用于高遮光性包装材料的遮光母粒及其制备方法
阅读说明：本技术 用于高遮光性包装材料的遮光母粒及其制备方法 (Shading master batch for high shading property packaging material and preparation method thereof ) 是由 童贤涛 潘文强 董平刚 汤广银 于 2021-07-16 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种用于高遮光性包装材料的遮光母粒,所述遮光母粒包括以下重量份比例的原料制成：PET树脂25-30份,二氧化钛60-66份,有机硅1-3份,PS树脂3-6份,相容剂1.5-3.5份,润滑剂0.1-0.3份,石墨粉1-2份；其中,所述PS树脂为具有柔软链段的共聚物。本发明还提供一种用于高遮光性包装材料的遮光母粒的制备方法。采用该遮光母粒制备的PET包装材料,在具有更好的性能的同时,遮光性能好,且瓶体遮光均匀性更好。(The invention provides a shading master batch for a high shading packaging material, which is prepared from the following raw materials in parts by weight: 25-30 parts of PET resin, 60-66 parts of titanium dioxide, 1-3 parts of organic silicon, 3-6 parts of PS resin, 1.5-3.5 parts of compatilizer, 0.1-0.3 part of lubricant and 1-2 parts of graphite powder; wherein the PS resin is a copolymer with a soft chain segment. The invention also provides a preparation method of the shading master batch for the high shading packaging material. The PET packaging material prepared from the shading master batch has better performance, good shading performance and better bottle shading uniformity.)
技术领域
本发明涉及食品包装材料技术领域，具体而言涉及一种用于高遮光性包装材料的遮光母粒及其制备方法。
背景技术
乳制品很容易受到光诱导氧化的影响，造成营养价值的损失，同时会导致维生素A、B2、 D和氨基酸等流失，因此需要特别关注包装材料的保护作用。
现有遮光保护材料多采用多层形式，这样的工艺非常考验多层材料间的相容性，而且对于工艺的要求也很高，所以相对来说投资成本也较高。
还可以通过在材料中加入遮光母粒，提高包装材料的遮光性能，通过单一的工艺直接把遮光母粒加入到PET粒子中注塑成单层瓶，简化了注射工艺，同时可以降低成本，提供更轻的包装材料。但是这种方法也存在一定的弊端，就是高填料含量的母粒加到PET中进行注塑成瓶胚，然后再吹成瓶子，在吹瓶过程中瓶身温度是保持在120-160℃左右的高温，那在这样的高温下瓶胚是否有足够的强度和伸长率来满足吹瓶过程中瓶胚体积的变化；其次遮光母粒中，二氧化钛的分散均匀性也对瓶胚可吹塑能力也是至关重要的。
公开号为CN110591301A的中国专利公开了一种PET包装用高阻光母粒及其制备方法，该发明使用材料如下：质量分数10-50％的PET树脂，质量分数1-10％的PP树脂，质量分数 30-80％的钛白粉，质量分数0.5-5％的铝粉，质量分数0.5-5％的炭黑。在该发明中，首先钛白粉的比重高，体系分散差，且采用将所有物料一起混合进行造粒的方式，难免会造成下料不均，从而导致产品不均匀；其次体系的相容性差，从而造成PET性能下降严重，且在制备过程中材料易出现分层，从而导致瓶胚吹塑过程中出现偏高的报废率；最后铝粉的气味较重，可能会影响产品口感。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提供了一种用于高遮光性包装材料的遮光母粒，采用该遮光母粒制备的PET包装材料，在具有更好的性能的同时，遮光性能好，且瓶体遮光均匀性更好。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种用于高遮光性包装材料的遮光母粒，所述遮光母粒包括以下重量份比例的原料制成：PET树脂25-30份，二氧化钛60-66份，有机硅1-3份，PS树脂3-6份，相容剂1.5-3.5份，润滑剂0.1-0.3份，石墨粉1-2份；
其中，所述PS树脂为具有柔软链段的共聚物。
优选地，所述PET树脂为瓶级切片，特性粘度为0.5-0.9dL/g。
优选地，所述二氧化钛为金红石型，呈蓝色相，纯度≥97％，平均粒径为0.22μm。
优选地，所述有机硅为硅烷偶联剂。
优选地，所述PS树脂为HIPS，200℃*5kg的熔融指数为3.5-5g/10min。
优选地，所述相容剂为酯化的苯乙烯与马来酸酐共聚物。
优选地，所述润滑剂为芥酸酰胺或油酸酰胺。
优选地，所述石墨粉的粒径为0.2-0.3μm。
本发明的另一目的在于提供一种用于高遮光性包装材料的遮光母粒的制备方法，具体包括如下步骤：
按照比例称取各物料，并将称取好的二氧化钛和有机硅在高速混料机中高速混合，混合好后静置，得到混合物A，之后将称取好的润滑剂和石墨粉加入混合物A中，第一次低速混合，得到混合物B；
将称取好的PET树脂、PS树脂和相容剂第二次低速混合，得到混合物C；
将混合物B和混合物C通过失重称进行喂料进入双螺杆挤出机，经冷却水槽，风干机，造粒机，制得遮光母粒。
优选地，高速混合的速度为1500rpm，混合5min，并静置30-40min；第一次低速混合速度为800rpm，混合8min；第二次低速混合速度为800rpm，混合5min。
优选地，双螺杆挤出机的工艺为：螺杆转速260rpm，产量100kg/h，真空度≤-0.06MPa；温区1为180℃，温区2为235℃，温区3为235℃，温区4为235℃，温区5为235℃，温区6为235℃，温区7为235℃，温区8为225℃，温区9为225℃，温区10为225℃，温区 11为225℃，温区12为225℃，温区13为220℃。
本发明的有益效果在于：
1、本发明通过相容剂的作用，增加了PS树脂与PET树脂的相容性，同时，成分中的有机硅会附着在二氧化钛表面，有机硅分子中的极性基团与PET反应相容，提高二氧化钛与PET 树脂基体的相容性，而相容剂中的极性基团和有机硅中的极性基团也能够产生极性互容，自此相容剂与有机硅相互作用，协同促进了体系的相容性，最大程度的保留PET的物理性能，提高了材料的力学性能，减少了后续材料出现分层及破裂情况；另一方面，通过添加结晶度低韧性好的PS树脂，增加了PET结晶树脂熔融后的粘度，避免了PET树脂熔融后流动性变高，不利于造粒的问题，提高了PET树脂的加工性能，并通过选用具有柔软链段的PS树脂，为遮光母粒提供一定的韧性，保证吹瓶后瓶身不易破碎。
2、本发明通过相容剂和有机硅的协同作用，在提高体系相容性的同时，还提高了二氧化钛在体系内的分散性，而通过润滑剂和石墨粉的协同作用，增强了混合物体系的内部润滑效果，进一步提高了物料的分散性，在相同添加量下，本发明的遮光母粒具有更好、更均匀的遮光效果，同时润滑剂和石墨粉的润滑作用，减少了物料对加工设备的摩擦，从而降低二氧化钛含量过高导致对加工设备造成的较大损耗；另一方面，石墨粉有一定吸热作用，对于吹瓶过程中红外加热的热吸收效率更高，能更快达到预设温度，提高生产效率，同时石墨粉为黑色，从而起到遮光的效果，且石墨粉无明显气味，满足食品接触要求。
3、本发明采用采用分步混合物料方式，先二氧化钛跟有机硅混合，保证有机硅被充分吸附在二氧化钛表面，之后再将润滑剂和石墨粉加入混合，同为粉体分散会更加均匀；再将PET 树脂、PS树脂和相容剂预先混合均匀，避免了均三者密度差异造成的混合不均匀情况；通过分步混合物料的方式，使材料在连续生产过程中下料保持均匀，从而保证了产品的均匀度，进一步提高了产品的遮光均匀性。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例说明如下。
应当理解，以下构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施。
本发明提供一种用于高遮光性包装材料的遮光母粒，通过特有的组分，及各组分之间的协同作用，并结合分级造粒的方式，提高了各组分的相容分散性能，使混合材料具有更好的力学性能的同时，遮光性能好，且瓶体遮光均匀性更好。
在具体的实施例中，所述遮光母粒包括以下重量份比例的原料制成：PET树脂25-30份，二氧化钛60-66份，有机硅1-3份，PS树脂3-6份，相容剂1.5-3.5份，润滑剂0.1-0.3份，石墨粉1-2份；
其中，所述PS树脂为具有柔软链段的共聚物。
优选地，所述PET树脂为瓶级切片，特性粘度为0.5-0.9dL/g。
优选地，所述二氧化钛为金红石型，呈蓝色相，纯度≥97％，平均粒径为0.22μm，金红石型状态最为稳定。
优选地，所述有机硅为硅烷偶联剂，其中有机官能团为极性，与PET有反应或相容性。
优选地，所述PS树脂为HIPS，200℃*5kg的熔融指数为3.5-5g/10min。
优选地，所述相容剂为酯化的苯乙烯与马来酸酐共聚物。
优选地，所述润滑剂为芥酸酰胺或油酸酰胺。
优选地，所述石墨粉的粒径为0.2-0.3μm。
本发明的另一目的在于提供一种用于高遮光性包装材料的遮光母粒的制备方法，具体包括如下步骤：
按照比例称取各物料，并将称取好的二氧化钛和有机硅在高速混料机中高速混合，混合好后静置，得到混合物A，之后将称取好的润滑剂和石墨粉加入混合物A中，第一次低速混合，得到混合物B。
将称取好的PET树脂、PS树脂和相容剂第二次低速混合，得到混合物C。
将混合物B和混合物C通过失重称进行喂料进入双螺杆挤出机，经冷却水槽，风干机，造粒机，制得遮光母粒。
在优选的实施例中，高速混合的速度为1500rpm，混合5min，并静置30-40min；第一次低速混合速度为800rpm，混合8min；第二次低速混合速度为800rpm，混合5min。
在另一个优选的实施例中，双螺杆挤出机的工艺为：螺杆转速260rpm，产量100kg/h，真空度≤-0.06MPa；温区1为180℃，温区2为235℃，温区3为235℃，温区4为235℃，温区5为235℃，温区6为235℃，温区7为235℃，温区8为225℃，温区9为225℃，温区 10为225℃，温区11为225℃，温区12为225℃，温区13为220℃。
在具体的实施例中，混合物B和混合物C分别通过失重称进行喂料，分别计算混合物B、混合物C对应的质量占比，并分别设置两台失重称的占比。
例如，混合物B中，二氧化钛66份，有机硅3份，润滑剂0.2份，石墨粉1.3份，则质量占比为70.5；混合物C中，PET树脂25份，PS树脂3份，相容剂1.5份，则质量占比为 29.5，则其中一台失重称设为70.5，另一台设为29.5，之后对应喂料。
下面结合具体的示例对以上制备过程和制备的遮光母粒进行试验测试。
下述实施例和对比例中所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施方式中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
下述实施例和对比例中使用的原料均如下：
PET树脂：瓶级切片，特性粘度为0.87dL/g；二氧化钛：金红石型，呈蓝色相，纯度≥97％，平均粒径0.22μm；有机硅：甲基丙烯酰氧基硅烷；PS树脂：HIPS，200℃*5kg的熔融指数为 4.8g/10min；相容剂：酯化的苯乙烯与马来酸酐共聚物；润滑剂：芥酸酰胺；石墨粉：粒径0.2-0.3μm。
且各实施例的制备方法如下：
1、按照各组分重量比例计算并称取原料物料。
2、将二氧化钛和有机硅在高速混料机中以1500rpm的速度混合5min，静置放置30min，得到混合物A。
3、将润滑剂，石墨粉加入到混合物A中，以800rpm的速度混合8min后作为混合物B。
4、将PET树脂，PS树脂、相容剂按照配比以800rpm的速度混合5min后作为混合物C。
5、将混合物B和混合物C按照质量占比通过失重称进行喂料进入双螺杆挤出机，经冷却水槽，风干机，造粒机，制得遮光母粒；
其中，双螺杆挤出机的工艺为：螺杆转速260rpm，产量100kg/h，真空度≤-0.06MPa；温区1为180℃，温区2为235℃，温区3为235℃，温区4为235℃，温区5为235℃，温区6 为235℃，温区7为235℃，温区8为225℃，温区9为225℃，温区10为225℃，温区11 为225℃，温区12为225℃，温区13为220℃。
对比例的制备方法与实施例的制备方法相同，只是对比例1不添加有机硅，对比例2不添加相容剂，对比例3不添加有机硅和相容剂，对比例4不添加润滑剂，对比例5不添加石墨粉，对比例6不添加润滑剂和石墨粉(对比例6中，得到混合物A之后，继续以800rpm 的速度混合8min作为混合物B)
各实施例及对比例的组分比例如表1所示。
原料组分
PET树脂
二氧化钛
有机硅
PS树脂
相容剂
润滑剂
石墨粉
实施例1
25
66
3
3
1.5
0.2
1.3
实施例2
30
62
1
3
2.7
0.3
1
实施例3
27
60
2
6
3.5
0.1
1.4
实施例4
25
63
2
5
2.7
0.3
2
对比例1
25
66
/
3
1.5
0.2
1.3
对比例2
25
66
3
3
/
0.2
1.3
对比例3
25
66
/
3
/
0.2
1.3
对比例4
25
66
3
3
1.5
/
1.3
对比例5
25
66
3
3
1.5
0.2
/
对比例6
25
66
3
3
1.5
/
/
【测试】
对实施例1-4和对比例1-6的样品进行检测，检测过程中的性能检测说明如下：
1、检测数据，均为PET树脂粒子中添加10％本发明制备的遮光母粒，混合均匀后，采用注塑机注塑成型的检测样条；
2、拉伸性能均采用2mm厚的拉伸样条进行，此厚度条件下，纯PET树脂样条可以做到透明，因为样条厚度大，样条中间部位会结晶不透明，所以2mm厚度的样条可以防止内外部结晶差异对力学性能造成的影响；
3、拉伸性能均在130℃下维持60s的条件下测定，这样的条件可以最大限度的模拟瓶胚吹瓶过程中的温度条件。
4、透光率采用的0.38mm厚的板材，保持与乳制品包装瓶厚度一致；
实施例1-4和对比例1-6性能比对如下：
从实施例1-4和对比例1-3可以看出，本发明制备的遮光母粒可以保证在瓶胚吹瓶过程中的物理性能需求，保证吹瓶过程的顺利完成，且由添加本发明制备的遮光母粒制得的包装瓶，其遮光率可以达99.99％。
从实施例1和对比例1、对比例2及对比例3，可以看出有机硅的加入，有助于提高二氧化钛与PET树脂的相容性和在PET树脂基体中的分散性，相容剂的加入很大程度的提高了PS树脂和PET树脂的相容性，保证了吹瓶过程中PS树脂与PET树脂不出现分层而引起断裂伸长率不够，同时有机硅使二氧化钛和PET互容，相容剂中的极性成分可以与有机硅中的极性成分互容，使得PS，PET树脂和二氧化钛三者间更加相容，相容剂与有机硅协同作用，使含有本发明遮光母粒的制备混合材料，具有更好的力学性能。
从实施例1和对比例4、对比例5和对比例6，可以看出石墨粉和润滑剂的协同作用对二氧化钛在PET中的分散起到了积极的作用，同时二氧化钛分散更加均匀，再加上石墨粉对光线的阻碍作用，所以透光率明显的得到了降低，使用本发明的遮光母粒的混合材料遮光率高达99.99％，且从透光标准差的分析来看，其遮光的均匀度更好。
本发明的物料组分相辅相成，有机硅、相容剂、石墨粉、润滑剂，共同促进了高填充量 PET母粒组分的混合均匀性及可加工型。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
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