CN106398138B - 一种可完全降解的消耗品薄膜及其制备方法 - Google Patents
一种可完全降解的消耗品薄膜及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种可完全降解的消耗品薄膜及其制备方法，所述的可完全降解的消耗品薄膜含有：PBAT 50‑70%和PLA‑PEG嵌段共聚物8‑20%以及其它组分。本发明利用PLA‑PEG嵌段共聚物的两亲特性，有效的改善了PBAT与其它成分的相容性，进而改善了薄膜的机械性能，节约了PBAT的使用量，具有良好的应用潜力和广泛的工业化生产价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种薄膜及其制备方法，更具体地涉及一种可完全降解的消耗品薄膜及其制备方法，属于化工技术领域。
背景技术
塑料工业迅速发展，其用途已经渗透到国民经济的各个领域，用途十分广泛。中国每年产生的废弃塑料约为500万吨，其中大多数废弃塑料为聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）和聚苯乙烯（PS）材料，这些材料不能够自然分解。因此，由PP材料、PE材料、PS材料制备的一次性塑料包装废弃物及其相应的农用薄膜和一次性餐具，如果被随意丢弃将会因其非降解性堆积在土地上，从而造成严重的白色污染，而且这种潜在的污染同时也会随着人们使用量的增加和时间的积累而加剧，目前我国白色污染严重，已经引起政府有关部门和社会的普遍关注，相关法律法规已经出台，尤其是在欧美市场，非可降解塑料的使用受到严格的限制。
生物可降解材料是在一定环境(如温度、PH值和氧气)下，并在细菌、真菌、霉菌和藻类等自然界微生物作用下，能发生化学、生物或物理作用而降解或分解，并最终完全变成二氧化碳、甲烷、水、无机盐和新的生物质的材料。高分子的生物降解过程分二步进行。首先，微生物附着于材料表面，分泌水解酶，促进分子链断裂成小分子物质(低聚物、有机酸等)，材料性能下降。接着，小分子物质被微生物吸收、分解，在有氧环境下生成二氧化碳，无氧条件下则生成甲烷等小分子。
聚乳酸(PLA)和聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯(PBAT)是应用最广泛的生物可降解聚酯，Natureworks和BASF分别是PLA和PBAT全球最大生产商，年产量分别为14万吨和6.5万吨。其他生物可降解材料还有聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸己二酸丁二醇酯、脂肪族聚碳酸酯、聚羟基烷基酸酯、淀粉等。生物可降解材料最大的应用市场在薄膜领域，2015年吉林省正式施行“禁塑令”，规定在全省范围内，禁止生产和销售一次性不可降解塑料购物袋和塑料餐具，且可降解产品中PLA含量必须大于35％。BASF联合上海弘睿化工在全国范围推广PBAT/PLA复合薄膜在农业领域的应用，已发现可代替传统PE薄膜使用，且对部分农作物起到增产效果。虽然PLA和PBAT都有着独特的性能，但实验表明PLA强度高柔韧性差，PBAT材料强度不高韧性好，如能结合两者的优点，相互补充，可以制备出性能良好的PLA/PBAT生物降解复合材料。但是PLA和PBAT为一个不相容的两相体系，分散相PBAT将以较大粒径分散在PLA基体中，并且PBAT和PLA相容性差，这极大地限制了PBAT对PLA韧性的改善效果。
申请公布号为CN102702696A的中国专利申请公开了一种全降解生物材料及其制品，该全降解生物材料由PBAT和PLA组成，其中，PBAT占75wt%～90wt%，其余为PLA。虽然在该全降解生物材料中PBAT和PLA相容性仍然不佳，但是在该全降解生物材料中PBAT含量较多，占75wt%～90wt%，由于PBAT本身就具有良好的韧性，因此，该全降解生物材料制备的薄膜制品体现出良好的柔韧性。但是由于该全降解生物材料中PBAT和PLA之间的相容性较差，因此，其韧性、强度都有待进一步提高。
嵌段共聚物是由两种或两种以上性质不同聚合物单元通过化学键链接而成的特殊聚合物，它可以将不同聚合物的优良性质组合在一起，得到性能更加优越的功能聚合物材料。根据组成嵌段共聚物的链接单元的数量不同，可分为两嵌段共聚物，三嵌段共聚物，多嵌段共聚物等。 两亲性嵌段共聚物由疏水性片段和亲水性片段组合而成，通常以聚乙二醇(PEG)等为亲水段，聚乳酸(PLA)等为疏水段。具有亲脂性和亲水的嵌段共聚物在选择性的溶剂中能自组装形成纳米尺度的胶束，其粒径一般分布在10-1000nm的范围内。
因此，需要提高PBAT和PLA相容性，使PBAT对PLA的增韧效果更加显著，从而获得性能更好、更稳定的复合材料。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，为了制备得到一种可完全降解的消耗品薄膜并确保其机械强度，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量的创造性劳动和经过深入研究探索后，从而完成了本发明。为了实现本发明的目的，拟采用如下技术方案：
本发明一方面涉及一种可完全降解的消耗品薄膜，其特征在于所述的可完全降解的消耗品薄膜含有：
PBAT 50-70%
PLA-PEG嵌段共聚物 8-20%
淀粉 20-30%
爽滑剂 0.5-2%
开口剂 0.5-2%
防UV剂 0-1%
阻燃剂 0-1%。
在本发明的一个优选实施方式中，所述的可完全降解的消耗品薄膜不含有其它相容剂。
在本发明的另外一个优选实施方式中，所述的可完全降解的消耗品薄膜组分之和为100%。
在本发明的一个优选实施方式中，PLA-PEG嵌段共聚物中PLA的平均聚合度为60-150，PEG的聚合度为20-70。
在本发明的一个优选实施方式中，所述的淀粉为未经处理的玉米淀粉和/或红薯淀粉。
在本发明的一个优选实施方式中，所述的爽滑剂选自芥酸酰胺和/或油酸酰胺。
在本发明的一个优选实施方式中，所述的开口剂为超细硅藻土，优选的，所述的超细硅藻土平均粒径小于5微米。
在本发明的一个优选实施方式中，所述的开口剂为白炭黑，优选的，所述的白炭黑的平均粒径3-4微米。
在本发明的一个优选实施方式中，所述的防UV剂为二氧化钛。
在本发明的一个优选实施方式中，所述的阻燃剂为十溴二苯醚。
本发明另一方面还涉及上述可完全降解的消耗品薄膜的制备方法，其特征在于所述的制备方法为单螺杆挤出法。
在本发明的一个优选实施方式中，所述的制备方法包括如下步骤：原料预处理：取真空干燥原料按比例混合，常温下搅拌；
挤出造粒：单螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒，挤出温度为100～135℃，螺杆挤出机的口模温度为120～200℃、螺杆长径比为30-50：1，转速200-300r/min；
加工成型：30℃真空干燥12h，110～130℃流延成膜。（改成130-160℃）
本发明所述的可完全降解的消耗品薄膜通过采用PLA-PEG嵌段共聚物，利用该嵌段共聚物的亲水亲油的两亲特性，有效的改善了PBAT与其它成分的相容性，进而改善了薄膜的机械性能，节约了PBAT的使用量，本产品可制作成：购物袋、浴帘、桌布、止滑抽屉垫、服装罩、冰袋、雨伞、医疗耗用品及家居一次性消耗品，具有良好的应用潜力和广泛的工业化生产价值。
具体实施方式
若未特别说明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1：
提供一种完全可降解的薄膜及其制备方法，所述完全可降解薄膜的组分及含量如下：
PBAT 60%
PLA（平均聚合度为100）-PEG（平均聚合度为30）嵌段共聚物 10%
玉米淀粉 27%
爽滑剂：芥酸酰胺 1%
开口剂：超细硅藻土（平均粒径小于5微米） 1%
防UV剂（TiO2） 0.5%
阻燃剂（十溴二苯醚） 0.5%
所述制备方法具体包括：
原料预处理：取30℃真空干燥10h的原料按比例混合，常温下600r/min，高速搅拌3min；
挤出造粒：单螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒，挤出温度为100～135℃，螺杆挤出机的口模温度为120～200℃、螺杆长径比为40：1，转速250r/min；
加工成型：30℃真空干燥12h，110～130℃流延成膜。（改成130-160℃）
实施例2：
所述完全可降解薄膜的组分及含量如下：
PBAT 60%
PLA（平均聚合度为100）-PEG（平均聚合度为30）嵌段共聚物 12%
红薯淀粉 25%
爽滑剂：油酸酰胺 1%
开口剂：白炭黑（平均粒径3-4微米） 1%
防UV剂（TiO2） 0.5%
阻燃剂（十溴二苯醚） 0.5%
所述制备方法具体包括：
原料预处理：取30℃真空干燥10h的原料按比例混合，常温下600r/min，高速搅拌3min；
挤出造粒：单螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒，挤出温度为100～135℃，螺杆挤出机的口模温度为120～200℃、螺杆长径比为40：1，转速250r/min；
加工成型：30℃真空干燥12h，110～130℃流延成膜。（改成130-160℃）
实施例3
所述完全可降解薄膜的组分及含量如下：
PBAT 60%
PLA（平均聚合度为80）-PEG（平均聚合度为50）嵌段共聚物 10%
玉米淀粉 27%
爽滑剂：油酸酰胺） 1%
开口剂：超细硅藻土（平均粒径小于5微米） 1%
防UV剂（TiO2） 0.5%
阻燃剂（十溴二苯醚） 0.5%
所述制备方法具体包括：
原料预处理：取30℃真空干燥10h的原料按比例混合，常温下600r/min，高速搅拌3min；
挤出造粒：单螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒，挤出温度为100～135℃，螺杆挤出机的口模温度为120～200℃、螺杆长径比为40：1，转速250r/min；
加工成型：30℃真空干燥12h，110～130℃流延成膜。（改成130-160℃）
实施例4
所述完全可降解薄膜的组分及含量如下：
PBAT 55%
PLA（平均聚合度为100）-PEG（平均聚合度为50）嵌段共聚物 15%
玉米淀粉 27%
爽滑剂：芥酸酰胺 1%
开口剂：白炭黑（平均粒径3-4微米） 1%
防UV剂（TiO2） 0.5%
阻燃剂（十溴二苯醚） 0.5%
所述制备方法具体包括：
原料预处理：取30℃真空干燥10h的原料按比例混合，常温下600r/min，高速搅拌3min；
挤出造粒：单螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒，挤出温度为100～135℃，螺杆挤出机的口模温度为120～200℃、螺杆长径比为40：1，转速250r/min；
加工成型：30℃真空干燥12h，110～130℃流延成膜。（改成130-160℃）
实施例5
所述完全可降解薄膜的组分及含量如下：
PBAT 62%
PLA（平均聚合度为110）-PEG（平均聚合度为60）嵌段共聚物 10%
玉米淀粉 25%
爽滑剂：油酸酰胺 1%
开口剂：超细硅藻土（平均粒径小于5微米） 1%
防UV剂（TiO2） 0.5%
阻燃剂（十溴二苯醚） 0.5%
所述制备方法具体包括：
原料预处理：取30℃真空干燥10h的原料按比例混合，常温下600r/min，高速搅拌3min；
挤出造粒：单螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒，挤出温度为100～135℃，螺杆挤出机的口模温度为120～200℃、螺杆长径比为40：1，转速250r/min；
加工成型：30℃真空干燥12h，110～130℃流延成膜。（改成130-160℃）
对比例1：
所述完全可降解薄膜的组分及含量如下：
PBAT 60%
PLA（平均聚合度为100） 7%
PEG（平均聚合度为30） 3%
玉米淀粉 27%
爽滑剂：油酸酰胺 1%
开口剂：白炭黑（平均粒径3-4微米） 1%
防UV剂（TiO2） 0.5%
阻燃剂（十溴二苯醚） 0.5%
所述制备方法具体包括：
原料预处理：取30℃真空干燥10h的原料按比例混合，常温下600r/min，高速搅拌3min；
挤出造粒：单螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒，挤出温度为100～135℃，螺杆挤出机的口模温度为120～200℃、螺杆长径比为40：1，转速250r/min；
加工成型：30℃真空干燥12h，110～130℃流延成膜。（改成130-160℃）
对比例2：
所述完全可降解薄膜的组分及含量如下：
PBAT 63%
PLA（平均聚合度为100） 7%
玉米淀粉 27%
爽滑剂：芥酸酰胺 1%
开口剂：超细硅藻土（平均粒径小于5微米） 1%
防UV剂（TiO2） 0.5%
阻燃剂（十溴二苯醚） 0.5%
所述制备方法具体包括：
原料预处理：取30℃真空干燥10h的原料按比例混合，常温下600r/min，高速搅拌3min；
挤出造粒：单螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒，挤出温度为100～135℃，螺杆挤出机的口模温度为120～200℃、螺杆长径比为40：1，转速250r/min；
加工成型：30℃真空干燥12h，110～130℃流延成膜。（改成130-160℃）
测试实施例：
对所得产品进行力学性能测试及吹膜实验。测试结果如下表1所示
表1：不同条件下得到产品的性能测试数据
表1：不同条件下得到产品的性能测试数据
注：为了便于比较，以上膜性能数据均取自膜厚度为10μm的实验薄膜。
以上所述是本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种可完全降解的消耗品薄膜，其特征在于所述的可完全降解的消耗品薄膜含有：
PBAT 50-70%
PLA-PEG嵌段共聚物 8-20%
淀粉 20-30%
爽滑剂 0.5-2%
开口剂 0.5-2%
防UV剂 0-1%
阻燃剂 0-1%。
2.根据权利要求1所述的可完全降解的消耗品薄膜，所述的可完全降解的消耗品薄膜不含有其它相容剂。
3.根据权利要求1所述的可完全降解的消耗品薄膜，所述的可完全降解的消耗品薄膜组分之和为100%。
4.根据权利要求1所述的可完全降解的消耗品薄膜，PLA-PEG嵌段共聚物中PLA的平均聚合度为60-150，PEG的聚合度为20-70。
5.根据权利要求1所述的可完全降解的消耗品薄膜，所述的淀粉为未经处理的玉米淀粉和/或红薯淀粉。
6.根据权利要求1所述的可完全降解的消耗品薄膜，所述的爽滑剂选自芥酸酰胺和/或油酸酰胺。
7.根据权利要求1所述的可完全降解的消耗品薄膜，所述的开口剂为超细硅藻土，所述的超细硅藻土平均粒径小于5微米；或者所述的开口剂为白炭黑，所述的白炭黑的平均粒径3-4微米。
8.根据权利要求1所述的可完全降解的消耗品薄膜，所述的防UV剂为二氧化钛，所述的阻燃剂为十溴二苯醚。
9.根据权利要求1~8任意一项所述的可完全降解的消耗品薄膜的制备方法，其特征在于所述的制备方法为单螺杆挤出法。
10.根据权利要求9所述的可完全降解的消耗品薄膜的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：原料预处理：取真空干燥原料按比例混合，常温下搅拌； 挤出造粒：单螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒，挤出温度为100～135℃，螺杆挤出机的口模温度为120～200℃、螺杆长径比为30-50：1，转速200-300r/min； 加工成型：30℃真空干燥12h，110～130℃流延成膜。
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2016
- 2016-09-05 CN CN201610802571.6A patent/CN106398138B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1916074A (zh) * | 2006-08-28 | 2007-02-21 | 董运达 | 复合无机材料补强耐高温生物降解母粒及其制备方法 |
| CN102924883A (zh) * | 2012-10-29 | 2013-02-13 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 具有高热封强度的可生物降解聚酯组合物薄膜及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106398138A (zh) | 2017-02-15 |
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