CN108059804A - 一种pbat降解色母粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PBAT降解色母粒及其制备方法，所述PBAT降解色母粒由以下质量百分数的组分制成：颜料10％‑20％，甘油4％‑7％，淀粉10％‑15％，单甘脂2％‑4％，相容剂2％‑4％，PBAT 40％‑55％，滑石粉5％‑15％，偶联剂1％‑2％。本发明的PBAT降解色母粒在PBAT中的分散均匀性优异，制品具有颜色分散性好、颜色稳定性优异等特点；而且还一定程度的提高了制品的材料性能和降解性能。

Description

一种PBAT降解色母粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及色母粒技术领域，具体涉及一种PBAT降解色母粒及其制备方法。
背景技术
由塑料废弃物带来的“白色污染”是目前人类面临的一个重大问题，治理白色污染和需求新的环境友好型非石油基聚合物是当前全球关注的课题，生物可降解材料是治标又治本的有效途径，因此，探索和开发生物可降解聚酯产品具有重要意义。
聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)(PBAT)是一种新型的生物可降解共聚酯，以对苯二甲酸、己二酸和丁二醇为原料，通过直接酯化或酯交换法聚合而成的可生物降解材料，所以PBAT兼具PBA和PET的性能：含有柔性的脂肪链段，保证了分子链具有良好的柔性；分子链中又含有苯环，从而提高了分子的热稳定性。因此，PBAT被广泛应用于包装、医疗和农用薄膜等领域。
随着PBAT制品个性化和差别化的发展趋势，其向颜色多元化方向发展，对于着色的要求也在日益提高。
目前，采用色母粒对PBAT进行着色时，普通色母粒由于流动性差，容易造成色母粒在PBAT中的分散均匀性欠佳，制备的产品颜色不稳定，容易掉色且色差不易控制。此外，普通色母粒的降解性能欠佳，使用普通色母粒进行着色，还会影响PBAT产品的降解性能。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种PBAT降解色母粒，所述PBAT降解色母粒在PBAT中的分散均匀性优异，制品具有颜色分散性好、颜色稳定性优异等特点；而且还一定程度的提高了制品的材料性能和降解性能。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种PBAT降解色母粒，由以下质量百分数的组分制成：
颜料10％-20％，甘油4％-7％，淀粉10％-15％，单甘脂2％-4％，相容剂2％-4％，PBAT40％-55％，滑石粉5％-15％，偶联剂1％-2％。
优选的，上述PBAT降解色母粒，由以下质量百分数的组分制成：
颜料15％、甘油5％、淀粉15％、单甘脂3％、相容剂3％、PBAT 48％、滑石粉10％、偶联剂1％。
优选的，所述颜料为重金属不超标的环保颜料；具体的，所述颜料为炭黑、钛白粉、金属颜料、偶氮颜料、苯并吡唑酮颜料中的一种或几种。
优选的，所述单甘脂为单硬脂酸甘油酯，其分子量为358，相对密度0.97，熔点56-58℃，碘值≤3无臭、无味、单甘酯含量98％。
优选的，所述相容剂为塑料用增容剂，无毒、无味，密度0.95-1.0g/cm3，熔点60-70℃；属于反应型增容剂，活性官能团≥6％，反应活性温度150-160℃，起增容作用。在本发明的实施方案中，所采用的相容剂为聚乙烯接枝马来酸酐或/和聚丙烯接枝马来酸酐。
优选的，所述PBAT的熔点为125-135℃，密度为1.18-1.3g/ml，熔体指数3-4g/10min(2.16kg 190°)。
优选的，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂和硼酸酯偶联剂中的一种或两种。
优选的，所述淀粉为普通可食用玉米淀粉。
优选的，所述的甘油，其技术条件为C3H8O3≥99.0，色度、黑单位小于等于10，无毒、无臭、味甜，外观呈澄明黏稠液体，相对密度1.263，熔点17.8℃，食用对人体无毒。
优选的，所述滑石粉的粒径小于10微米，白度大于90，主要起到降低成本的作用。
本发明还提供上述PBAT降解色母粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将淀粉加入混合机中混合烘干，加入甘油进行处理活化；再加入颜料、滑石粉、单甘脂和偶联剂，进行颜料的预分散；最后加入PBAT和相容剂进一步分散搅拌，进行包覆；得混合物料；
(2)将混合物料在平行双螺杆挤出机挤出，挤出温度为140℃-160℃，冷却、切粒，制备得到PBAT降解色母粒。
上述PBAT降解色母粒在制备PBAT制品中的应用也是本发明的保护范围。
所述PBAT制品为PBAT包装袋或农用PBAT薄膜。
优选的，所述PBAT降解色母粒的添加量为PBAT制品质量的1-10％。
本发明的有益效果：
本发明通过利用各特定含量原料组分的配合作用，提高了色母粒在PBAT中的分散均匀性，使其颜色稳定，不易掉色，无色差现象；而且还一定程度的提高了制品的材料性能和降解性能。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术中介绍的，采用一般的色母粒对PBAT生物基降解塑料着色时，其分散性和相容性差，还会影响PBAT的材料性能和降解性能。基于此，本发明提供了一种新的PBAT降解色母粒。
在本发明的实施方案中，所提供的PBAT降解色母粒，由以下质量百分数的组分制成：
颜料10％-20％，甘油4％-7％，淀粉10％-15％，单甘脂2％-4％，相容剂2％-4％，PBAT40％-55％，滑石粉5％-15％，偶联剂1％-2％。
该PBAT降解色母粒制备方法为：
首先将各组分按重量百分比准确称量好备用；然后将淀粉加入高速混合机高速混合烘干，加入甘油进行处理活化；加颜料、滑石粉、单甘脂、偶联剂，进行颜料的预分散，后加入PBAT、相容剂，进一步分散搅拌30分钟进行包覆。待物料润湿后放出料备用，最后将物料投入到主机中控制在140℃-160℃的平行双螺杆挤出机挤出，经风冷却、切粒制成所需母粒，检验、包装、入库。
本发明的PBAT降解色母粒中，各原料组成是一个有机的整体，各原料之间对于制备的PBAT降解色母粒的性能具有协同促进作用。其中，PBAT作为制备色母粒的载体，可提高颜料与PBAT的相容性，减少颜料对PBAT材料性能和降解性能的影响；淀粉内存在大量的分子内及分子间氢键，结构复杂，大多以颗粒状态存在，与PBAT的相容性差，难以分散均匀，因此，本发明采用甘油先对淀粉进行活化处理，有效破坏了淀粉分子内和分子间的氢键，显著提高了淀粉与PBAT的相容性；颜料组分除做染色用之外，还能增强由该色母粒制备的PBAT制品抗光分解的能力，提高了PBAT制品的质量和使用寿命；单甘脂在挤出的过程中能够降低物料对螺杆的黏附性，从而提高了色母粒的生产效率；滑石粉可以对颜料组分起到分散作用，而且还能降低成本，同时增强了PBAT降解色母粒的材料性能；各原料组分在制备本发明的色母粒中必不可少，协同作用来提高色母粒应用于PBAT后的分散性，提高了色母粒在PBAT中的分散均匀性，使其颜色稳定，不易掉色，无色差。
影响制备的PBAT降解色母粒性能的，除了原料组分的选择，更为关键的是原料组分用量的选择。对于组方中原料组分用量的考察，虽然有正交设计、正交t值法、基线等比增减设计以及均匀设计等多种方法，但这些研究方法基本是针对低于五种原料组分的小组方和以单一指标评价来进行研究的。本发明的组方中有八种原料组分，采用现有的方法难以对组分的用量进行有效的考察。而且，本发明的组方中，多种原料之间还存在用量的协同关系，如甘油和淀粉，甘油和淀粉的用量比例会直接影响淀粉的活化效果。调整组方中原料组分的用量会对制备的PBAT制品的性能产生显著的影响。本发明在对原料组分用量的考察过程中发现，组方中各原料的用量为：颜料15％、甘油5％、淀粉15％、单甘脂3％、相容剂3％、PBAT 48％、滑石粉10％、偶联剂1％，其制备的PBAT降解色母粒的性能最优；与其他原料组分或用量制备的色母粒相比，利用该色母粒制备的PBAT制品的降解性能和材料性能有了非常大幅度的提高，取得了预料不到的技术效果。
将本发明的PBAT降解色母粒与PBAT共混后成型制成的PBAT制品，具有优异的颜色分散性和颜色稳定性。而且意外的发现，与未添加PBAT降解色母粒的PBAT制品相比，其材料性能和降解性能还有一定程度的提高。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
本发明实施例和对比例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。
本发明实施例和对比例中所使用的颜料为钛白粉。
实施例1：
1.原料配方(按质量百分数计)：
颜料15％、甘油5％、淀粉15％、单硬脂酸甘油酯3％、聚乙烯接枝马来酸酐3％、PBAT48％、滑石粉10％、钛酸酯偶联剂1％。
2.制备方法：
将淀粉加入高速混合机高速混合烘干，加入甘油进行处理活化，加颜料、滑石粉、单硬脂酸甘油酯、钛酸酯偶联剂混合，进行颜料的预分散，后加入PBAT、聚乙烯接枝马来酸酐进一步分散搅拌30分钟进行包覆。待物料润湿后放出料备用，最后将物料投入到主机中控制在140℃-160℃的平行双螺杆挤出机挤出，经风冷却、切粒制成所需母粒。
实施例2：
1.原料配方(按质量百分数计)：
颜料10％、甘油7％、淀粉10％、单硬脂酸甘油酯4％、聚乙烯接枝马来酸酐2％、PBAT55％、滑石粉10％、钛酸酯偶联剂2％。
2.制备方法：
将淀粉加入高速混合机高速混合烘干，加入甘油进行处理活化，加颜料、滑石粉、单硬脂酸甘油酯、钛酸酯偶联剂混合，进行颜料的预分散，后加入PBAT、聚乙烯接枝马来酸酐进一步分散搅拌30分钟进行包覆。待物料润湿后放出料备用，最后将物料投入到主机中控制在140℃-160℃的平行双螺杆挤出机挤出，经风冷却、切粒制成所需母粒。
实施例3：
1.原料配方(按质量百分数计)：
颜料20％、甘油4％、淀粉15％、单硬脂酸甘油酯2％、聚乙烯接枝马来酸酐3％、PBAT40％、滑石粉15％、钛酸酯偶联剂1％。
2.制备方法：
将淀粉加入高速混合机高速混合烘干，加入甘油进行处理活化，加颜料、滑石粉、单硬脂酸甘油酯、钛酸酯偶联剂混合，进行颜料的预分散，后加入PBAT、聚乙烯接枝马来酸酐进一步分散搅拌30分钟进行包覆。待物料润湿后放出料备用，最后将物料投入到主机中控制在140℃-160℃的平行双螺杆挤出机挤出，经风冷却、切粒制成所需母粒。
实施例4：
1.原料配方(按质量百分数计)：
颜料15％、甘油5％、淀粉15％、单硬脂酸甘油酯3％、聚丙烯接枝马来酸酐3％、PBAT48％、滑石粉10％、硅烷偶联剂1％。
2.制备方法：
将淀粉加入高速混合机高速混合烘干，加入甘油进行处理活化，加颜料、滑石粉、单硬脂酸甘油酯、硅烷偶联剂混合，进行颜料的预分散，后加入PBAT、聚丙烯接枝马来酸酐进一步分散搅拌30分钟进行包覆。待物料润湿后放出料备用，最后将物料投入到主机中控制在140℃-160℃的平行双螺杆挤出机挤出，经风冷却、切粒制成所需母粒。
对比例1：
1.原料配方(按质量百分数计)：
颜料15％、甘油2％、淀粉20％、单硬脂酸甘油酯1％、聚乙烯接枝马来酸酐5％、PBAT34％、滑石粉20％、钛酸酯偶联剂3％。
制备方法同实施例1。
对比例2：
1.原料配方(按质量百分数计)：
颜料15％、甘油5％、淀粉15％、单硬脂酸甘油酯3％、聚乙烯接枝马来酸酐3％、PBAT58％、钛酸酯偶联剂1％。
2.制备方法：
将淀粉加入高速混合机高速混合烘干，加入甘油进行处理活化，加颜料、单硬脂酸甘油酯、钛酸酯偶联剂混合，进行颜料的预分散，后加入PBAT、聚乙烯接枝马来酸酐进一步分散搅拌30分钟进行包覆。待物料润湿后放出料备用，最后将物料投入到主机中控制在140℃-160℃的平行双螺杆挤出机挤出，经风冷却、切粒制成所需母粒。
对比例3：
1.原料配方(按质量百分数计)：
颜料15％、单硬脂酸甘油酯3％、聚乙烯接枝马来酸酐3％、PBAT 68％、滑石粉10％、钛酸酯偶联剂1％。
2.制备方法：
将颜料、滑石粉、单硬脂酸甘油酯、钛酸酯偶联剂混合，进行颜料的预分散，后加入PBAT、聚乙烯接枝马来酸酐进一步分散搅拌30分钟进行包覆。待物料润湿后放出料备用，最后将物料投入到主机中控制在140℃-160℃的平行双螺杆挤出机挤出，经风冷却、切粒制成所需母粒。
将实施例1-4和对比例1-3制备得到的色母粒应用到PBAT中，并进行各项性能测试，测试方法如下：
(1)外观
将制备的色母粒与PBAT按1:20的比例共混均匀；共混后的粒子注塑成长10mm、宽10mm、厚1mm的色板，目视检查色点、流纹、色差等。
(2)压滤值测试
将色母粒和PBAT按照1:10的比例共混均匀，然后按照德国压力标准DIN EN13900-5进行测试，压滤值越小表明色母的分散性越好。
(3)颜色稳定性试验
将色母粒与PBAT按1:20的比例共混均匀，将共混后的粒子连续注塑200块样板，考察颜色的稳定性；测试样板间的最大色差，色差采用色差仪CR-400进行测试，色差越大表示颜色稳定性越低。
(4)落锤冲击试验
参考国标GB11548进行，其中落锤高度500mm，观察注塑片破坏后的分层情况。
(5)悬臂梁冲击强度保留率
按照国标GB/T 1843的A型样条要求注塑成标准样条，并按照上述标准进行测试；
冲击强度保留率＝含色母的样条冲击强度测试值/不含色母的样条冲击强度测试值×100％。
(6)拉伸强度保留率
将共混后的粒子按照GB/T 1040 1A型样条要求注塑成标准样条，并按照上述标准进行测试；
拉伸强度保留率＝含色母的样条拉伸强度测试值/不含色母的样条拉伸强度测试值×100％。
(7)相对生物分解率
将色母粒与PBAT按1:20的比例共混均匀，将共混后的粒子连续注塑成样本，进行生物分解试验；
相对生物分解率＝含色母的样本生物分解率测试值/不含色母的样条生物分解率测试值×100％。
结果见表1。
表1：物化性能测试数据
由表1的测试结果可以看出，本发明制备的色母粒在PBAT制品中的分散性能显著优于各对比例；而且与各对比例相比，本发明的色母粒制备的PBAT制品的颜色稳定性、冲击强度、拉伸强度和相对生物分解率都有了明显的提高。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种PBAT降解色母粒，其特征在于，由以下质量百分数的组分制成：
颜料10％-20％，甘油4％-7％，淀粉10％-15％，单甘脂2％-4％，相容剂2％-4％，PBAT40％-55％，滑石粉5％-15％，偶联剂1％-2％。
2.根据权利要求1所述的PBAT降解色母粒，其特征在于，由以下质量百分数的组分制成：
颜料15％、甘油5％、淀粉15％、单甘脂3％、相容剂3％、PBAT 48％、滑石粉10％、偶联剂1％。
3.根据权利要求1或2所述的PBAT降解色母粒，其特征在于，所述颜料为炭黑、钛白粉、金属颜料、偶氮颜料、苯并吡唑酮颜料中的一种或几种。
4.根据权利要求1或2所述的PBAT降解色母粒，其特征在于，所述单甘脂为单硬脂酸甘油酯，其分子量为358，相对密度0.97，熔点56-58℃，碘值≤3。
5.根据权利要求1或2所述的PBAT降解色母粒，其特征在于，所述相容剂为聚乙烯接枝马来酸酐或/和聚丙烯接枝马来酸酐。
6.根据权利要求1或2所述的PBAT降解色母粒，其特征在于，所述PBAT的熔点为125-135℃，密度为1.18-1.3g/ml，熔体指数3-4g/10min(2.16kg 190°)。
7.根据权利要求1或2所述的PBAT降解色母粒，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂和硼酸酯偶联剂中的一种或两种。
8.权利要求1-7任一项所述的PBAT降解色母粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将淀粉加入混合机中混合烘干，加入甘油进行处理活化；再加入颜料、滑石粉、单甘脂和偶联剂，进行颜料的预分散；最后加入PBAT和相容剂进一步分散搅拌，进行包覆；得混合物料；
(2)将混合物料在平行双螺杆挤出机挤出，挤出温度为140℃-160℃，冷却、切粒，制备得到PBAT降解色母粒。
9.权利要求1-7任一项所述的PBAT降解色母粒在制备PBAT制品中的应用；优选的，所述PBAT制品为PBAT包装袋或农用PBAT薄膜。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述PBAT降解色母粒的添加量为PBAT制品质量的1-10％。
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