高透明聚乳酸油瓶的制备及性能

王文玲，李义，王志刚，唐明勋，佟毅

(吉林中粮生化有限公司 玉米深加工国家工程研究中心，吉林 长春 130033）

聚乳酸是一种来源于以可再生植物资源为原料人工合成制备的脂肪族聚酯，具有良好的生物相容性和生物降解性[1,2]，对环境友好[3]，在环境中最终分解为水和二氧化碳，对环境没有污染。因此，近年来聚乳酸被广泛应用到生物医疗、包装、纤维、电子产品和汽车等领域。

聚乳酸是一种可完全生物降解的无毒、无刺激性的绿色塑料，并且与聚对苯二甲酸类塑料（PET）有相类似的物理及力学性能，具有良好的光泽度和透明性，可代替现有的PET包装材料，用于食品包装[3]。但是聚乳酸的韧性差[4]、不易拉伸是其不可忽视的缺点，目前用于聚乳酸增韧改性的增韧剂主要有聚已二酸对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚丁二酸丁二酯(PBS)、聚碳酸亚丙酯（PPC）、聚己内酯（PCL）、马来酸酐接枝乙烯类弹性体（POE）中的一种或两种[5]，但是在达到增韧效果的同时，材料却失去了良好的透明度。本文选用丙烯酸树脂作为增韧剂，在保证聚乳酸产品高透明度和食品接触安全性的前提下，达到增韧改性效果，使其更易拉伸成型。

1 实验部分

1.1 主要原料

聚乳酸：4032D，Mw=207 000 g/mol，密度1.25 g/cm3，D型乳酸单元含量约为2%，美国Nature works公司；

丙烯酸树脂：杜邦AC2116，厂家：美国杜邦公司。

1.2 仪器与设备

双螺杆挤出机：SHJ-36，南京杰亚挤出装备有限公司；

电热恒温鼓风干燥箱：GZX-9240MBE，上海博讯仪器厂；

注塑机：YH-98型，宁波通用塑料机械制造有限公司；

加长型红外线烘箱、半自动吹瓶机：ZQ22-IV型，浙江东方州强塑模实业有限公司；

偏光显微镜（POM）：Leica DM2500 P，德国徕卡微系统有限公司；

热台：Linklam LTS 350，英国Linkam科学仪器公司；

扫描电子显微镜(SEM)：JOEL-5800，日本日立公司；

电子拉力机：Instron 1211，美国Instron公司；

万能材料试验机：5900，美国Instron公司；

测厚仪：CHY - CA，济南兰光机电技术有限公司；

水蒸气透过率测试系统：PERME®W3/330，济南兰光机电技术有限公司；

压差法容器气体透过率测试仪：G2/130，济南兰光机电技术有限公司；

透光率/雾度测定仪：SGW®-810，广州标际包装设备有限公司；

彩晶显示熔体流动速率测定仪：SRZ-400E，长春市智能仪器设备有限公司；

智能垂直载压测试仪：济南三泉中石实验仪器有限公司。

1.3 样品制备

将80℃干燥4h后的PLA与丙烯酸树脂按照表1配比（总质量为1kg）配料，由双螺杆挤出机挤出、造粒，得到聚乳酸改性料。将聚乳酸改性料料粒置于鼓风干燥箱中，在60℃的条件下干燥5h，得到PLA/AC2116油瓶材料。之后注塑机注塑，加长型红外线烘箱、半自动吹瓶机吹塑得到容量为900ml的油瓶产品。双螺杆挤出机各段温度从进料口到模口分别设置为150、160、170、175、180、185、175、170℃，螺杆转速：120～300 r/min，切粒机转速为300～370 r/min。注塑机各段温度设置为：180、185、190、195、190℃，螺杆转速：80～120 r/min，注塑压力：100～120 MPa。加长型红外线烘箱各段温度设置为：71、65、60、57、55、50、45℃，转速45r/min。半自动吹瓶机各段温度设置为：左延迟拉伸45s、右延迟拉伸42s、左延迟吹气45s、右延迟吹气40s，高压26Mpa。

表1 PLA/AC2116复合材料的配比

1.4 测试与表征

1.4.1 拉伸性能测试

按照GB/T 1040.1-2006标准，制备哑铃型试样，每组测试5个样条，结果取平均值，拉伸速率为50mm/min。

1.4.2 透光率/雾度测试

按照GB/T 2410-2008标准，制备50mm＊50mm试样，每组测试5个试样，结果取平均值。

1.4.3 垂直载压测试

按照GB/T 17200-2008 标准，每组取10个样瓶，在常温下放置24h后，进行测试，试验模式为“普通拉压”，运行速度为100mm/min，破形判断为下降峰值的20%。

1.4.4 熔融指数测试

按照 GB/T 3682-2000 标准，取PLA/AC2116共混物颗粒，60℃干燥5h后，采用质量法测试聚乳酸改性料的熔体流动速率，测试温度为190℃，试验负荷为2.16Kg，切料时间为10s。

1.4.5 容器水蒸气透过率测试

按照GB/T 31355-2014 标准，将样瓶干燥器内放置24h后，进行测试，气源为氮气，测试模式为连续模式，测试环境为23℃&50%RH。

1.4.6 压差法容器气体透过量测试

按照GB/T 1038-2000 标准，将样瓶干燥器内放置24h后，进行测试，测试气体为空气、氧气、二氧化碳。

2 结果与讨论

2.1 拉伸性能分析

拉伸性能试验测试结果见表2。从表2可以看出，添加增韧剂AC2116后制备的油瓶与聚乳酸油瓶相比，拉伸强度和拉伸弹性模量明显下降，且随着AC2116含量的增加，拉伸强度和拉伸弹性模量呈下降趋势；拉伸断裂应变随着AC2116含量的增加而增大且成上升趋势。表明添加AC2116后，聚乳酸油瓶表现出软而韧的特性，且在AC2116添加量为10%时表现最明显。

2.2 透光率/雾度分析

表3为聚乳酸油瓶的透明度/雾度测试结果，从结果可以看出，添加AC2116后透光率在90%±2%范围内变化，雾度在5-8%范围内变化。表明添加AC2116后，聚乳酸油瓶仍具有高透明度，并且AC2116添加量的变化并不影响聚乳酸油瓶的透明度。

表2 拉伸性能测试结果

表3 透光率/雾度测试结果

2.3 垂直载压分析

表4为制备的油瓶垂直载压测试结果，结果表明添加AC2116后，油瓶所能承受的最大力值有所增加，但是随着AC2116添加量的增多，最大力值呈降低趋势，并在添加量为10%时达到最小值。

表4 垂直载压测试结果

2.4 熔融指数分析

表5为共混物熔融指数测试结果，添加AC2116后，熔融指数增大。且随着添加量的增多，熔融指数呈现增加的趋势，在添加量为10%时达到最大值。表明随着AC2116添加量的增加，共混物的加工流动性更佳，更易于加工。

表5 熔融指数测试结果

2.5 容器水蒸气透过率分析

表6为制备的样瓶在温度为23℃、湿度为50%RH条件下测试的水蒸气透过率结果，结果表明AC2116的添加，对容器水蒸气透过率不产生影响。

表6 水蒸气透过率测试结果

2.6 压差法容器气体透过量分析

表7为制备的样瓶容器气体透过量结果，结果表明AC2116的添加，对容器气体透过量不产生影响。

3 结论

（1）AC2116作为增韧剂添加到聚乳酸中，能有效改善聚乳酸油瓶的韧性，但改善韧性的同时降低聚乳酸油瓶的拉伸强度及垂直载压所能承受的最大力值。本文认为，从韧性、拉伸强度和垂直载压方面考虑，AC2116的添加量应控制在4%-8%。

（2）PLA/AC2116共混物的熔融指数随着AC2116添加量的增多而增大，从加工工艺方面考虑，AC2116的添加使聚乳酸油瓶更易于加工成型。

（3） AC2116的添加不会降低聚乳酸油瓶的透明度。

（4）添加AC2116后制备的聚乳酸油瓶，水蒸气透过率、气体（空气、氧气、二氧化碳）透过量并没有发生变化，表明不影响聚乳酸油瓶的使用性能。

综上所述，选用AC2116作为聚乳酸油瓶的增韧剂，能够在保证油瓶高透明度和油瓶使用性能的基础

表7 气体透过量测试结果

上，有效增加聚乳酸的韧性，且根据加工工艺不同选择AC2116添加量在4%-8%为宜。

[1]张向南, 何文滚． 聚乳酸增韧改性研究[J]． 塑料科技,2013, (6)： 63-66．

[2] 邹俊等． 苯乙烯-丙烯酸缩水甘油酯共聚物支化改性聚乳酸的结构与性能[J]． 高分子 材料科学与工程, 2016,(6)： 80-84．

[3] 张玉霞 , 刘伟 译 ． 聚乳酸的性能及其加工技术 [J]． 塑料包装 , 2010, 20(1)： 53-42．

[4] 苏思玲． 绿色塑料聚乳酸的增韧改性研究[D]． 上海：上海交通大学, 2008． 19-33．

[5] 吉林中粮生化有限公司． 一种高含量聚乳酸透明油瓶及其制备方法 [P]． 中国专利 ： 201710488051．7, 2017-6-23．