一种聚乳酸抗菌活性包装材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种聚乳酸抗菌活性包装材料及其制备方法，属于高分子【技术领域】。所述的抗菌活性包装材料包含有共混的基体树脂和天然抗菌植物精油：以基体树脂按100重量份计，天然抗菌植物精油为2-10重量份；其中，所述的基体树脂为聚乳酸和聚三亚甲基碳酸酯的共混物，其比例按重量比为聚乳酸：聚三亚甲基碳酸酯=(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、柠檬草精油、百里香精油或牛至精油。将组分加入双螺杆挤出机共混，经吹膜机制得新型聚乳酸抗菌活性包装材料。本发明制得的材料，具有一定的拉伸强度、断裂伸长率，生物完全降解，并具有优良的抗菌活性，可广泛地应用于包装领域。
【专利说明】一种聚乳酸抗菌活性包装材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种聚乳酸抗菌活性包装材料及其制备方法，属于高分子【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 当前，在国内外的食品加工行业中，绝大部分食品都是通过包装的形式流通市场 的。目前，化学合成塑料制品以其价格便宜、性质稳定、优良的阻隔性、耐热性等而被广泛应 用于食品包装和保鲜。但是，塑料工业的迅猛发展和产品数量的大幅度增加已带来一些严 重的问题：一是大多数用于食品包装的材料都不能环境降解，导致了日益严重的环境污染 问题；二是现行塑料制品的原料(如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等）是不可再生资 源--石油，其全世界储量大约在40年后将面临枯竭，以石油为原料的塑料工业也将面临 原材料短缺的局面。
[0003] 现有技术中已经几种可生物降解材料，包括聚乳酸、聚三亚甲基碳酸酯和聚二氧 杂环己酮等材料。聚乳酸是一种可生物降解的新型聚酯材料，它主要是以玉米、小麦、木薯 等淀粉为原料，经过乳酸菌发酵后变成乳酸，再经聚合而成。此外，聚乳酸具有光学活性、立 体规整性好，一定的结晶度和较高的熔点，力学强度较好等优点。聚乳酸是一种热塑性聚合 物，可以在传统的塑料机械中进行挤出、注塑、吹瓶、热成型以及熔融纺丝等成型加工，生产 薄膜、片材、瓶子等热成型品和注塑产品。聚乳酸有非常好的机械性能，主要表现为刚而脆， 但其脆性是目前限制聚乳酸在食品包装工业广泛应用的主要问题。聚三亚甲基碳酸酯的玻 璃化转变温度和熔融温度远低于聚乳酸，具有优良的柔顺性、加工性、生物相容性及生物降 解性，目前广泛应用于完全可生物降解环保材料和医用材料。聚乳酸/聚三亚甲基碳酸酯 共混物可有效改善聚乳酸包装膜的机械性能。
[0004] 传统的高阻隔性能保鲜包装形式，虽然阻断了外界环境对产品的影响，但无法延 缓内部产品的生物化学变化。随着人们对食品安全性、感官性质和食品品质的不断提高，食 品的活性包装应运而生。其中，抗菌包装膜是活性包装材料的一种，它主要以天然大分子物 质为载体，添加一定的抗菌剂而制成的薄膜。植物精油是萃取植物特有的芳香物质，取自于 草本植物以蒸馏、压榨方式提炼出来的。其中，丁香精油、肉桂精油、茴香精油、柠檬草精油、 百里香精油或牛至精油具有良好的抗菌活性，是天然抗菌剂。
[0005] 虽然国内外许多学者都介绍了关于聚乳酸抗菌活性包装材料的制备，但是未提到 过以聚乳酸/聚三亚甲基碳酸酯共混材料为基材，添加天然抗菌植物精油，制备具有抗菌 活性和优良力学性能的食品抗菌活性包装材料的研究。
【发明内容】
[0006] 为了解决目前抗菌活性包装材料的不足之处，本发明的目的在于提供一种抗菌活 性高、力学性能优良、能完全生物降解的新型聚乳酸抗菌活性包装材料，所述聚乳酸抗菌活 性包装材料由以下组分共混制备得到：基体树脂100重量份、天然抗菌植物精油2~10重量 份。
[0007] 本发明所述基体树脂为聚乳酸和聚三亚甲基碳酸酯的共混物，聚乳酸和聚三亚甲 基碳酸酯的重量比为6:4~9:1。
[0008] 本发明所述抗菌植物精油为丁香精油、肉桂精油、茴香精油、柠檬草精油、百里香 精油、牛至精油中的一种。
[0009] 本发明的另一目的在于提供所述聚乳酸抗菌活性包装材料的制备方法，具体包括 以下步骤： (1) 将聚乳酸和聚三亚甲基碳酸酯烘干后至含水量小于〇. 02%，备用； (2) 将步骤（1)中得到的聚乳酸、聚三亚甲基碳酸酯混合均匀后从双螺杆挤出机的第一 个料口进料，经过螺杆输送段进行输送，待聚乳酸、聚三亚甲基碳酸酯预热温度达到150°C 后，从下一个料口加入抗菌植物精油； (3) 冷却后用造粒机切成长度为0. 20~0. 25cm的颗粒，5(T70°C真空干燥后，备用； (4) 将造粒后的颗粒用吹膜机吹膜后得到聚乳酸抗菌活性包装材料。
[0010] 本发明步骤（2)中所述双螺杆挤出机采用多段控温的方式，第一加热区温度为 150?155°C，第二加热区温度为160?165°C，第三加热区温度为170?175°C，第四加热区温度 为160?165°C，抗菌植物精油加入温度为160?165°C。
[0011] 本发明步骤（4)中所述吹膜机的温度控制在16(T165°C，风冷温度为2(T25°C，吹 胀比为2:1~4:1，牵引比控制为5:1~10:1，聚乳酸抗菌活性包装材料的厚度为2(T200 y m。
[0012] 本发明所述聚乳酸为市售或者由乳酸经缩聚或丙交酯开环聚合得到，其重均分子 量为1(T30万，含水量小于0. 02%。
[0013] 本发明所述聚三亚甲基碳酸酯为市售或者由三亚甲基碳酸酯通过开环聚合反应 制备得到，其重均分子量为1(T20万，含水量小于0. 02%。
[0014] 本发明与现有技术相比，具有如下优点： (1) 本发明制得的材料具有良好的加工性能，可以在传统的塑料机械中进行挤出、吹 膜； (2) 本发明改进了聚乳酸/聚三亚甲基碳酸酯共混材料的加工工艺，使抗菌植物精油 加入过程的温度控制在16(Tl65°C，有效避免了加工温度过高对抗菌剂活性的影响，保障了 材料的抗菌活性； (3) 本发明制备的抗菌活性包装材料具有较好的拉伸强度、断裂伸长率，通过测试发 现，材料拉伸强度为ll~27MPa，断裂伸长率为120~200%，其中，抗菌植物精油的加入，起到 良好的增塑作用，大大提高包装材料的力学性能；与聚乳酸/聚三亚甲基碳酸酯共混材料 相比，加入植物精油的复合材料的拉伸强度降低20-60%，断裂伸长率提高25-50%，能够满 足一些食品包装材料的要求，应用范围更加广泛； (4) 本发明制备的抗菌活性包装材料具有一定的抗菌性能，通过测试发现，本发明选用 的抗菌植物精油包括丁香精油、肉桂精油、茴香精油、柠檬草精油、百里香精油或牛至精油， 加入聚合物共混材料后，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有较好的抑制作用； (5) 本制备方法工艺简单、易操作，所用到的聚乳酸和聚三亚甲基碳酸酯均为可生物降 解材料，抗菌植物精油包括丁香精油、肉桂精油、茴香精油、柠檬草精油、百里香精油或牛至 精油为天然物质加工而来，该活性包装材料具有一定的抗菌效果，并可以直接用于食品的 保藏，能够生物降解，绿色环保，从根本上解决了石油资源短缺以及白色污染造成的环境问 题，特别涉及一种具有一定的拉伸强度、断裂伸长率，具有抗菌活性的、完全生物降解的新 型聚乳酸抗菌活性包装材料。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内 容。
[0016] 实施例1 (1) 按质量比为9:1的比例将聚乳酸和聚三亚甲基碳酸酯混合均匀后在真空干燥箱中 干燥10小时； (2) 取步骤（1)中得到的聚乳酸、聚三亚甲基碳酸酯100重量份从双螺杆挤出机的第一 个料口进料，经过螺杆输送段进行输送，待聚乳酸、聚三亚甲基碳酸酯预热温度达到150°C 后，从下一个料口加入2重量份的丁香精油，其中，双螺杆挤出机条件为：第一加热区温度 为150°C，第二加热区温度为160°C，第三加热区温度为170°C，第四加热区温度为160°C ; (3) 造粒后，加入吹膜机吹膜制得的聚乳酸抗菌活性包装材料，160°C下吹膜，吹胀比 2:1,牵引比为5:1,风冷温度为20°C ; 本实施例制备得到的聚乳酸抗菌活性包装材料拉伸强度为27MPa，断裂伸长率为 120%，将制得的抗菌聚乳酸膜进行抗菌实验，结果表明，该抗菌聚乳酸膜对于大肠杆菌的抑 菌率超过80%，对于金黄色葡萄球菌的抑菌率超过70%。
[0017] 实施例2: (1) 按质量比为8:2的比例将聚乳酸和聚三亚甲基碳酸酯混合均匀后在真空干燥箱中 干燥10小时； (2) 取步骤（1)中得到的聚乳酸、聚三亚甲基碳酸酯100重量份从双螺杆挤出机的第一 个料口进料，经过螺杆输送段进行输送，待聚乳酸、聚三亚甲基碳酸酯预热温度达到150°C 后，从下一个料口加入5重量份的肉桂精油，使肉桂精油与聚合物混合物在剪切力作用下 分散，其中，第一加热区温度为152°C，第二加热区温度为162°C，第三加热区温度为172°C， 第四加热区温度为162°C ; (2)造粒后，加入吹膜机吹膜制得的聚乳酸抗菌活性包装材料，162°C下吹膜，吹胀比 3:1,牵引比为7:1,风冷温度为22°C。
[0018] 本实施例制备得到的聚乳酸抗菌活性包装材料拉伸强度为22MPa，断裂伸长率为 170%，将制得的抗菌聚乳酸膜进行抗菌实验，结果表明，该抗菌聚乳酸膜对于大肠杆菌的抑 菌率超过90%，对于金黄色葡萄球菌的抑菌率超过70%。
[0019] 实施例3: (1) 按质量比为7:3的比例将聚乳酸和聚三亚甲基碳酸酯混合均匀后在真空干燥箱中 干燥10小时； (2) 取步骤（1)中得到的聚乳酸、聚三亚甲基碳酸酯100重量份从双螺杆挤出机的第一 个料口进料，经过螺杆输送段进行输送，待聚乳酸、聚三亚甲基碳酸酯预热温度达到150°C 后，从下一个料口加入10重量份的柠檬草精油，使柠檬草精油与聚合物混合物在剪切力 作用下分散，其中，双螺杆挤出机条件为：第一加热区温度为150°C，第二加热区温度为 160°C，第三加热区温度为170°C，第四加热区温度为160°C ; (3)造粒后，加入吹膜机吹膜制得的聚乳酸抗菌活性包装材料，160°C下吹膜，吹胀比 4:1,牵引比为5:1,风冷温度为25°C。
[0020] 本实施例制备得到的聚乳酸抗菌活性包装材料拉伸强度为15MPa，断裂伸长率为 160%，将制得的抗菌聚乳酸膜进行抗菌实验，结果表明，该抗菌聚乳酸膜对于大肠杆菌的抑 菌率超过95%，对于金黄色葡萄球菌的抑菌率超过90%。
[0021] 实施例4 (1) 按质量比为6:4的比例将聚乳酸和聚三亚甲基碳酸酯混合均匀后在真空干燥箱中 干燥10小时； (2) 取步骤（1)中得到的聚乳酸、聚三亚甲基碳酸酯100重量份从双螺杆挤出机的 第一个料口进料，经过螺杆输送段进行输送，待聚乳酸、聚三亚甲基碳酸酯预热温度达到 150°C后，从下一个料口加入2重量份的百里香精油，使百里香精油与聚合物混合物在剪切 力作用下分散，其中，双螺杆挤出机条件为：第一加热区温度为155°C，第二加热区温度为 165°C，第三加热区温度为175°C，第四加热区温度为165°C ; (3) 造粒后，加入吹膜机吹膜制得的聚乳酸抗菌活性包装材料，165°C下吹膜，吹胀比 4:1,牵引比为10:1,风冷温度为25°C。
[0022] 本实施例制备得到的聚乳酸抗菌活性包装材料拉伸强度为llMPa，断裂伸长率为 200%。将制得的抗菌聚乳酸膜进行抗菌实验，结果表明，该抗菌聚乳酸膜对于大肠杆菌的抑 菌率超过95%，对于金黄色葡萄球菌的抑菌率超过85%。
【权利要求】
1. 一种聚乳酸抗菌活性包装材料，其特征在于：该聚乳酸抗菌活性包装材料由以下组 分共混制备得到：基体树脂100重量份、天然抗菌植物精油2~10重量份。
2. 根据权利要求1所述的聚乳酸抗菌活性包装材料，其特征在于：所述基体树脂为聚 乳酸和聚三亚甲基碳酸酯的共混物，聚乳酸和聚三亚甲基碳酸酯的重量比为6:4?9:1，其 中，聚乳酸的重均分子量为1(T30万；聚三亚甲基碳酸酯的重均分子量为1(T20万。
3. 根据权利要求1所述的聚乳酸抗菌活性包装材料，其特征在于：所述抗菌植物精油 为丁香精油、肉桂精油、茴香精油、柠檬草精油、百里香精油、牛至精油中的一种。
4. 权利要求1所述的聚乳酸抗菌活性包装材料的制备方法，其特征在于，具体包括以 下步骤： (1) 将聚乳酸和聚三亚甲基碳酸酯烘干后至含水量小于〇. 02%，备用； (2) 将步骤（1)中得到的聚乳酸、聚三亚甲基碳酸酯混合均匀后从双螺杆挤出机的第一 个料口进料，经过螺杆输送段进行输送，待聚乳酸、聚三亚甲基碳酸酯预热温度达到150°C 后，从下一个料口加入抗菌植物精油； (3) 冷却后用造粒机切成长度为0. 20~0. 25cm的颗粒，5(T70°C真空干燥后，备用； (4) 将造粒后的颗粒用吹膜机吹膜后得到聚乳酸抗菌活性包装材料。
5. 根据权利要求4所述的聚乳酸抗菌活性包装材料的制备方法，其特征在于：步骤（2) 中所述双螺杆挤出机采用多段控温的方式，第一加热区温度为15(T155°C，第二加热区温度 为16(Tl65°C，第三加热区温度为17(Tl75°C，第四加热区温度为16(Tl65°C，抗菌植物精油 加入温度为160?165°C。
6. 根据权利要求4所述的聚乳酸抗菌活性包装材料的制备方法，其特征在于：步骤（4) 中所述吹膜机的温度控制在16(Tl65°C，风冷温度为2(T25°C，吹胀比为2:1~4:1，牵引比 为5:1~10:1，制得的聚乳酸抗菌活性包装材料厚度为2(T200iim。
【文档编号】C08L91/00GK104212136SQ201410352621
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】覃宇悦, 王颂凡, 周志梅, 孙雪, 杨萍, 崔爱玲, 李荣江 申请人:昆明理工大学