本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種牙膏片材用化學(xué)接枝碳纖維-聚乙烯膜料及其制備方法。
背景技術(shù)：
牙膏管包裝目前主要使用的是復(fù)合管包裝，復(fù)合軟管的一個(gè)非常顯著的特點(diǎn)在于它的管體材料為復(fù)合片材，而復(fù)合片材是通過復(fù)合的方式將多種不同材料所生產(chǎn)的膜料復(fù)合在一起。它的生產(chǎn)工藝靈活，如可以用干式復(fù)合也可以用擠出復(fù)合，可以印刷后復(fù)合成片材制管，也可以生產(chǎn)成片材后在進(jìn)行印刷制管；取材廣泛，就材質(zhì)來(lái)說可以是聚烯烴、聚酰胺、聚酯、鋁箔、紙張等，膜料的類型來(lái)說可以是吹塑膜、流延膜、共擠膜、雙向拉伸膜、真空鍍鋁膜、涂層膜等。這使得復(fù)合片材在阻隔性能、物理機(jī)械性能、外觀等方面都具有非常高的靈活性。
目前，市場(chǎng)上用在牙膏上的復(fù)合片材包裝材料主要是鋁塑復(fù)合片材(ABL)和全塑復(fù)合片材(PBL)，這兩類復(fù)合片材幾乎占據(jù)了全部的牙膏包裝市場(chǎng)。
使用最廣泛的鋁塑片材最大的問題就是其使用后很難被回收利用。鋁箔與塑料復(fù)合后無(wú)法通過簡(jiǎn)單辦法輕易分離，雖然已出現(xiàn)很多回收辦法，但大都為了分離鋁箔與塑料會(huì)使用酸、堿或是有機(jī)溶劑，不但費(fèi)用高，而且對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。而環(huán)保復(fù)合片材包裝材料，因其具有成本低、無(wú)污染、易回收再生、易降解等特點(diǎn)，將成為未來(lái)環(huán)保包裝材料的主流。
王明生、孫恒發(fā)表了一篇環(huán)保復(fù)合軟管片材的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用一文，介紹了復(fù)合軟管的現(xiàn)狀及環(huán)保軟管的發(fā)展趨勢(shì)，就添加碳酸鈣填料的環(huán)保薄膜在力學(xué)性能、挺度、環(huán)保、降解等方面進(jìn)行了分析和論述。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種牙膏片材用化學(xué)接枝碳纖維-聚乙烯膜料及其制備方法，解決聚乙烯膜料環(huán)保降解的問題，又保證滿足聚產(chǎn)品的力學(xué)性能和使用要求。
一種牙膏片材用化學(xué)接枝碳纖維-聚乙烯膜料，由以下重量份的原料組成：線性低密度聚乙烯60-70份，蠟性玉米淀粉8-15份，植物纖維粉末8-15份，硅烷偶聯(lián)劑3-6份，降解型碳酸鈣母粒25-35份，乙烯基封端硅油10-18份，含氫硅油0.3-0.8份，硫酸溶液適量，鉑催化劑適量，化學(xué)接枝碳纖維1-5份；
所述的環(huán)保降解型碳酸鈣母粒由以下重量份原料組成：低密度聚乙烯10-30份，正辛基二茂鐵10-15份，聚乳酸0.2-0.5份，聚乙烯蠟1-2份，鈦酸酯偶聯(lián)劑0.5-2.5份，納米碳酸鈣25-35份，石蠟油適量；
所述的化學(xué)接枝碳纖維由以下重量份原料合成：碳纖維8-10份， KH-570 1-3份，濃H2SO4適量，丙酮適量，去離子水適量，無(wú)水乙醇適量，鹽酸溶液適量。
具體步驟如下：
（1）降解型碳酸鈣母粒的制備：
①、預(yù)先將納米碳酸鈣放入高速混煉機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，再將石蠟油稀釋的鈦酸酯偶聯(lián)劑，噴入碳酸鈣材料內(nèi)，升溫?cái)嚢?0-30分鐘后出料，烘干后得到表面處理過的碳酸鈣；
②、以經(jīng)過表面處理過的碳酸鈣為母粒核，同低密度聚乙烯、正辛基二茂鐵、聚乳酸、聚乙烯蠟投入高速攪拌機(jī)中，并控制溫度在60-100℃內(nèi)共混均勻，混合均勻后，放入低速混合機(jī)混合冷卻，然后加入雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒作為環(huán)保降解型碳酸鈣母粒；
（2）有機(jī)硅彈性微球的制備：
①、將蠟性玉米淀粉加入到硫酸溶液中，在35-45℃的恒溫油浴鍋中，以100-200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌5-7天后，將反應(yīng)產(chǎn)物反復(fù)離心水洗至中性，真空干燥得淀粉納米晶固體粉末；
②、將淀粉納米晶固體粉末、植物纖維粉末加入去離子水中，超聲分散3-10分鐘，再將乙烯基封端硅油和含氫硅油混合均勻后倒入淀粉納米晶的水分散液中，在均質(zhì)機(jī)上8000-12000轉(zhuǎn)/分鐘條件下均質(zhì)3-15分鐘，再加入鉑催化劑，然后在攪拌下升溫到40-60℃反應(yīng)1-3小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)離心分離，真空干燥得到淀粉納米晶-植物纖維涂覆的有機(jī)硅彈性微球；
（3）化學(xué)接枝碳纖維的制備：
①、將碳纖維在丙酮中浸泡20-25小時(shí)除去其表面漿層膠質(zhì)，隨后用去離子水反復(fù)洗滌多次，于70-90℃鼓風(fēng)干燥，得到去膠碳纖維，加入到體積比為3-4:1的濃H2SO4中混合，置于70-90℃油浴中攪拌反應(yīng)4-6小時(shí)，待反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，用去離子水洗滌至pH值6-7，最后在冷凍干燥機(jī)中干燥得到氧化碳纖維；
②、將氧化碳纖維和無(wú)水乙醇混合，置于超聲波清洗器中超聲分散20-40分鐘后得到氧化碳纖維懸濁液，隨后用鹽酸溶液將pH調(diào)節(jié)至3-4；
③、將KH-570 均勻分散在無(wú)水乙醇后，緩慢加入到步驟②的懸濁液中，升溫至50-70℃反應(yīng)20-25小時(shí)，待反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，用無(wú)水乙醇和去離子水反復(fù)洗滌至中性，最后在冷凍干燥機(jī)中干燥得到化學(xué)接枝碳纖維；
（4）將步驟（2）得到的彈性微球加入轉(zhuǎn)速為800-1000轉(zhuǎn)/分鐘的高速混合機(jī)中，加入硅烷偶聯(lián)劑與之混合均勻，然后加入線性低密度聚乙烯、步驟（3）得到的化學(xué)接枝碳纖維，控制溫度在60-100℃以內(nèi)共混均勻，混合均勻后，放入低速混合機(jī)混合冷卻，然后加入雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒；
（5）將步驟（1）得到的碳酸鈣母粒與步驟（4）得到塑料粒子在高速混合機(jī)中混合均勻，然后在吹膜設(shè)備上經(jīng)粒料輸送、熔融塑化、擠出、吹脹、電暈、收卷等步驟，制得一種牙膏片材用化學(xué)接枝碳纖維-聚乙烯膜料。
所述的鉑催化劑為氯鉑酸的異丙醇溶液，其含量為以Pt占乙烯基封端硅油和含氫硅油混合物總量的4-6ppm。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）本發(fā)明通過添加環(huán)保降解型碳酸鈣母粒制備的聚乙烯膜料在使用過后，能夠在6-18個(gè)月內(nèi)在自然條件下分解為水和二氧化碳，生物降解速度快，而不會(huì)產(chǎn)生白色污染，符合環(huán)保的要求。
（2）本發(fā)明利用淀粉納米晶、植物纖維粉末乳化乙烯基封端硅油和含氫硅油，通過硅氫加成制備有機(jī)硅彈性微球。該有機(jī)硅彈性微球表面吸附有可降解的淀粉納米晶與植物纖維粉，具有優(yōu)異的流動(dòng)性、分散性，同時(shí)具有優(yōu)異的韌性和強(qiáng)度，提高了膜料的挺度。
（3）先采用H2SO4對(duì)碳纖維進(jìn)行液相氧化處理制成氧化碳纖維，使得碳纖維表面含氧官能團(tuán)的種類和含量提升，再利用KH-570 作為接枝單體對(duì)其進(jìn)行表面修飾得到KH-570 接枝改性碳纖維，改善了碳纖維與基體之間的界面問題，制得的聚乙烯膜材兼具了碳纖維優(yōu)點(diǎn)，具備更高的強(qiáng)度。
具體實(shí)施方式
一種牙膏片材用化學(xué)接枝碳纖維-聚乙烯膜料，由以下重量份（公斤）的原料組成：線性低密度聚乙烯70，蠟性玉米淀粉10，植物纖維粉末10，硅烷偶聯(lián)劑4，降解型碳酸鈣母粒30，乙烯基封端硅油15份，含氫硅油0.5份，硫酸溶液適量，鉑催化劑適量，化學(xué)接枝碳纖維4；
所述的環(huán)保降解型碳酸鈣母粒由以下重量份原料組成：低密度聚乙烯25份，正辛基二茂鐵12份，聚乳酸0.4份，聚乙烯蠟1份，鈦酸酯偶聯(lián)劑1.5份，納米碳酸鈣30份，石蠟油適量；
所述的化學(xué)接枝碳纖維由以下重量份原料合成：碳纖維9， KH-570 2，濃H2SO4適量，丙酮適量，去離子水適量，無(wú)水乙醇適量，鹽酸溶液適量。
所述的鉑催化劑為氯鉑酸的異丙醇溶液，其含量為以Pt占乙烯基封端硅油和含氫硅油混合物總量的5ppm。
具體步驟如下：
（1）降解型碳酸鈣母粒的制備：
①、預(yù)先將納米碳酸鈣放入高速混煉機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，再將石蠟油稀釋的鈦酸酯偶聯(lián)劑，噴入碳酸鈣材料內(nèi)，升溫?cái)嚢?0分鐘后出料，烘干后得到表面處理過的碳酸鈣；
②、以經(jīng)過表面處理過的碳酸鈣為母粒核，同低密度聚乙烯、正辛基二茂鐵、聚乳酸、聚乙烯蠟投入高速攪拌機(jī)中，并控制溫度在80℃內(nèi)共混均勻，混合均勻后，放入低速混合機(jī)混合冷卻，然后加入雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒作為環(huán)保降解型碳酸鈣母粒；
（2）有機(jī)硅彈性微球的制備：
①、將蠟性玉米淀粉加入到硫酸溶液中，在40℃的恒溫油浴鍋中，以150轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌6天后，將反應(yīng)產(chǎn)物反復(fù)離心水洗至中性，真空干燥得淀粉納米晶固體粉末；
②、將淀粉納米晶固體粉末、植物纖維粉末加入去離子水中，超聲分散8分鐘，再將乙烯基封端硅油和含氫硅油混合均勻后倒入淀粉納米晶的水分散液中，在均質(zhì)機(jī)上10000轉(zhuǎn)/分鐘條件下均質(zhì)10分鐘，再加入鉑催化劑，然后在攪拌下升溫到50℃反應(yīng)2小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)離心分離，真空干燥得到淀粉納米晶-植物纖維涂覆的有機(jī)硅彈性微球；
（3）化學(xué)接枝碳纖維的制備：
①、將碳纖維在丙酮中浸泡24小時(shí)除去其表面漿層膠質(zhì)，隨后用去離子水反復(fù)洗滌多次，于80℃鼓風(fēng)干燥，得到去膠碳纖維，加入到體積比為3:1的濃H2SO4中混合，置于80℃油浴中攪拌反應(yīng)5小時(shí)，待反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，用去離子水洗滌至pH值6，最后在冷凍干燥機(jī)中干燥得到氧化碳纖維；
②、將氧化碳纖維和無(wú)水乙醇混合，置于超聲波清洗器中超聲分散30分鐘后得到氧化碳纖維懸濁液，隨后用鹽酸溶液將pH調(diào)節(jié)至4；
③、將KH-570 均勻分散在無(wú)水乙醇后，緩慢加入到步驟②的懸濁液中，升溫至60℃反應(yīng)24小時(shí)，待反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，用無(wú)水乙醇和去離子水反復(fù)洗滌至中性，最后在冷凍干燥機(jī)中干燥得到化學(xué)接枝碳纖維；
（4）將步驟（2）得到的彈性微球加入轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分鐘的高速混合機(jī)中，加入硅烷偶聯(lián)劑與之混合均勻，然后加入線性低密度聚乙烯、步驟（3）得到的化學(xué)接枝碳纖維，控制溫度在70℃以內(nèi)共混均勻，混合均勻后，放入低速混合機(jī)混合冷卻，然后加入雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒；
（5）將步驟（1）得到的碳酸鈣母粒與步驟（4）得到塑料粒子在高速混合機(jī)中混合均勻，然后在吹膜設(shè)備上經(jīng)粒料輸送、熔融塑化、擠出、吹脹、電暈、收卷等步驟，制得一種牙膏片材用化學(xué)接枝碳纖維-聚乙烯膜料。
經(jīng)測(cè)試數(shù)據(jù)：拉伸強(qiáng)度（MPa）：橫向23，縱向25；斷裂伸長(zhǎng)率（MPa）:橫向870，縱向815；挺度（N）：橫向3.2，縱向4.1。