一种可降解封口膜及其制备方法与流程

本技术涉及可降解包装，更具体地说，它涉及一种可降解封口膜及其制备方法。

背景技术：

1、封口膜是一种复合材料，用于封闭各种容器口部，以达到保鲜、防尘、防潮等效果，其多应用于食品、化妆品、药用品等行业的包装，而日常生活常见的密封封口包装形式，常用于快餐盒封口、熟食封口、果冻封口、奶茶封口，还有打包凉茶、豆浆、果汁、饮料或咖啡甜品等用途。

2、市场上面的封口膜按材质分为常规透明塑料封口膜、磨砂封口膜、纸质封口膜三类，随着环保意识的提高和个性化需求的增加，纸膜封口膜越来越受到欢迎。纸质封口膜通过对纸张表面进行涂布或覆盖塑料膜得到，而随着纸质封口膜也在不断创新和发展，纸质封口膜的纸质材料来源于植物纤维，如树木、竹子等，这些资源在自然界中可再生，且具有较快的降解速度；纸质封口膜的涂层部分也使用淀粉和聚乳酸等生物降解性材料，既能够带来防水、防油等效果，还具有优异的可降解性能；因此，纸质封口膜更具环保优势和和经济效益，可以在自然环境中迅速降解，不会对环境造成长期污染。

3、针对上述中的相关技术，发明人认为，纸质封口膜虽然在可降解性上具有优势，但传统塑料封口膜却具有更高的结构强度，而纸质封口膜受纸质封口膜的纸质材料和生物降解涂层的限制，更易破损，尤其是生物降解涂层，在受到较大外力作用时易产生微裂纹扩展，因此，纸质封口膜在整体结构强度的表现上依然有待提升。

技术实现思路

1、为了提高生物降解涂层的抗微裂纹扩展能力，并使纸质封口膜整体的结构强度得到显著提升，本技术提供一种可降解封口膜及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种可降解封口膜，采用如下的技术方案：

3、一种可降解封口膜，包括纸质基体和设置于所述纸质基体上的生物降解涂层，所述生物降解涂层由包含以下重量份的原料制成：

4、聚乳酸 40-50份；

5、木薯淀粉 10-20份；

6、乙烯-丙烯酸共聚物 15-25份；

7、分散剂 3-5份；

8、交联剂2-3份；

9、增稠剂 1-3份；

10、蒙脱土 1.5-2.5份；

11、改性竹纤维 2-6份；

12、所述改性竹纤维通过如下改性步骤制备获得：

13、s1、取竹纤维原料放入浓度为6-10%的氢氧化钠溶液中浸泡处理，水洗干燥后，得到预处理竹纤维；

14、s2、将硅烷偶联剂和多巴胺混合作为改性剂置于去离子水中，配制成浓度为3-5%的改性溶液，然后将预处理竹纤维浸入改性溶液中进行处理，取出干燥后得到改性竹纤维；

15、硅烷偶联剂和多巴胺的重量比为1:（2-3）。

16、通过采用上述技术方案，聚乳酸是以玉米、小麦、甜菜等含淀粉的农产品为原料，经发酵生成乳酸后，再经缩聚和熔融纺丝制成，在分解后，高分子多聚链断裂分解，最终降解产物为二氧化碳和水，不污染环境；木薯淀粉是经过淀粉提取后脱水干燥而成的粉末，具有优良的可再生性和可降解性；乙烯-丙烯酸共聚物是通过乙烯与丙烯酸反应生产，是一种具有热塑性和极高粘接性的聚合物；将聚乳酸、木薯淀粉和乙烯-丙烯酸共聚物搭配形成生物降解涂层的主要混合基质，能够表现出优异的相容性，并与其他原料间能够形成紧密且稳定的结合，同时也能够表现出较佳的可降解性，进而有利于获得品质优异稳定的可降解封口膜。

17、竹纤维是一种以竹子为原料提取的纤维，可以在自然环境中被微生物分解和降解，且降解速度快，环保性能优异；而对竹纤维进行改性处理，先以氢氧化钠处理，使竹纤维表面变得粗糙，再以硅烷偶联剂和多巴胺混合作为改性剂进行处理，不仅使竹纤维变得更加柔软和蓬松，还能够形成特殊的表面改性，在高分子混合基质与竹纤维间充当稳定的桥梁和纽带作用；同时，得到的改性竹纤维在使用后，也能够在生物降解涂层中搭建出网状交织互锁结构，对生物降解涂层结构强度和抗微裂纹扩展能力的提升具有显著作用。蒙脱土分散在生物降解涂层中，利用自身比表面积较大的片层结构，与高分子混合基质间具有较强的相互作用，并能够有效阻止裂纹的继续扩大。在本技术生物降解涂层中，改性竹纤维和蒙脱土复配使用时，相互间也能够发挥出优异的复配效果，能够形成以蒙脱土为结构点的插层网络结构，且利用改性竹纤维自身特有的中空薄壁多管结构和蒙脱土特殊的层状结构，不仅与聚乳酸、木薯淀粉和乙烯-丙烯酸共聚物间能够形成稳定紧密的作用结合，还能够在提高生物降解涂层的抗微裂纹扩展能力上表现出显著作用，进而使最终得到可降解封口膜整体的结构强度得到显著提升。

18、优选的，所述硅烷偶联剂和多巴胺的重量比为1:2.5。

19、通过采用上述技术方案，上述重量比的硅烷偶联剂和多巴胺组成改性剂应用于竹纤维的改性中时，硅烷偶联剂的成键效果和多巴胺的自聚合修饰效果较为适配，使得到改性竹纤维的表面性能较为稳定，进而在应用后能够发挥出较为优异的相应作用效果。

20、优选的，所述蒙脱土和改性竹纤维的重量份之比为2:5。

21、通过采用上述技术方案，上述重量比的蒙脱土和改性竹纤维在进行混合使用时，彼此间形成的配合体系较为稳定，与其他原料间的混合也较为均匀，使得生物降解涂层的抗微裂纹扩展能力表现较佳，进而使得可降解封口膜整体具有较佳的结构强度。

22、优选的，所述蒙脱土的比表面积为240-280 m2/g，层间距为30-50 nm，粒径为60-100nm；所述改性竹纤维的直径为20-25μm。

23、通过采用上述技术方案，上述规格的蒙脱土和改性竹纤维在应用时，不仅能够充分分散在各原料间，在生物降解涂层中发挥出优异自身作用，还能够在蒙脱土和改性竹纤维的配合上，并使二者形成的配合体系与聚乳酸、木薯淀粉和乙烯-丙烯酸共聚物间表现出优异的结合性，进而在相应效果发挥上表现较佳，使生物降解涂层具有较为优异的抗微裂纹扩展能力，最终得到可降解封口膜的结构强度也较优。

24、优选的，所述生物降解涂层的原料中还添加有重量份为1-5份的改性微晶纤维素，所述改性微晶纤维素通过如下步骤制备获得：

25、s1、取植物渣粉按料液比为1:（25-35）置于过氧化氢和氢氧化钠的混合溶液中，80-90℃下处理3.5-4.5h后抽滤干燥，再加入到乙酸和次氯酸钠的混合溶液中，70-75℃下处理0.5-1.5h后，去离子水洗涤干燥，得到纤维素料；

26、s2、将s1得到的纤维素料置于硫酸溶液中，45-55℃下处理2.5-3.5h后，去离子水洗涤干燥，得到微晶纤维素料；

27、s3、将s2得到的微晶纤维素料和苯乙烯混合后，加入含有碳酸钠的去离子水进行搅拌，过程中加入十二烷基苯磺酸钠和过硫酸钾，在氮气环境下，70-75℃反应10-12h后冷却，进行离心分离，再经甲苯提取去除苯乙烯均聚物，得到改性微晶纤维素。

28、通过采用上述技术方案，在改性微晶纤维素的制备中，先以植物渣粉为原料经过步骤s1和步骤s2的处理后得到微晶纤维素料，此时微晶纤维素料的尺寸较小，且表面具有较高的活性，再进行步骤s3的处理进行功能化，完成聚苯乙烯接枝得到。将改性微晶纤维素应用于生物降解涂层中，其能够与聚乳酸、木薯淀粉和乙烯-丙烯酸共聚物的混合基质间具有良好的界面结合强度，并使生物降解涂层的强度和韧性得到提高；同时，改性微晶纤维素还能够对蒙脱土、改性竹纤维的作用体系起到深化补充效果，进而使生物降解涂层的抗微裂纹扩展能力进一步提高，最终得到可降解封口膜的结构强度也得到明显提升。

29、优选的，所述蒙脱土、改性竹纤维和改性微晶纤维素的重量比为2:5:3。

30、通过采用上述技术方案，上述重量比的蒙脱土、改性竹纤维和改性微晶纤维素在搭配使用时，整体带来的配合效果较为优异，搭建的体系更适用聚乳酸、木薯淀粉和乙烯-丙烯酸共聚物的混合基质，且能够带来优异的作用效果，进而使得生物降解涂层的抗微裂纹扩展能力表现较佳，获得可降解封口膜的结构强度品质较优。

31、优选的，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶和脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或几种的组合物。

32、通过采用上述技术方案，上述种类的分散剂在应用后均能够发挥出优异稳定的作用效果，使各原料间能够充分分散结合，并发挥出优异的自身作用和配合作用，进而保证生物降解涂层具有优异稳定的品质。

33、优选的，所述交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯、聚乙烯亚胺、异氰酸酯和氮丙啶中的一种或几种的组合物。

34、通过采用上述技术方案，上述种类的交联剂在应用后均能够稳定的作用于聚乳酸、木薯淀粉和乙烯-丙烯酸共聚物间的结合，有利于形成稳定的混合基质，有利于得到结构性能优异稳定的生物降解涂层。

35、优选的，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、海藻酸钠和聚丙烯酰胺中的一种或几种的组合物。

36、通过采用上述技术方案，增稠剂能够增加物质的粘度和稠度，从而改善产品的质地、稳定性和使用体验，上述种类的增稠剂在生物降解涂层的原料混合体系中均能够发挥出优异的相应效果，进而保证能够得到品质优异的生物降解涂层。

37、第二方面，本技术提供一种可降解封口膜的制备方法，采用如下的技术方案：

38、一种可降解封口膜的制备方法，包括以下步骤：

39、（1）按配比准备包含聚乳酸、木薯淀粉、乙烯-丙烯酸共聚物、分散剂、交联剂、增稠剂、蒙脱土和改性竹纤维的原料；

40、（2）将步骤（1）中的聚乳酸、乙烯-丙烯酸共聚物加热至熔融状态，并混合均匀，再加入木薯淀粉、分散剂、交联剂和增稠剂进行混合，最后加入蒙脱土和改性竹纤维进行混合，经挤出造粒，制得生物降解涂层粒子；

41、（3）将纸质基体送入淋膜机，并将步骤（2）得到的生物降解涂层粒子熔融后淋膜在纸纸质基体表面，冷却后形成生物降解涂层，制得可降解封口膜。

42、通过采用上述技术方案，上述制备方法操作简单，且各原料分步骤添加使用，便于过程中进行品质控制，有利于得到品质稳定优异的可降解封口膜，适用于大规模工业化生产。同时，在生物降解涂层粒子的制备中，先将聚乳酸、乙烯-丙烯酸共聚物进行加热熔融混合后，再加入木薯淀粉、分散剂、交联剂和增稠剂，有利于获得均匀稳定的可降解基质，然后加入蒙脱石和改性竹纤维，使蒙脱石和改性竹纤维充分发挥自身作用的同时，也能够相互配合并发挥出优异的复配效果，进而有利于后续得到抗微裂纹扩展能力优异的生物降解涂层，并最终获得结构强度优异的可降解封口膜。

43、综上所述，本技术具有以下有益效果：

44、1、本技术将聚乳酸、木薯淀粉和乙烯-丙烯酸共聚物搭配形成生物降解涂层的主要混合基质，并通过改性竹纤维和蒙脱土的复配使用，能够在提高生物降解涂层的抗微裂纹扩展能力上表现出显著作用，进而使最终得到可降解封口膜整体的结构强度得到显著提升；

45、2、本技术通过添加特殊制备的改性微晶纤维素，使其既能够与聚乳酸、木薯淀粉和乙烯-丙烯酸共聚物的混合基质间具有良好的界面结合强度，还能够对蒙脱土、改性竹纤维的作用体系起到深化补充效果，进而使生物降解涂层的抗微裂纹扩展能力进一步提高，最终得到可降解封口膜的结构强度也得到明显提升。