一種聚乳酸抗菌活性包裝材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種聚乳酸抗菌活性包裝材料及其制備方法，屬于高分子【技術(shù)領(lǐng)域】。所述的抗菌活性包裝材料包含有共混的基體樹脂和天然抗菌植物精油：以基體樹脂按100重量份計(jì)，天然抗菌植物精油為2-10重量份；其中，所述的基體樹脂為聚乳酸和聚三亞甲基碳酸酯的共混物，其比例按重量比為聚乳酸：聚三亞甲基碳酸酯=(60-90)：(40-10);所述的天然抗菌植物精油包括丁香精油、肉桂精油、茴香精油、檸檬草精油、百里香精油或牛至精油。將組分加入雙螺桿擠出機(jī)共混，經(jīng)吹膜機(jī)制得新型聚乳酸抗菌活性包裝材料。本發(fā)明制得的材料，具有一定的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率，生物完全降解，并具有優(yōu)良的抗菌活性，可廣泛地應(yīng)用于包裝領(lǐng)域。
【專利說明】一種聚乳酸抗菌活性包裝材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種聚乳酸抗菌活性包裝材料及其制備方法，屬于高分子【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，在國內(nèi)外的食品加工行業(yè)中，絕大部分食品都是通過包裝的形式流通市場 的。目前，化學(xué)合成塑料制品以其價(jià)格便宜、性質(zhì)穩(wěn)定、優(yōu)良的阻隔性、耐熱性等而被廣泛應(yīng) 用于食品包裝和保鮮。但是，塑料工業(yè)的迅猛發(fā)展和產(chǎn)品數(shù)量的大幅度增加已帶來一些嚴(yán) 重的問題：一是大多數(shù)用于食品包裝的材料都不能環(huán)境降解，導(dǎo)致了日益嚴(yán)重的環(huán)境污染 問題；二是現(xiàn)行塑料制品的原料(如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等）是不可再生資 源--石油，其全世界儲(chǔ)量大約在40年后將面臨枯竭，以石油為原料的塑料工業(yè)也將面臨 原材料短缺的局面。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)幾種可生物降解材料，包括聚乳酸、聚三亞甲基碳酸酯和聚二氧 雜環(huán)己酮等材料。聚乳酸是一種可生物降解的新型聚酯材料，它主要是以玉米、小麥、木薯 等淀粉為原料，經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵后變成乳酸，再經(jīng)聚合而成。此外，聚乳酸具有光學(xué)活性、立 體規(guī)整性好，一定的結(jié)晶度和較高的熔點(diǎn)，力學(xué)強(qiáng)度較好等優(yōu)點(diǎn)。聚乳酸是一種熱塑性聚合 物，可以在傳統(tǒng)的塑料機(jī)械中進(jìn)行擠出、注塑、吹瓶、熱成型以及熔融紡絲等成型加工，生產(chǎn) 薄膜、片材、瓶子等熱成型品和注塑產(chǎn)品。聚乳酸有非常好的機(jī)械性能，主要表現(xiàn)為剛而脆， 但其脆性是目前限制聚乳酸在食品包裝工業(yè)廣泛應(yīng)用的主要問題。聚三亞甲基碳酸酯的玻 璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔融溫度遠(yuǎn)低于聚乳酸，具有優(yōu)良的柔順性、加工性、生物相容性及生物降 解性，目前廣泛應(yīng)用于完全可生物降解環(huán)保材料和醫(yī)用材料。聚乳酸/聚三亞甲基碳酸酯 共混物可有效改善聚乳酸包裝膜的機(jī)械性能。
[0004] 傳統(tǒng)的高阻隔性能保鮮包裝形式，雖然阻斷了外界環(huán)境對(duì)產(chǎn)品的影響，但無法延 緩內(nèi)部產(chǎn)品的生物化學(xué)變化。隨著人們對(duì)食品安全性、感官性質(zhì)和食品品質(zhì)的不斷提高，食 品的活性包裝應(yīng)運(yùn)而生。其中，抗菌包裝膜是活性包裝材料的一種，它主要以天然大分子物 質(zhì)為載體，添加一定的抗菌劑而制成的薄膜。植物精油是萃取植物特有的芳香物質(zhì)，取自于 草本植物以蒸餾、壓榨方式提煉出來的。其中，丁香精油、肉桂精油、茴香精油、檸檬草精油、 百里香精油或牛至精油具有良好的抗菌活性，是天然抗菌劑。
[0005] 雖然國內(nèi)外許多學(xué)者都介紹了關(guān)于聚乳酸抗菌活性包裝材料的制備，但是未提到 過以聚乳酸/聚三亞甲基碳酸酯共混材料為基材，添加天然抗菌植物精油，制備具有抗菌 活性和優(yōu)良力學(xué)性能的食品抗菌活性包裝材料的研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決目前抗菌活性包裝材料的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種抗菌活 性高、力學(xué)性能優(yōu)良、能完全生物降解的新型聚乳酸抗菌活性包裝材料，所述聚乳酸抗菌活 性包裝材料由以下組分共混制備得到：基體樹脂100重量份、天然抗菌植物精油2~10重量 份。
[0007] 本發(fā)明所述基體樹脂為聚乳酸和聚三亞甲基碳酸酯的共混物，聚乳酸和聚三亞甲 基碳酸酯的重量比為6:4~9:1。
[0008] 本發(fā)明所述抗菌植物精油為丁香精油、肉桂精油、茴香精油、檸檬草精油、百里香 精油、牛至精油中的一種。
[0009] 本發(fā)明的另一目的在于提供所述聚乳酸抗菌活性包裝材料的制備方法，具體包括 以下步驟： (1) 將聚乳酸和聚三亞甲基碳酸酯烘干后至含水量小于〇. 02%，備用； (2) 將步驟（1)中得到的聚乳酸、聚三亞甲基碳酸酯混合均勻后從雙螺桿擠出機(jī)的第一 個(gè)料口進(jìn)料，經(jīng)過螺桿輸送段進(jìn)行輸送，待聚乳酸、聚三亞甲基碳酸酯預(yù)熱溫度達(dá)到150°C 后，從下一個(gè)料口加入抗菌植物精油； (3) 冷卻后用造粒機(jī)切成長度為0. 20~0. 25cm的顆粒，5(T70°C真空干燥后，備用； (4) 將造粒后的顆粒用吹膜機(jī)吹膜后得到聚乳酸抗菌活性包裝材料。
[0010] 本發(fā)明步驟（2)中所述雙螺桿擠出機(jī)采用多段控溫的方式，第一加熱區(qū)溫度為 150?155°C，第二加熱區(qū)溫度為160?165°C，第三加熱區(qū)溫度為170?175°C，第四加熱區(qū)溫度 為160?165°C，抗菌植物精油加入溫度為160?165°C。
[0011] 本發(fā)明步驟（4)中所述吹膜機(jī)的溫度控制在16(T165°C，風(fēng)冷溫度為2(T25°C，吹 脹比為2:1~4:1，牽引比控制為5:1~10:1，聚乳酸抗菌活性包裝材料的厚度為2(T200 y m。
[0012] 本發(fā)明所述聚乳酸為市售或者由乳酸經(jīng)縮聚或丙交酯開環(huán)聚合得到，其重均分子 量為1(T30萬，含水量小于0. 02%。
[0013] 本發(fā)明所述聚三亞甲基碳酸酯為市售或者由三亞甲基碳酸酯通過開環(huán)聚合反應(yīng) 制備得到，其重均分子量為1(T20萬，含水量小于0. 02%。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)： (1) 本發(fā)明制得的材料具有良好的加工性能，可以在傳統(tǒng)的塑料機(jī)械中進(jìn)行擠出、吹 膜； (2) 本發(fā)明改進(jìn)了聚乳酸/聚三亞甲基碳酸酯共混材料的加工工藝，使抗菌植物精油 加入過程的溫度控制在16(Tl65°C，有效避免了加工溫度過高對(duì)抗菌劑活性的影響，保障了 材料的抗菌活性； (3) 本發(fā)明制備的抗菌活性包裝材料具有較好的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率，通過測試發(fā) 現(xiàn)，材料拉伸強(qiáng)度為ll~27MPa，斷裂伸長率為120~200%，其中，抗菌植物精油的加入，起到 良好的增塑作用，大大提高包裝材料的力學(xué)性能；與聚乳酸/聚三亞甲基碳酸酯共混材料 相比，加入植物精油的復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度降低20-60%，斷裂伸長率提高25-50%，能夠滿 足一些食品包裝材料的要求，應(yīng)用范圍更加廣泛； (4) 本發(fā)明制備的抗菌活性包裝材料具有一定的抗菌性能，通過測試發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明選用 的抗菌植物精油包括丁香精油、肉桂精油、茴香精油、檸檬草精油、百里香精油或牛至精油， 加入聚合物共混材料后，對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有較好的抑制作用； (5) 本制備方法工藝簡單、易操作，所用到的聚乳酸和聚三亞甲基碳酸酯均為可生物降 解材料，抗菌植物精油包括丁香精油、肉桂精油、茴香精油、檸檬草精油、百里香精油或牛至 精油為天然物質(zhì)加工而來，該活性包裝材料具有一定的抗菌效果，并可以直接用于食品的 保藏，能夠生物降解，綠色環(huán)保，從根本上解決了石油資源短缺以及白色污染造成的環(huán)境問 題，特別涉及一種具有一定的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率，具有抗菌活性的、完全生物降解的新 型聚乳酸抗菌活性包裝材料。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明保護(hù)范圍不局限于所述內(nèi) 容。
[0016] 實(shí)施例1 (1) 按質(zhì)量比為9:1的比例將聚乳酸和聚三亞甲基碳酸酯混合均勻后在真空干燥箱中 干燥10小時(shí)； (2) 取步驟（1)中得到的聚乳酸、聚三亞甲基碳酸酯100重量份從雙螺桿擠出機(jī)的第一 個(gè)料口進(jìn)料，經(jīng)過螺桿輸送段進(jìn)行輸送，待聚乳酸、聚三亞甲基碳酸酯預(yù)熱溫度達(dá)到150°C 后，從下一個(gè)料口加入2重量份的丁香精油，其中，雙螺桿擠出機(jī)條件為：第一加熱區(qū)溫度 為150°C，第二加熱區(qū)溫度為160°C，第三加熱區(qū)溫度為170°C，第四加熱區(qū)溫度為160°C ; (3) 造粒后，加入吹膜機(jī)吹膜制得的聚乳酸抗菌活性包裝材料，160°C下吹膜，吹脹比 2:1,牽引比為5:1,風(fēng)冷溫度為20°C ; 本實(shí)施例制備得到的聚乳酸抗菌活性包裝材料拉伸強(qiáng)度為27MPa，斷裂伸長率為 120%，將制得的抗菌聚乳酸膜進(jìn)行抗菌實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，該抗菌聚乳酸膜對(duì)于大腸桿菌的抑 菌率超過80%，對(duì)于金黃色葡萄球菌的抑菌率超過70%。
[0017] 實(shí)施例2: (1) 按質(zhì)量比為8:2的比例將聚乳酸和聚三亞甲基碳酸酯混合均勻后在真空干燥箱中 干燥10小時(shí)； (2) 取步驟（1)中得到的聚乳酸、聚三亞甲基碳酸酯100重量份從雙螺桿擠出機(jī)的第一 個(gè)料口進(jìn)料，經(jīng)過螺桿輸送段進(jìn)行輸送，待聚乳酸、聚三亞甲基碳酸酯預(yù)熱溫度達(dá)到150°C 后，從下一個(gè)料口加入5重量份的肉桂精油，使肉桂精油與聚合物混合物在剪切力作用下 分散，其中，第一加熱區(qū)溫度為152°C，第二加熱區(qū)溫度為162°C，第三加熱區(qū)溫度為172°C， 第四加熱區(qū)溫度為162°C ; (2)造粒后，加入吹膜機(jī)吹膜制得的聚乳酸抗菌活性包裝材料，162°C下吹膜，吹脹比 3:1,牽引比為7:1,風(fēng)冷溫度為22°C。
[0018] 本實(shí)施例制備得到的聚乳酸抗菌活性包裝材料拉伸強(qiáng)度為22MPa，斷裂伸長率為 170%，將制得的抗菌聚乳酸膜進(jìn)行抗菌實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，該抗菌聚乳酸膜對(duì)于大腸桿菌的抑 菌率超過90%，對(duì)于金黃色葡萄球菌的抑菌率超過70%。
[0019] 實(shí)施例3: (1) 按質(zhì)量比為7:3的比例將聚乳酸和聚三亞甲基碳酸酯混合均勻后在真空干燥箱中 干燥10小時(shí)； (2) 取步驟（1)中得到的聚乳酸、聚三亞甲基碳酸酯100重量份從雙螺桿擠出機(jī)的第一 個(gè)料口進(jìn)料，經(jīng)過螺桿輸送段進(jìn)行輸送，待聚乳酸、聚三亞甲基碳酸酯預(yù)熱溫度達(dá)到150°C 后，從下一個(gè)料口加入10重量份的檸檬草精油，使檸檬草精油與聚合物混合物在剪切力 作用下分散，其中，雙螺桿擠出機(jī)條件為：第一加熱區(qū)溫度為150°C，第二加熱區(qū)溫度為 160°C，第三加熱區(qū)溫度為170°C，第四加熱區(qū)溫度為160°C ; (3)造粒后，加入吹膜機(jī)吹膜制得的聚乳酸抗菌活性包裝材料，160°C下吹膜，吹脹比 4:1,牽引比為5:1,風(fēng)冷溫度為25°C。
[0020] 本實(shí)施例制備得到的聚乳酸抗菌活性包裝材料拉伸強(qiáng)度為15MPa，斷裂伸長率為 160%，將制得的抗菌聚乳酸膜進(jìn)行抗菌實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，該抗菌聚乳酸膜對(duì)于大腸桿菌的抑 菌率超過95%，對(duì)于金黃色葡萄球菌的抑菌率超過90%。
[0021] 實(shí)施例4 (1) 按質(zhì)量比為6:4的比例將聚乳酸和聚三亞甲基碳酸酯混合均勻后在真空干燥箱中 干燥10小時(shí)； (2) 取步驟（1)中得到的聚乳酸、聚三亞甲基碳酸酯100重量份從雙螺桿擠出機(jī)的 第一個(gè)料口進(jìn)料，經(jīng)過螺桿輸送段進(jìn)行輸送，待聚乳酸、聚三亞甲基碳酸酯預(yù)熱溫度達(dá)到 150°C后，從下一個(gè)料口加入2重量份的百里香精油，使百里香精油與聚合物混合物在剪切 力作用下分散，其中，雙螺桿擠出機(jī)條件為：第一加熱區(qū)溫度為155°C，第二加熱區(qū)溫度為 165°C，第三加熱區(qū)溫度為175°C，第四加熱區(qū)溫度為165°C ; (3) 造粒后，加入吹膜機(jī)吹膜制得的聚乳酸抗菌活性包裝材料，165°C下吹膜，吹脹比 4:1,牽引比為10:1,風(fēng)冷溫度為25°C。
[0022] 本實(shí)施例制備得到的聚乳酸抗菌活性包裝材料拉伸強(qiáng)度為llMPa，斷裂伸長率為 200%。將制得的抗菌聚乳酸膜進(jìn)行抗菌實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，該抗菌聚乳酸膜對(duì)于大腸桿菌的抑 菌率超過95%，對(duì)于金黃色葡萄球菌的抑菌率超過85%。
【權(quán)利要求】
1. 一種聚乳酸抗菌活性包裝材料，其特征在于：該聚乳酸抗菌活性包裝材料由以下組 分共混制備得到：基體樹脂100重量份、天然抗菌植物精油2~10重量份。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乳酸抗菌活性包裝材料，其特征在于：所述基體樹脂為聚 乳酸和聚三亞甲基碳酸酯的共混物，聚乳酸和聚三亞甲基碳酸酯的重量比為6:4?9:1，其 中，聚乳酸的重均分子量為1(T30萬；聚三亞甲基碳酸酯的重均分子量為1(T20萬。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乳酸抗菌活性包裝材料，其特征在于：所述抗菌植物精油 為丁香精油、肉桂精油、茴香精油、檸檬草精油、百里香精油、牛至精油中的一種。
4. 權(quán)利要求1所述的聚乳酸抗菌活性包裝材料的制備方法，其特征在于，具體包括以 下步驟： (1) 將聚乳酸和聚三亞甲基碳酸酯烘干后至含水量小于〇. 02%，備用； (2) 將步驟（1)中得到的聚乳酸、聚三亞甲基碳酸酯混合均勻后從雙螺桿擠出機(jī)的第一 個(gè)料口進(jìn)料，經(jīng)過螺桿輸送段進(jìn)行輸送，待聚乳酸、聚三亞甲基碳酸酯預(yù)熱溫度達(dá)到150°C 后，從下一個(gè)料口加入抗菌植物精油； (3) 冷卻后用造粒機(jī)切成長度為0. 20~0. 25cm的顆粒，5(T70°C真空干燥后，備用； (4) 將造粒后的顆粒用吹膜機(jī)吹膜后得到聚乳酸抗菌活性包裝材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚乳酸抗菌活性包裝材料的制備方法，其特征在于：步驟（2) 中所述雙螺桿擠出機(jī)采用多段控溫的方式，第一加熱區(qū)溫度為15(T155°C，第二加熱區(qū)溫度 為16(Tl65°C，第三加熱區(qū)溫度為17(Tl75°C，第四加熱區(qū)溫度為16(Tl65°C，抗菌植物精油 加入溫度為160?165°C。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚乳酸抗菌活性包裝材料的制備方法，其特征在于：步驟（4) 中所述吹膜機(jī)的溫度控制在16(Tl65°C，風(fēng)冷溫度為2(T25°C，吹脹比為2:1~4:1，牽引比 為5:1~10:1，制得的聚乳酸抗菌活性包裝材料厚度為2(T200iim。
【文檔編號(hào)】C08L91/00GK104212136SQ201410352621
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】覃宇悅, 王頌凡, 周志梅, 孫雪, 楊萍, 崔愛玲, 李榮江 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)