CN105924908A - 生物降解材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生物降解材料及其制备方法。一种生物降解材料，按重量份数计，包括以下组分：聚己二酸‑对苯二甲酸丁二酯50份～75份；聚碳酸亚丙酯25份～50份；无机填料2份～8份；增塑剂1份～5份；及成核剂0.5份～1份；其中，所述无机填料选自蒙脱土、滑石粉、云母及纳米Al2O3中的至少一种。上述生物降解材料能有效的阻隔水蒸气。

Description

生物降解材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种生物降解材料及其制备方法。
背景技术
传统的薄膜主要采用聚乙烯为原材料，但是聚乙烯属于不可降解材料，使用丢弃后无法生物降解从而会造成白色污染。在环境问题日益严重的今天，不可降解材料不是未来发展趋势。环境友好的生物可降解材料将是解决白色污染的首选，是未来发展的重点材料。
聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(PBAT)是一种生物可降解材料，其最终的分解产物是水和二氧化碳。此外，PBAT还具有优异的耐撕裂性能和冲击性能，是生产高性能膜材料的首选材料。以PBAT作为原材料生产的薄膜，不仅具有优异的力学性能，还具有完全生物降解性能，不会造成环境污染。
但是，以PBAT作为原材料生产的薄膜水蒸气透过量高，无法满足食品医药、电子产品等的包装要求。
发明内容
基于此，有必要提供一种能有效的阻隔水蒸气的生物降解材料及其制备方法。
一种生物降解材料，按重量份数计，包括以下组分：
其中，所述无机填料选自蒙脱土、滑石粉、云母及纳米Al2O3中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述聚碳酸亚丙酯为采用封端剂进行封端处理的聚碳酸亚丙酯。
在其中一个实施例中，所述封端剂为马来酸酐。
在其中一个实施例中，所述的无机填料为700～5000目。
在其中一个实施例中，其中无机填料为采用有机改性剂改性处理后的蒙脱土、滑石粉、云母及纳米Al2O3中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述有机改性剂选自硅烷偶联剂、对(乙烯基苯)三甲基氯化铵、溴化十二烷基三甲基铵、十八烷基三甲基溴化铵中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述增塑剂选自乙酰化柠檬酸正丁酯、山梨醇、已二酸二辛酯及邻苯二甲酸二辛酯中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述成核剂选自N,N'-亚乙基双硬脂酰胺、癸二酸二苯甲酰肼、苯基磷酸锌及多酰胺中的至少一种。
上述的生物降解材料的制备方法，包括以下步骤：
将各组分采用高速搅拌机搅拌均匀得到混合料；及
将所述混合料采用双螺杆挤出机挤出后造粒得到所述生物降解材料。
在其中一个实施例中，所述将所述混合料采用双螺杆挤出机挤出的步骤中，所述双螺杆挤出机温度为120℃～180℃，螺杆转速为150～350rpm，长径比为30～40。
上述生物降解材料，通过在聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯中加入聚碳酸亚丙酯及无机填料，无机填料选自蒙脱土、滑石粉、云母及纳米Al2O3中的至少一种，无机填料属于单斜晶系，具有层片状分子结构，分布在生物降解材料中可以延长水蒸气的通过路径，聚碳酸亚丙酯及无机填料配合可以提高PBAT的阻隔性能，降低生物降解材料的水蒸气透过率，有效的阻隔水蒸气。
具体实施方式
下面主要结合具体实施例对生物降解材料及其制备方法作进一步详细的说明。
一实施方式的生物降解材料，按重量份数计，包括以下组分：
其中，无机填料选自蒙脱土、滑石粉、云母及纳米Al2O3中的至少一种。
在其中一个实施例中，聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(PBAT)的熔点为110-130℃，分子量为10-20万。优选的，PBAT的熔体质量流动速率(MFR)为3-5g/10min(190℃，2160g)。
在其中一个实施例中，聚碳酸亚丙酯(PPC)的分子量为20-25万。
在其中一个实施例中，聚碳酸亚丙酯为采用封端剂进行封端处理的聚碳酸亚丙酯。进一步的，封端剂为马来酸酐。
在其中一个实施例中，无机填料的尺寸为700～5000目。
在其中一个实施例中，无机填料为经过有机改性剂改性的无机填料，有机改性剂选自硅烷偶联剂、对(乙烯基苯)三甲基氯化铵、溴化十二烷基三甲基铵、十八烷基三甲基溴化铵中的至少一种。
在其中一个实施例中，无机填料为采用有机改性剂改性处理后的蒙脱土、滑石粉、云母及纳米Al2O3中的至少一种。
在其中一个实施例中，增塑剂选自乙酰化柠檬酸正丁酯、山梨醇、已二酸二辛酯及邻苯二甲酸二辛酯中的至少一种。
在其中一个实施例中，成核剂选自N,N'-亚乙基双硬脂酰胺(EBS)癸二酸二苯甲酰肼、苯基磷酸锌及多酰胺中的至少一种。
上述生物降解材料，通过在聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯中加入聚碳酸亚丙酯及无机填料，无机填料选自蒙脱土、滑石粉、云母及纳米Al2O3中的至少一种，无机填料属于单斜晶系，具有层片状分子结构，分布在树脂中可以延长水蒸气的通过路径，聚碳酸亚丙酯及无机填料配合可以提高PBAT的阻隔性能，降低生物降解材料的水蒸气透过率，有效的阻隔水蒸气。
上述生物降解材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S110、将各组分采用高速搅拌机搅拌均匀得到混合料。
优选的，高速搅拌的转速为700-1300转/分钟。
步骤S120、将所述混合料采用双螺杆挤出机挤出后造粒得到所述生物降解材料。
在其中一个实施例中，双螺杆挤出机温度：120℃～180℃，螺杆转速150～350rpm，长径比30～40。
上述生物降解材料的制备方法操作简单。
一实施方式的生物降解薄膜，由上述生物降解材料制成。
在其中一个实施例中，生物降解薄膜的厚度为0.05～0.085mm。
将上述生物降解材料在85℃下干燥3小时，使用吹膜机或流延膜机等可以制备得到生物降解薄膜。
上述生物降解薄膜能有效的阻隔水蒸气。
以下，结合具体实施例进行详细说明。
以下实施例中的份数均为质量份数。
实施例1
实施例1的生物降解材料的组成为：
其中，云母为硅烷偶联剂改性的云母。
将上述各组分使用高速搅拌机搅拌0.5小时后采用双螺杆挤出机挤出造粒得到生物降解材料。双螺杆挤出机温度：120℃、135℃、155℃、165℃、170℃、175℃、170℃，模头温度170℃，螺杆转速250rpm，长径比36。
将生物降解材料在85℃下干燥3小时，使用吹膜机得到生物降解薄膜。
生物降解薄膜的厚度为0.05mm。
实施例2
实施例2的生物降解材料的组成为：
其中，改性蒙脱土为十八烷基三甲基溴化铵改性的蒙脱土。
将上述各组分使用高速搅拌机搅拌0.5小时后采用双螺杆挤出机挤出造粒得到生物降解材料。双螺杆挤出机温度：120℃、145℃、155℃、165℃、175℃、180℃、175℃，模头温度170℃，螺杆转速300rpm，长径比40。
将生物降解材料在85℃下干燥3小时，使用吹膜机得到生物降解薄膜。
生物降解薄膜的厚度为0.085mm。
实施例3
实施例3的生物降解材料的组成为：
其中，纳米Al2O3为硅烷偶联剂改性的纳米Al2O3。
将上述各组分使用高速搅拌机搅拌0.5小时后采用双螺杆挤出机挤出造粒得到生物降解材料。双螺杆挤出机温度：120℃、145℃、155℃、165℃、170℃、180℃、170℃，模头温度170℃，螺杆转速250rpm，长径比40。
将生物降解材料在85℃下干燥3小时，使用吹膜机得到生物降解薄膜。
生物降解薄膜的厚度为0.08mm。
实施例4
实施例4的生物降解材料的组成为：
其中，滑石粉为硅烷偶联剂改性的滑石粉。
将上述各组分使用高速搅拌机搅拌0.5小时后采用双螺杆挤出机挤出造粒得到生物降解材料。双螺杆挤出机温度：120℃、145℃、155℃、165℃、170℃、180℃、170℃，模头温度170℃，螺杆转速250rpm，长径比40。
将生物降解材料在85℃下干燥3小时，使用吹膜机得到生物降解薄膜。
生物降解薄膜的厚度为0.08mm。
对比例
将纯PBAT在85℃下干燥3小时，使用吹膜机得到生物降解薄膜。
生物降解薄膜的厚度为0.08mm。
对实施例1～3及对比例的生物降解薄膜进行拉伸强度、断裂伸长率及水蒸气透过量的测试，结果见表1。
其中，力学性能采用GB/T1040.3-2006，测试条件为23℃，50％湿度下，拉伸速率200mm/min；
水蒸气透过量采用GB1037-88测试标准。
表1
从表1可以看出，实施例1～4的生物降解薄膜的拉伸强度相对于对比例的纯PBAT薄膜稍有降低，断裂伸长率有明显提高，赋予薄膜优异的柔韧性，水蒸气透过率大大降低，说明本案的生物降解材料能有效阻隔水蒸气。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种生物降解材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
其中，所述无机填料选自蒙脱土、滑石粉、云母及纳米Al2O3中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的生物降解材料，其特征在于，所述聚碳酸亚丙酯为采用封端剂进行封端处理的聚碳酸亚丙酯。
3.根据权利要求2所述的生物降解材料，其特征在于，所述封端剂为马来酸酐。
4.根据权利要求1所述的生物降解材料，其特征在于，所述的无机填料为700～5000目。
5.根据权利要求1所述的生物降解材料，其特征在于，其中无机填料为采用有机改性剂改性处理后的蒙脱土、滑石粉、云母及纳米Al2O3中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的生物降解材料，其特征在于，所述有机改性剂选自硅烷偶联剂、对(乙烯基苯)三甲基氯化铵、溴化十二烷基三甲基铵、十八烷基三甲基溴化铵中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的生物降解材料，其特征在于，所述增塑剂选自乙酰化柠檬酸正丁酯、山梨醇、已二酸二辛酯及邻苯二甲酸二辛酯中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的生物降解材料，其特征在于，所述成核剂选自N,N'-亚乙基双硬脂酰胺、癸二酸二苯甲酰肼、苯基磷酸锌及多酰胺中的至少一种。
9.如权利要求1～8任一项所述的生物降解材料的制备方法，包括以下步骤：
将各组分采用高速搅拌机搅拌均匀得到混合料；及
将所述混合料采用双螺杆挤出机挤出后造粒得到所述生物降解材料。
10.根据权利要求1所述的生物降解材料的制备方法，其特征在于，所述将所述混合料采用双螺杆挤出机挤出的步骤中，所述双螺杆挤出机温度为120℃～180℃，螺杆转速为150～350rpm，长径比为30～40。
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