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【技術領域】。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，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共混，經吹膜機制得新型聚乳酸抗菌活性包裝材料。本發明制得的材料，具有一定的拉伸強度、斷裂伸長率，生物完全降解，并具有優良的抗菌活性，可廣泛地應用于包裝領域。
【專利說明】一種聚乳酸抗菌活性包裝材料及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發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【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 當前，在國內外的食品加工行業中，絕大部分食品都是通過包裝的形式流通市場 的。目前，化學合成塑料制品以其價格便宜、性質穩定、優良的阻隔性、耐熱性等而被廣泛應 用于食品包裝和保鮮。但是，塑料工業的迅猛發展和產品數量的大幅度增加已帶來一些嚴 重的問題：一是大多數用于食品包裝的材料都不能環境降解，導致了日益嚴重的環境污染 問題；二是現行塑料制品的原料(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，其全世界儲量大約在40年后將面臨枯竭，以石油為原料的塑料工業也將面臨 原材料短缺的局面。
[0003] 現有技術中已經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，經過乳酸菌發酵后變成乳酸，再經聚合而成。此外，聚乳酸具有光學活性、立 體規整性好，一定的結晶度和較高的熔點，力學強度較好等優點。聚乳酸是一種熱塑性聚合 物，可以在傳統的塑料機械中進行擠出、注塑、吹瓶、熱成型以及熔融紡絲等成型加工，生產 薄膜、片材、瓶子等熱成型品和注塑產品。聚乳酸有非常好的機械性能，主要表現為剛而脆， 但其脆性是目前限制聚乳酸在食品包裝工業廣泛應用的主要問題。聚三亞甲基碳酸酯的玻 璃化轉變溫度和熔融溫度遠低于聚乳酸，具有優良的柔順性、加工性、生物相容性及生物降 解性，目前廣泛應用于完全可生物降解環保材料和醫用材料。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械性能。
[0004] 傳統的高阻隔性能保鮮包裝形式，雖然阻斷了外界環境對產品的影響，但無法延 緩內部產品的生物化學變化。隨著人們對食品安全性、感官性質和食品品質的不斷提高，食 品的活性包裝應運而生。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，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] 雖然國內外許多學者都介紹了關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 活性和優良力學性能的食品抗菌活性包裝材料的研究。


【發明內容】

[0006] 為了解決目前抗菌活性包裝材料的不足之處，本發明的目的在于提供一種抗菌活 性高、力學性能優良、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的第一 個料口進料，經過螺桿輸送段進行輸送，待聚乳酸、聚三亞甲基碳酸酯預熱溫度達到150°C 后，從下一個料口加入抗菌植物精油； (3) 冷卻后用造粒機切成長度為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吹膜后得到聚乳酸抗菌活性包裝材料。
[0010] 本發明步驟（2)中所述雙螺桿擠出機采用多段控溫的方式，第一加熱區溫度為 150?155°C，第二加熱區溫度為160?165°C，第三加熱區溫度為170?175°C，第四加熱區溫度 為160?165°C，抗菌植物精油加入溫度為160?165°C。
[0011] 本發明步驟（4)中所述吹膜機的溫度控制在16(T165°C，風冷溫度為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] 本發明所述聚乳酸為市售或者由乳酸經縮聚或丙交酯開環聚合得到，其重均分子 量為1(T30萬，含水量小于0. 02%。
[0013] 本發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聚合反應 制備得到，其重均分子量為1(T20萬，含水量小于0. 02%。
[0014] 本發明與現有技術相比，具有如下優點： (1) 本發明制得的材料具有良好的加工性能，可以在傳統的塑料機械中進行擠出、吹 膜； (2) 本發明改進了聚乳酸/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抗菌劑活性的影響，保障了 材料的抗菌活性； (3) 本發明制備的抗菌活性包裝材料具有較好的拉伸強度、斷裂伸長率，通過測試發 現，材料拉伸強度為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，加入植物精油的復合材料的拉伸強度降低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，應用范圍更加廣泛； (4) 本發明制備的抗菌活性包裝材料具有一定的抗菌性能，通過測試發現，本發明選用 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，綠色環保，從根本上解決了石油資源短缺以及白色污染造成的環境問 題，特別涉及一種具有一定的拉伸強度、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。

【具體實施方式】
[0015] 下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明保護范圍不局限于所述內 容。
[0016] 實施例1 (1) 按質量比為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； (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的第一 個料口進料，經過螺桿輸送段進行輸送，待聚乳酸、聚三亞甲基碳酸酯預熱溫度達到150°C 后，從下一個料口加入2重量份的丁香精油，其中，雙螺桿擠出機條件為：第一加熱區溫度 為150°C，第二加熱區溫度為160°C，第三加熱區溫度為170°C，第四加熱區溫度為160°C ; (3) 造粒后，加入吹膜機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,風冷溫度為20°C ; 本實施例制備得到的聚乳酸抗菌活性包裝材料拉伸強度為27MPa，斷裂伸長率為 120%，將制得的抗菌聚乳酸膜進行抗菌實驗，結果表明，該抗菌聚乳酸膜對于大腸桿菌的抑 菌率超過80%，對于金黃色葡萄球菌的抑菌率超過70%。
[0017] 實施例2: (1) 按質量比為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； (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的第一 個料口進料，經過螺桿輸送段進行輸送，待聚乳酸、聚三亞甲基碳酸酯預熱溫度達到150°C 后，從下一個料口加入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，第一加熱區溫度為152°C，第二加熱區溫度為162°C，第三加熱區溫度為172°C， 第四加熱區溫度為162°C ; (2)造粒后，加入吹膜機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,風冷溫度為22°C。
[0018] 本實施例制備得到的聚乳酸抗菌活性包裝材料拉伸強度為22MPa，斷裂伸長率為 170%，將制得的抗菌聚乳酸膜進行抗菌實驗，結果表明，該抗菌聚乳酸膜對于大腸桿菌的抑 菌率超過90%，對于金黃色葡萄球菌的抑菌率超過70%。
[0019] 實施例3: (1) 按質量比為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； (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的第一 個料口進料，經過螺桿輸送段進行輸送，待聚乳酸、聚三亞甲基碳酸酯預熱溫度達到150°C 后，從下一個料口加入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，雙螺桿擠出機條件為：第一加熱區溫度為150°C，第二加熱區溫度為 160°C，第三加熱區溫度為170°C，第四加熱區溫度為160°C ; (3)造粒后，加入吹膜機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,風冷溫度為25°C。
[0020] 本實施例制備得到的聚乳酸抗菌活性包裝材料拉伸強度為15MPa，斷裂伸長率為 160%，將制得的抗菌聚乳酸膜進行抗菌實驗，結果表明，該抗菌聚乳酸膜對于大腸桿菌的抑 菌率超過95%，對于金黃色葡萄球菌的抑菌率超過90%。
[0021] 實施例4 (1) 按質量比為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； (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的 第一個料口進料，經過螺桿輸送段進行輸送，待聚乳酸、聚三亞甲基碳酸酯預熱溫度達到 150°C后，從下一個料口加入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，雙螺桿擠出機條件為：第一加熱區溫度為155°C，第二加熱區溫度為 165°C，第三加熱區溫度為175°C，第四加熱區溫度為165°C ; (3) 造粒后，加入吹膜機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,風冷溫度為25°C。
[0022] 本實施例制備得到的聚乳酸抗菌活性包裝材料拉伸強度為llMPa，斷裂伸長率為 200%。將制得的抗菌聚乳酸膜進行抗菌實驗，結果表明，該抗菌聚乳酸膜對于大腸桿菌的抑 菌率超過95%，對于金黃色葡萄球菌的抑菌率超過85%。
【權利要求】
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. 根據權利要求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. 根據權利要求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的第一 個料口進料，經過螺桿輸送段進行輸送，待聚乳酸、聚三亞甲基碳酸酯預熱溫度達到150°C 后，從下一個料口加入抗菌植物精油； (3) 冷卻后用造粒機切成長度為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吹膜后得到聚乳酸抗菌活性包裝材料。
5. 根據權利要求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采用多段控溫的方式，第一加熱區溫度為15(T155°C，第二加熱區溫度 為16(Tl65°C，第三加熱區溫度為17(Tl75°C，第四加熱區溫度為16(Tl65°C，抗菌植物精油 加入溫度為160?165°C。
6. 根據權利要求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) 中所述吹膜機的溫度控制在16(Tl65°C，風冷溫度為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】C08L91/00GK104212136SQ201410352621
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年7月24日 優先權日:2014年7月24日
【發明者】覃宇悅, 王頌凡, 周志梅, 孫雪, 楊萍, 崔愛玲, 李榮江 申請人:昆明理工大學