，在温度50℃下混合20min，然后粉碎过60目筛，再依次加入改性淀粉、纳米二氧化硅、硬脂酸钙、纳米碳酸钙，在温度60℃下搅拌混合30min，得到混合料；

步骤三：将混合料使用挤出机挤出，使用ABA型挤出流延模具制备成膜，三辊压光机拉伸后，得到环保可降解塑料包装膜，其中，挤出机的挤出温度为165℃，挤出流延模具的温度为180℃。

对比例：与实施例5相比不添加实施例2制备的降解促进剂。

对实施例4-6和对比例进行性能测试，将实施例4-6和对比例制备的包装膜在室温下平衡后称量，置于紫外光照箱中进行紫外光照射，与紫外灯的直线距离保持在15-20cm，控制箱内温度为40±2℃，每隔1h翻一下膜，并计算光照240h后的失重率，测试结果见表1，其中，失重率＝(光照前质量-光照后质量)/光照前质量×100％。

表1

由表1可以看出，对比例虽然也具有一定的光降解性能，但实施例4-6相较于对比例的光降解性能更好。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。