[发明专利]一种可生物降解多层复合聚乙烯薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于塑料包装材料，具体涉及一种可生物降解多层复合聚乙烯薄膜及其制备方法。

背景技术

伴随着我国商品经济的迅猛发展，塑料包装材料的需求量逐年递增。其中，聚乙烯(PE)作为最重要的塑料原料，其制品广泛应用于农用地膜及包装材料等领域。然而其对环境的污染问题也随之凸显。这是因为聚乙烯很难被日光和微生物降解，其废弃物在户外长期存在将导致“白色污染”，将“白色污染”变有害为无害，已成为当务之急。聚乙烯生物降解的难易程度与分子量有关，支链及20碳以上的烷烃很难被生物降解。因此对聚乙烯进行改性使其变为可降解性材料减少对环境产生的负荷，具有十分重大的现实意义。

改性聚乙烯产品在包装材料领域已有了广阔的应用市场。然而，还存在诸多亟待解决的技术问题。例如直接机械共混将会导致分离体系两相之间缺乏粘接力；在共挤出制备多层聚乙烯薄膜时，经常由于层与层之间熔体黏度不匹配，层间的流动度和熔体黏度不匹配，使得薄膜局部截面中的某一段中的一层很容易被另外一层挤掉，而造成了晶点。

美国专利US 4133784使用乙烯-丙烯酸共聚物与淀粉共混后对聚乙烯进行改性，但是由于改性物质过多，导致薄膜物理性能下降。中国专利CN 200810011021使用生物基材料聚乳酸与聚乙烯共混进行改性，但是成本较高、工艺复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服以上现有技术的不足，提供了一种结构和性能稳定，并且废弃后可生物降解的多层复合聚乙烯薄膜。

本发明的另一目的是提供上述薄膜的制备方法。

本发明所述的可生物降解的多层复合聚乙烯薄膜，包括以下三层：

(1)含有无机填料的聚乙烯内层；

(2)含有增容剂的聚乙烯中层；

(3)含有淀粉、油脂和茂金属聚乙烯的聚乙烯外层。

所述聚乙烯内层只有一个表面粘附到该结构中且接触包装对象的一层。所述聚乙烯中层的两个主表面都直接粘附到该结构中。所述聚乙烯外层为只有一个表面粘附到该结构中且不接触包装对象的一层。

所述聚乙烯内层母粒原料组成为：无机填料5～35％，其余为聚乙烯。一般情况下无机填料的粒度为800～2000目。

所述聚乙烯中层母粒原料组成为：增容剂10～60％，其余为聚乙烯。

所述聚乙烯外层母粒原料组成为：淀粉20～50％、油脂15～25％、茂金属聚乙烯15～30％，其余为聚乙烯。

进一步地，所述无机填料为碳酸钙、滑石粉或硬脂酸锌中的一种或几种的混合物。

进一步地，所述增容剂为乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯酸、马来酸酐、马来酰亚胺、丙烯酸乙酯中的一种或者几种的混合物。

进一步地，所述油脂为环氧大豆油、蓖麻油、松香油、环氧亚麻油或腰果油中的一种。

进一步地，所述多层复合聚乙烯薄膜的厚度为25～50微米。

本发明中除了茂金属聚乙烯外，其余聚乙烯可以为高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)中的任意一种。

本发明所述的可生物降解多层复合塑料薄膜的聚乙烯内层，无机填料的作用是提高聚乙烯层的光敏性，促进光降解，并且提高了添加物吸光效率。在高分子材料中添加过渡金属络合物等光敏剂，利用紫外线作用产生自由基，可以进一步促使聚合物分子链断裂而导致其失去机械强度、改变结构。

本发明所描述的聚乙烯中层含有的增容剂起到的作用是使共混物有较好的相容性，两相界面的粘结力增强，既起到温度梯度以及应力梯度的作用，又起到黏合层的作用。例如：乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)与淀粉有很强的亲和力，其羧基可与淀粉的羟基发生缔合作用，另一方面EAA淀粉复合物的链结构与聚乙烯的链结构相似。避免了熔融温度不同而产生的成型温差，各层之间有足够的黏结性，各层混合树脂流变性能大致相同，在机头温度和剪切速率下具有相同或者相似的黏度，形成较为一致的黏度组合这样使得共混物有较好的相容性，而且两相界面的粘接力增加，力学性能和透明性明显改善。

本发明所描述的聚乙烯外层含有淀粉和油脂，其中油脂为环氧大豆油、蓖麻油、松香油、环氧亚麻油、腰果油中的一种。淀粉和油的共混物可以促进聚乙烯层的降解，淀粉不直接参与聚合物的降解，但加入淀粉和油的混合物可促进聚合物的劣化，其结果表现为羰基增加、氧化温度下降、熔点变化。

本发明所述的可生物降解的多层复合聚乙烯包装膜的制备方法，包括如下两个步骤：