一种高阻隔性双向拉伸可降解聚酯薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及薄膜材料技术领域，尤其涉及一种高阻隔性双向拉伸可降解聚酯薄膜及其制备方法。

背景技术

聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，不仅具有良好的力学性能和耐热性、耐冲击性能，而且具有优良的生物降解性，是一种备受关注的的热塑性生物可降解型材料。由于聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯还具有良好的成膜性，使其可以应用于包装薄膜材料领域。尤其是双向拉伸工艺能够赋予PBAT薄膜更好的力学性能和抗穿刺性能，大大提高了其作为包装薄膜的使用性能，有利于扩展其在高端包装材料领域的应用前景。但是，聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯材料的阻隔性能较差，使其阻氧、阻水蒸气的效果不高，对包装内容物，尤其是食品、药品等的水、氧阻隔保护效果不佳，成为限制双向拉伸PBAT薄膜在包装材料领域推广应用的一个重要因素。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高阻隔性双向拉伸可降解聚酯薄膜及其制备方法。

本发明提出的一种高阻隔性双向拉伸可降解聚酯薄膜，包括下述原料：聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、改性蒙脱土、扩链剂、分散剂、抗氧剂；其中聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、改性蒙脱土、扩链剂、分散剂、抗氧剂的质量比为100：(5-15)：(1-2)：(2-3)：(0.5-2)；

所述改性蒙脱土是以双棕榈羧乙基羟乙基甲基硫酸甲酯铵、十二烷基双羟乙基甲基氯化铵和硅烷偶联剂KH-550对蒙脱土进行表面改性得到。

优选地，所述改性蒙脱土的制备方法包括：将蒙脱土分散在适量水中，然后加入双棕榈羧乙基羟乙基甲基硫酸甲酯铵、十二烷基双羟乙基甲基氯化铵，在50-60℃下搅拌反应2-3h，反应完毕后离心，将得到的沉淀物洗涤、干燥后分散在适量乙醇水溶液中，加入硅烷偶联剂KH-550，在60-80℃下搅拌反应5-10h，反应完毕后离心，将得到的沉淀物洗涤、干燥，得到改性蒙脱土。

优选地，所述蒙脱土、双棕榈羧乙基羟乙基甲基硫酸甲酯铵、十二烷基双羟乙基甲基氯化铵和硅烷偶联剂KH-550的质量比为1：(0.2-0.3)：(0.1-0.2)：(0.2-0.4)。

优选地，所述聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯的重均分子量为110000-130000g/mol，在2.16kg、190℃下的熔体流动速率为3.5-4.5g/10min，熔点为110-120℃。

优选地，所述扩链剂为巴斯夫ADR 4468扩链剂，所述分散剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的至少一种，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168或其组合。

一种所述的高阻隔性双向拉伸可降解聚酯薄膜的制备方法，包括：

S1、按质量份称取原料混合均匀，加入双螺杆挤出机中熔融挤出，然后采用流延机流延，冷却后得到片材；

S2、将所述片材进行双向拉伸，然后热定型，得到高阻隔性聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯薄膜。

优选地，S1中，熔融挤出的温度为180-200℃，流延的温度为180-200℃，冷却的温度为20-30℃。

优选地，S2中，双向拉伸包括：先进行纵向拉伸，在进行横向拉伸，其中纵向拉伸的温度为95-110℃，拉伸倍率为3-4，横向拉伸的温度为105-115℃，拉伸倍率为3-5，热定型的温度为110-115℃。

本发明的有益效果如下：

本发明先采用阳离子季铵盐双棕榈羧乙基羟乙基甲基硫酸甲酯铵和十二烷基双羟乙基甲基氯化铵对蒙脱土进行联合插层改性，向蒙脱土中引入酯基和羟基基团，然后加入硅烷偶联剂KH-550，其水解形成的硅醇进一步与羟基基团反应使硅烷偶联剂活性基团接枝到蒙脱土表面，从而形成了具有酯基、氨基等活性基团，同时具有良好疏水性能的改性蒙脱土，将其作为添加剂加入聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯基体中，并在扩链剂的存在下，通过双向拉伸制得聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯薄膜，由于改性蒙脱土具有片层结构，其疏水性好，且改性蒙脱土中富含的酯基、氨基活性基团与聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯基体具有很好的相容性以及结合性能，从而更为有效地起到对水、氧的阻隔性能，使制得的聚酯薄膜不仅具有优良的可降解性和力学性能，而且阻隔性能优越，能够很好地应用于包装材料领域。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

制备高阻隔性双向拉伸可降解聚酯薄膜：

S1、按质量比为100：10：1.5：2.5：1称取聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、改性蒙脱土、巴斯夫ADR 4468扩链剂、硬脂酸锌、抗氧剂1010的混合均匀，加入双螺杆挤出机中于180-200℃下熔融挤出，然后采用流延机于180-200℃下流延，于25℃下冷却后得到片材；

改性蒙脱土的制备方法为：将1kg蒙脱土分散在20L水中，然后加入0.25kg双棕榈羧乙基羟乙基甲基硫酸甲酯铵(型号为索尔维TEP-88)、0.15kg十二烷基双羟乙基甲基氯化铵，在55℃下搅拌反应2.5h，反应完毕后离心，将得到的沉淀物洗涤、干燥后分散在20L乙醇水溶液(由无水乙醇和水按体积比为1:4混合得到)中，加入0.3kg硅烷偶联剂KH-550，在70℃下搅拌反应8h，反应完毕后离心，将得到的沉淀物洗涤、干燥，得到改性蒙脱土；

聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯的重均分子量为120000g/mol，在2.16kg、190℃下的熔体流动速率为3.9g/10min，熔点为115℃；

S2、将所述片材先进行纵向拉伸，再进行横向拉伸，其中纵向拉伸的温度为98℃，拉伸倍率为3.5，横向拉伸的温度为108℃，拉伸倍率为4，然后在113℃下进行热定型，得到高阻隔性聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯薄膜。

实施例2

制备高阻隔性双向拉伸可降解聚酯薄膜：

S1、按质量比为100：5：1：2：0.5称取聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、改性蒙脱土、巴斯夫ADR 4468扩链剂、硬脂酸锌、抗氧剂1010的混合均匀，加入双螺杆挤出机中于180-200℃下熔融挤出，然后采用流延机于180-200℃下流延，于20℃下冷却后得到片材；

改性蒙脱土的制备方法为：将1kg蒙脱土分散在20L水中，然后加入0.2kg双棕榈羧乙基羟乙基甲基硫酸甲酯铵(型号为索尔维TEP-88)、0.1kg十二烷基双羟乙基甲基氯化铵，在50℃下搅拌反应3h，反应完毕后离心，将得到的沉淀物洗涤、干燥后分散在20L乙醇水溶液(由无水乙醇和水按体积比为1:4混合得到)中，加入0.2kg硅烷偶联剂KH-550，在60℃下搅拌反应10h，反应完毕后离心，将得到的沉淀物洗涤、干燥，得到改性蒙脱土；

聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯的重均分子量为120000g/mol，在2.16kg、190℃下的熔体流动速率为3.9g/10min，熔点为115℃；

S2、将所述片材先进行纵向拉伸，再进行横向拉伸，其中纵向拉伸的温度为95℃，拉伸倍率为3，横向拉伸的温度为105℃，拉伸倍率为3，然后在110℃下进行热定型，得到高阻隔性聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯薄膜。

实施例3

制备高阻隔性双向拉伸可降解聚酯薄膜：

S1、按质量比为100：15：2：3：2称取聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、改性蒙脱土、巴斯夫ADR 4468扩链剂、硬脂酸锌、抗氧剂1010的混合均匀，加入双螺杆挤出机中于180-200℃下熔融挤出，然后采用流延机于180-200℃下流延，于30℃下冷却后得到片材；

改性蒙脱土的制备方法为：将1kg蒙脱土分散在20L水中，然后加入0.3kg双棕榈羧乙基羟乙基甲基硫酸甲酯铵(型号为索尔维TEP-88)、0.2kg十二烷基双羟乙基甲基氯化铵，在60℃下搅拌反应2h，反应完毕后离心，将得到的沉淀物洗涤、干燥后分散在20L乙醇水溶液(由无水乙醇和水按体积比为1:4混合得到)中，加入0.4kg硅烷偶联剂KH-550，在80℃下搅拌反应5h，反应完毕后离心，将得到的沉淀物洗涤、干燥，得到改性蒙脱土；

聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯的重均分子量为120000g/mol，在2.16kg、190℃下的熔体流动速率为3.9g/10min，熔点为115℃；

S2、将所述片材先进行纵向拉伸，再进行横向拉伸，其中纵向拉伸的温度为110℃，拉伸倍率为4，横向拉伸的温度为115℃，拉伸倍率为5，然后在115℃下进行热定型，得到高阻隔性聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯薄膜。

对比例1

对比例1与实施例1的区别仅为：采用不同的改性蒙脱土。

对比例1中改性蒙脱土的制备方法为：将1kg蒙脱土分散在20L水中，然后加入0.4kg十六烷基三甲基氯化铵，在55℃下搅拌反应2.5h，反应完毕后离心，将得到的沉淀物洗涤、干燥后分散在20L乙醇水溶液(由无水乙醇和水按体积比为1:4混合得到)中，加入0.3kg硅烷偶联剂KH-550，在70℃下搅拌反应8h，反应完毕后离心，将得到的沉淀物洗涤、干燥，得到改性蒙脱土。

试验例

对实施例1-3和对比例1制得的薄膜进行水蒸气阻隔性能测试，测试方法参照：GB1037-88，测试结果如表1所示：

表1

由此可见，本发明可以大幅度提升薄膜的阻隔性能，从而改善其在包装材料领域的应用效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。