一种纳米阻隔添加剂及其制备方法和相关产品技术

本发明专利技术涉及提供一种纳米阻隔添加剂，其具有如式Ⅰ所示的结构，POSS是具有如式Ⅱ所示的结构，R具有如式Ⅲ所示的结构。本发明专利技术还涉及一种纳米阻隔聚乳酸母粒包括以下质量百分比的组分：聚乳酸73％～80.9％，纳米阻隔添加剂13％～17％，抗氧剂0.1％～1％，分散剂0.5％～2％，相容剂3％～10％。本发明专利技术还涉及一种聚乳酸包装膜的制备方法，先将聚乳酸，纳米阻隔添加剂，抗氧剂，分散剂，相容剂，混合挤出造粒，制得纳米阻隔聚乳酸母粒，再将纳米阻隔聚乳酸母粒和聚乳酸，挤出吹塑成型，然后热定型。本发明专利技术的纳米阻隔添加剂可以有效阻隔水汽，采用该纳米阻隔添加剂的聚乳酸母粒具有优异的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米阻隔添加剂及其制备方法和相关产品
本专利技术涉及一种超支化POSS改性添加剂，以及该添加剂的制备方法，属于高分子材料

技术介绍
目前，我们使用较多的塑料如聚乙烯、聚丙烯等均属于石油化工产品，虽然由于质轻、强度高、方便、价廉等特性深受人们的喜爱，但是这些塑料是产生白色污染的罪魁祸首，且随着石油的匮乏，这些塑料的价格也在不断上涨。生物降解塑料的发展是治理和解决白色污染的重要途径，生物降解材料是一类可被环境中的细菌、霉菌、藻类等微生物分解，最终生成对环境无污染的物质的塑料。生物降解材料原料来源于可再生资源，如玉米、大豆等，有利于人类摆脱对石油资源的依赖。在目前生产及应用的生物降解材料中，聚乳酸(PLA)是人们研究和工业化生产应用最广泛的材料。PLA是一种热塑性聚酯,具有很好的生物降解性、生物相容性和生物可吸收性，且兼具PP、PE、PST等塑料的优点，被产业界认为是最有发展前途的绿色包装材料。聚乳酸应用在绿色包装材料上主要需要解决问题是其阻隔水汽的性能。虽然，已有商品化的PLA食品包装材料应用于市场，但是其阻隔性能依然较差，对食品的保护作用时间依然需要增加。例如，世界上首家采用NatureWorks生产的PLA瓶进行全天然有机果汁饮料包装的公司BlueLake，其仅能保证产品60天货架期，依然满足不了目前果汁饮料至少半年的保质期。因此，研发一种可用于聚乳酸(PLA)的高效阻隔剂是本领域的技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种可以有效阻隔水汽纳米阻隔添加剂及其制备方法，一种采用该纳米阻隔添加剂具有优异的力学性能的聚乳酸母粒及其制备方法，一种采用该聚乳酸母粒的聚乳酸包装膜的制备方法。本专利技术为解决上述技术问题提出的一种技术方案是：一种纳米阻隔添加剂，具有如式Ⅰ所示的结构，其中，POSS是笼型聚倍半硅氧烷，笼型聚倍半硅氧烷的硅原子数目是8个。上述笼型聚倍半硅氧烷具有如式Ⅱ所示的结构，其中，R是具有氨基的官能团。上述R具有如式Ⅲ所示的结构，笼型聚倍半硅氧烷是γ-氨丙基倍半硅氧烷。本专利技术为解决上述技术问题提出的又一种技术方案是：一种纳米阻隔添加剂的制备方法，适量的笼型聚倍半硅氧烷和三氯氧磷采用酸性催化剂发生反应，生成纳米阻隔添加剂成品，所述笼型聚倍半硅氧烷具有如式Ⅱ所示的结构，其中，R是具有如式Ⅲ所示的结构，上述笼型聚倍半硅氧烷与三氯氧磷的摩尔比为3:2至2:1；所述反应温度为110℃～150℃(优选135℃)，所述反应时间18h～36h(优选24h)，所述反应采用氮气保护，所述酸性催化剂是盐酸。上述反应结束后，加入乙醇作为溶剂，再加入三乙胺直至盐酸的烟雾消失，然后过滤、水洗，真空85℃～95℃(优选90℃)干燥，从而得到固体添加剂。本专利技术为解决上述技术问题提出的又一种技术方案是：一种纳米阻隔聚乳酸母粒，包括以下质量百分比的组分：聚乳酸73％～80.9％，纳米阻隔添加剂13％～17％，抗氧剂0.1％～1％，分散剂0.5％～2％，相容剂3％～10％。上述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂TNP中的一种或多种；所述分散剂是硬脂酸钙、聚乙烯蜡微粉、聚四氟乙烯蜡微粉和LicocenePEMA4351蜡粉中的一种或多种；所述相容剂是乙烯和丙烯酸丁酯的共聚物和乙烯醋酸乙烯共聚物中的一种或两种。抗氧剂优选抗氧剂1010和抗氧剂168的复合抗氧剂。分散剂优选硬脂酸钙和LicocenePEMA4351的组合物。本专利技术为解决上述技术问题提出的又一种技术方案是：一种聚乳酸包装膜的制备方法，包括以下步骤：A.将以下质量百分比的组分：聚乳酸73％～80.9％，纳米阻隔添加剂13％～17％，抗氧剂0.1％～1％，分散剂0.5％～2％，相容剂3％～10％，混合挤出造粒，制得纳米阻隔聚乳酸母粒，B.将以下质量百分比的组分：纳米阻隔聚乳酸母粒5％～10％(优选7％)，其余为聚乳酸，挤出吹塑成型，然后热定型。上述步骤A和步骤B中的聚乳酸预先在80℃～100℃的温度下干燥8h～15h；步骤A中的混合采用立式双螺带混合机，驱动功率3KW～120KW，混合时间为3min～10min(优选5min)；所述步骤A中的挤出机采用同向啮合双螺杆挤出机，同向啮合双螺杆挤出机的双螺杆转速为40r/min～60r/min(优选50r/min)，各段温度依次分别为140℃、150℃、170℃、180℃、180℃；所述步骤B中的挤出吹塑成型采用螺杆直径为125mm的单螺杆吹塑机，单螺杆转速为20r/min～50r/min，各段温度依次分别为140℃、150℃、170℃、180℃、180℃；所述步骤B中的热定型时间2s～10s(优选5s～7s)，热定型温度为110℃～130℃(优选120℃)。本专利技术具有积极的效果：本专利技术的纳米阻隔添加剂是具有特殊结构的超支化POSS改性剂，具有较高的热稳定性和气体阻隔性，在热定型过程中会快速迁移至表面，形成更连续化的含硅阻隔网络结构，添加剂的用量较少。其可用于PLA食品包装的生产和PLA包装膜的印刷等方面，基本上不会降低PLA包装膜的透明性和印刷性能，不仅降低了包装膜的成本，也提高了包装膜的综合性能。在自然环境下，由本专利技术的纳米阻隔添加剂改性的PLA高阻隔食品包装或包装膜可完全降解，可替代传统的聚乙烯等石油化工材料，是一种环境友好型产品，具有重要的环保意义，且产品综合性能高，生产简单，易于推广应用，具有非常广泛的应用前景。附图说明图1是实施例1的纳米阻隔添加剂的红外光谱图；图2是实施例1的纳米阻隔添加剂的核磁共振氢谱图；图3是实施例1的纳米阻隔添加剂的DSC曲线图；图4是实施例1的纳米阻隔添加剂的热失重曲线；图5是应用例1的聚乳酸包装膜热定型时纳米阻隔添加剂的迁移示意图；图6是应用例1的纳米阻隔聚乳酸母粒的自然断裂面光学显微镜图像；图7是应用例2的纳米阻隔聚乳酸母粒的自然断裂面光学显微镜图像；图8是本专利技术中的纳米阻隔添加剂的反应路线图。具体实施方式本专利技术实施例所用的原料和试剂为市场上常见的产品，其中：聚乳酸(PLA)优选具有一定熔体黏度的聚乳酸切片，在测试条件为210℃2.16Kg时的熔体流动速率为6g/10min～60g/10min；密度为:1.20g/cm3～1.25g/cm3，进一步优选熔体流动速率为20g/10min，密度为1.20g/cm3的聚乳酸切片。合适熔体流动速率的聚乳酸切片可提高聚乳酸在加工过程的可靠性，保证产品加工顺利进行，提高产品质量。乙烯和丙烯酸丁酯的共聚物(EBA)优选德国路可比的1400MN型乙烯和丙烯酸丁酯的共聚物。和乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)优选杜邦Elvax3165型乙烯醋酸乙烯共聚物。实施例1本实施例的纳米阻隔添加剂的结构式为A3B2的磷酰化T8型倍半硅氧烷结构，具有如式Ⅰ所示的结构，其中，POSS是γ-氨丙基倍半硅氧烷，具有如式Ⅱ所示的结构，硅原子数目是8个。其中，R是丙氨基，具有如式Ⅲ所示的结构，本实施例的纳米阻隔添加剂的制备方法，是将一定量的γ-氨丙基倍半硅氧烷放入500ml的具有回流冷凝装置的三口烧瓶中，在机械搅拌的情况下加热到120℃，在氮气保护的条件下，再将一定量的三氯氧磷加入三口烧瓶中，然后加入一定量的浓度为34％的盐酸继续在1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米阻隔添加剂，其特征在于：具有如式Ⅰ所示的结构，

【技术特征摘要】
1.一种纳米阻隔添加剂，其特征在于：具有如式Ⅰ所示的结构，其中，POSS是笼型聚倍半硅氧烷。2.根据权利要求1所述的一种纳米阻隔添加剂，其特征在于：所述笼型聚倍半硅氧烷具有如式Ⅱ所示的结构，其中，R是具有氨基的官能团。3.根据权利要求2所述的一种纳米阻隔添加剂，其特征在于：所述R具有如式Ⅲ所示的结构，4.一种纳米阻隔添加剂的制备方法，其特征在于，适量的笼型聚倍半硅氧烷和三氯氧磷采用酸性催化剂发生反应，生成纳米阻隔添加剂成品，所述笼型聚倍半硅氧烷具有如式Ⅱ所示的结构，其中，R是具有如式Ⅲ所示的结构，5.根据权利要求4所述的一种纳米阻隔添加剂的制备方法，其特征在于：所述笼型聚倍半硅氧烷与三氯氧磷的摩尔比为3:2至2:1；所述反应温度为110℃～150℃，所述反应时间18h～36h，所述反应采用氮气保护，所述酸性催化剂是盐酸。6.根据权利要求5所述的一种纳米阻隔添加剂的制备方法，其特征在于：所述反应结束后，加入乙醇作为溶剂，再加入三乙胺直至盐酸的烟雾消失，然后过滤、水洗，真空85℃～95℃干燥，从而得到固体添加剂。7.一种纳米阻隔聚乳酸母粒，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：聚乳酸73％～80.9％，纳米阻隔添加剂13％～17％，抗氧剂0.1％～1％，分散剂0.5％～2％，相容剂3％～10％。8.根据权利要求7所述的一种纳米阻隔聚乳酸母粒，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗...

【专利技术属性】
技术研发人员：茹正伟，熊唯诚，范纯纯，
申请(专利权)人：常州百佳薄膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32