CN111944289A - 可降解垃圾袋用pbat/pla复合材料以及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可降解垃圾袋用PBAT/PLA复合材料以及制备方法，涉及环保材料技术领域，用于解决目前塑料垃圾袋不易降解、且降解周期长的问题，提出如下方案，按照质量百分比由以下组分组成：PLA 30％‑50％、PBAT 20％‑40％、纳米纤维素18％‑22％、硅藻土11％‑13％、磷酸钙8％‑10％、偶联剂6％‑8％、添加剂6％‑8％、抗氧化剂2％‑4％、二苯基甲烷二异氰酸酯0.1％‑0.3％、复合阻燃剂0.1％‑0.25％，余量为去离子水。本发明制备工艺简单，且成本低，在各原料的科学配伍下，使得PBAT/PLA复合材料具有阻燃、抗菌、易降解的功能，且对环境友好无污害。

Description

可降解垃圾袋用PBAT/PLA复合材料以及制备方法
技术领域
本发明涉及环保材料技术领域，尤其涉及一种可降解垃圾袋用PBAT/PLA复合材料以及制备方法。
背景技术
人们日常购物用的塑料袋大多是用石油制成的，由于使用数量巨大，造成的资源浪费、环境污染十分惊人。塑料袋埋在地下要过大约200年才能腐烂，并且严重污染土壤；如果采取焚烧处理方式，则会产生有害烟尘和有毒气体，长期污染环境。市场出现的可降解塑料袋，只是添加了10％-15％的可降解成份，但仍有85％-90％无法完全降解，而因为增加了可降解添加物，反而造成承重性和防漏性功能下降，增加消费者损耗，要达到完全降解在技术上仍有待克服。
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)属于热塑性生物降解塑料，是己二酸戊二醇酯和对苯二甲酸戊二醇酯的共聚物，兼具PBA和PBT的特性，既有较好的延展性和断裂伸长率，也有较好的耐热性和冲击性能；此外，还具有优良的生物降解性，是生物降解塑料研究中非常活跃和市场应用最好降解材料之一，但由于PBAT自身过于柔韧，制成塑料制品的刚性、挺度较低，同时价格昂贵，使其在防伪塑料制品领域的应用受限。
因此结合目前塑料垃圾袋不易降解、且降解周期长的问题，我们提出了一种可降解垃圾袋用PBAT/PLA复合材料以及制备方法。
发明内容
为了解决背景技术中提出的塑料垃圾袋不易降解、且降解周期长的问题，本发明采用了如下技术方案：
本发明的第一方面，提出了一种可降解垃圾袋用PBAT/PLA复合材料，按照质量百分比由以下组分组成：PLA 30％-50％、PBAT 20％-40％、纳米纤维素18％-22％、硅藻土11％-13％、磷酸钙8％-10％、偶联剂6％-8％、添加剂6％-8％、抗氧化剂2％-4％、二苯基甲烷二异氰酸酯0.1％-0.3％、复合阻燃剂0.1％-0.25％，余量为去离子水。
优选地，按照质量百分比由以下组分组成：PLA 35％-45％、PBAT25％-35％、纳米纤维素19％-21％、硅藻土11.5％-12.5％、磷酸钙8.5％-9.5％、偶联剂6.5％-7.5％、添加剂6.5％-7.5％、抗氧化剂2.5％-3.5％、二苯基甲烷二异氰酸酯0.15％-0.25％、复合阻燃剂0.15％-0.20％，余量为去离子水。
优选地，按照质量百分比由以下组分组成：PLA 40％、PBAT 30％、纳米纤维素20％、硅藻土12％、磷酸钙9％、偶联剂7％、添加剂7％、抗氧化剂3％、二苯基甲烷二异氰酸酯0.20％、复合阻燃剂0.18％，余量为去离子水。
优先地，所述硅藻土的粒径为200目-400目。
优选地，所述偶联剂和添加剂的质量比为1：1，偶联剂为钛酸酯偶联剂或复合硅烷偶联剂。
优先地，所述复合硅烷偶联剂通过以下步骤制备得到：在保护性气体保护下，将乙烯基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷缓慢加入到蒸馏水中，搅拌30-50min后，升温至60-68℃反应1-2h，然后真空脱除低沸物，继续升温至90-110℃，直到无脱出物为止，冷却至室温，得到复合硅烷偶联剂。
优选地，所述添加剂为丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、石油醚、乙醚或苯的其中一种。
优选的，所述复合阻燃剂为含磷三嗪低聚物，通过将原料化合物(1)2,4,6-三磷酸二乙酯基-1,3,5-三嗪、化合物(2)顺式-2-Boc-六氢吡咯并[3,4-c]吡咯以及化合物(4)季戊四醇经以下反应过程得到：
Figure BDA0002646666200000031
本发明的第二方面，提出了一种可降解垃圾袋用PBAT/PLA复合材料的制备方法，先按照质量百分比将PLA、PBAT、纳米纤维素、硅藻土、二苯基甲烷二异氰酸酯、复合阻燃剂和去离子水，通过高速搅拌机搅拌混合均匀，真空干燥，冷却后将干燥物和磷酸钙、偶联剂、添加剂、抗氧化剂依次加入双螺杆挤出机挤压造粒，再经过冷却、切粒，制得PBAT/PLA复合材料。
本发明的第三方面，提出了一种可降解垃圾袋，所述可降解垃圾袋含有以上第一方面所述的PBAT/PLA复合材料。
与现有的技术相比，本发明的有益效果：
本发明中，以PLA、PBAT、纳米纤维素、硅藻土为基料，加入二苯基甲烷二异氰酸酯、磷酸钙等增强材料，使得制备出的PBAT/PLA复合材料在制备成可降解垃圾袋后既保留了PBAT的高柔韧性和高断裂伸长率的优点，同时也大幅度提高了拉伸强度、降解速率以及阻隔性能，同时添加复合阻燃剂、偶联剂、添加剂、抗氧化剂等到复合材料中，这样既能提高复合材料基体之间的相容性，又可以降低其他增塑剂的使用，降低成本、减少污染，产品更加绿色环保，且不能吸收有害物质的问题，实现长效降解污染的作用，且安全无害。本发明制备工艺简单，且成本低，在各原料的科学配伍下，使得PBAT/PLA复合材料具有阻燃、抗菌、易降解的功能。
具体实施方式
下面将结合本发明具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一
一种可降解垃圾袋用PBAT/PLA复合材料，按照质量百分比由以下组分组成：PLA30％、PBAT 20％、纳米纤维素18％、硅藻土11％、磷酸钙8％、偶联剂6％、添加剂6％、抗氧化剂2％、二苯基甲烷二异氰酸酯0.1％、复合阻燃剂0.1％，余量为去离子水；
其制备方法为：先按照质量百分比将PLA、PBAT、纳米纤维素、硅藻土、二苯基甲烷二异氰酸酯、复合阻燃剂和去离子水，通过高速搅拌机搅拌混合均匀，真空干燥，冷却后将干燥物和磷酸钙、偶联剂、添加剂、抗氧化剂依次加入双螺杆挤出机挤压造粒，再经过冷却、切粒，制得PBAT/PLA复合材料。
实施例二
一种可降解垃圾袋用PBAT/PLA复合材料，按照质量百分比由以下组分组成：PLA35％、PBAT 25％、纳米纤维素19％、硅藻土11.5％、磷酸钙8.5％、偶联剂6.5％、添加剂6.5％、抗氧化剂2.5％、二苯基甲烷二异氰酸酯0.15％、复合阻燃剂0.18％，余量为去离子水；
其制备方法为：先按照质量百分比将PLA、PBAT、纳米纤维素、硅藻土、二苯基甲烷二异氰酸酯、复合阻燃剂和去离子水，通过高速搅拌机搅拌混合均匀，真空干燥，冷却后将干燥物和磷酸钙、偶联剂、添加剂、抗氧化剂依次加入双螺杆挤出机挤压造粒，再经过冷却、切粒，制得PBAT/PLA复合材料。
实施例三
一种可降解垃圾袋用PBAT/PLA复合材料，按照质量百分比由以下组分组成：PLA40％、PBAT 30％、纳米纤维素20％、硅藻土12％、磷酸钙9％、偶联剂7％、添加剂7％、抗氧化剂3％、二苯基甲烷二异氰酸酯0.20％、复合阻燃剂0.18％，余量为去离子水；
其制备方法为：先按照质量百分比将PLA、PBAT、纳米纤维素、硅藻土、二苯基甲烷二异氰酸酯、复合阻燃剂和去离子水，通过高速搅拌机搅拌混合均匀，真空干燥，冷却后将干燥物和磷酸钙、偶联剂、添加剂、抗氧化剂依次加入双螺杆挤出机挤压造粒，再经过冷却、切粒，制得PBAT/PLA复合材料。
实施例四
一种可降解垃圾袋用PBAT/PLA复合材料，按照质量百分比由以下组分组成：PLA45％、PBAT 35％、纳米纤维素21％、硅藻土12.5％、磷酸钙9.5％、偶联剂7.5％、添加剂7.5％、抗氧化剂3.5％、二苯基甲烷二异氰酸酯0.25％、复合阻燃剂0.23％，余量为去离子水；
其制备方法为：先按照质量百分比将PLA、PBAT、纳米纤维素、硅藻土、二苯基甲烷二异氰酸酯、复合阻燃剂和去离子水，通过高速搅拌机搅拌混合均匀，真空干燥，冷却后将干燥物和磷酸钙、偶联剂、添加剂、抗氧化剂依次加入双螺杆挤出机挤压造粒，再经过冷却、切粒，制得PBAT/PLA复合材料。
实施例五
一种可降解垃圾袋用PBAT/PLA复合材料，按照质量百分比由以下组分组成：PLA50％、PBAT 40％、纳米纤维素22％、硅藻土13％、磷酸钙10％、偶联剂8％、添加剂8％、抗氧化剂4％、二苯基甲烷二异氰酸酯0.3％、复合阻燃剂0.25％，余量为去离子水；
其制备方法为：先按照质量百分比将PLA、PBAT、纳米纤维素、硅藻土、二苯基甲烷二异氰酸酯、复合阻燃剂和去离子水，通过高速搅拌机搅拌混合均匀，真空干燥，冷却后将干燥物和磷酸钙、偶联剂、添加剂、抗氧化剂依次加入双螺杆挤出机挤压造粒，再经过冷却、切粒，制得PBAT/PLA复合材料。
其中实施例一-实施例五中值得说明的是，硅藻土的粒径为200目-400目。偶联剂和添加剂的质量比为1：1，偶联剂为钛酸酯偶联剂或复合硅烷偶联剂，复合硅烷偶联剂通过以下步骤制备得到：在保护性气体保护下，将乙烯基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷缓慢加入到蒸馏水中，搅拌30-50min后，升温至60-68℃反应1-2h，然后真空脱除低沸物，继续升温至90-110℃，直到无脱出物为止，冷却至室温，得到复合硅烷偶联剂；
添加剂为丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、石油醚、乙醚或苯的其中一种；复合阻燃剂为含磷三嗪低聚物，通过将原料化合物(1)2,4,6-三磷酸二乙酯基-1,3,5-三嗪、化合物(2)顺式-2-Boc-六氢吡咯并[3,4-c]吡咯以及化合物(4)季戊四醇经以下反应过程得到：
Figure BDA0002646666200000071
对比例
市售可降解垃圾袋。
将上述实施例一至实施例五的PBAT/PLA复合材料制备得到的可降解垃圾袋，与对比例的可降解垃圾袋分别进行性能检测，检测结果详见如下表1：
Figure BDA0002646666200000081
表1为本实施例一-实施例五与对比例的检测结果比照表
从表1中结果可知，本发明实施例一至实施例五的PBAT/PLA复合材料制得的可降解垃圾袋具有优异的抑菌效果、拉伸强度较高，并且其阻燃性能均达到0.6mmV-0，明显优于市售产品垃圾袋。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可降解垃圾袋用PBAT/PLA复合材料，其特征在于，按照质量百分比由以下组分组成：PLA 30％-50％、PBAT 20％-40％、纳米纤维素18％-22％、硅藻土11％-13％、磷酸钙8％-10％、偶联剂6％-8％、添加剂6％-8％、抗氧化剂2％-4％、二苯基甲烷二异氰酸酯0.1％-0.3％、复合阻燃剂0.1％-0.25％，余量为去离子水。
2.根据权利要求1所述的一种可降解垃圾袋用PBAT/PLA复合材料，其特征在于，按照质量百分比由以下组分组成：PLA 35％-45％、PBAT 25％-35％、纳米纤维素19％-21％、硅藻土11.5％-12.5％、磷酸钙8.5％-9.5％、偶联剂6.5％-7.5％、添加剂6.5％-7.5％、抗氧化剂2.5％-3.5％、二苯基甲烷二异氰酸酯0.15％-0.25％、复合阻燃剂0.15％-0.20％，余量为去离子水。
3.根据权利要求1所述的一种可降解垃圾袋用PBAT/PLA复合材料，其特征在于，按照质量百分比由以下组分组成：PLA 40％、PBAT 30％、纳米纤维素20％、硅藻土12％、磷酸钙9％、偶联剂7％、添加剂7％、抗氧化剂3％、二苯基甲烷二异氰酸酯0.20％、复合阻燃剂0.18％，余量为去离子水。
4.根据权利要求1所述的一种可降解垃圾袋用PBAT/PLA复合材料，其特征在于，所述硅藻土的粒径为200目-400目。
5.根据权利要求1所述的一种可降解垃圾袋用PBAT/PLA复合材料，其特征在于，所述偶联剂和添加剂的质量比为1：1，偶联剂为钛酸酯偶联剂或复合硅烷偶联剂。
6.根据权利要求5所述的一种可降解垃圾袋用PBAT/PLA复合材料，其特征在于，所述复合硅烷偶联剂通过以下步骤制备得到：在保护性气体保护下，将乙烯基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷缓慢加入到蒸馏水中，搅拌30-50min后，升温至60-68℃反应1-2h，然后真空脱除低沸物，继续升温至90-110℃，直到无脱出物为止，冷却至室温，得到复合硅烷偶联剂。
7.根据权利要求1所述的一种可降解垃圾袋用PBAT/PLA复合材料，其特征在于，所述添加剂为丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、石油醚、乙醚或苯的其中一种。
8.根据权利要求1所述的一种可降解垃圾袋用PBAT/PLA复合材料，其特征在于，所述复合阻燃剂为含磷三嗪低聚物，通过将原料化合物(1)2,4,6-三磷酸二乙酯基-1,3,5-三嗪、化合物(2)顺式-2-Boc-六氢吡咯并[3,4-c]吡咯以及化合物(4)季戊四醇经以下反应过程得到：
Figure FDA0002646666190000021
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的可降解垃圾袋用PBAT/PLA复合材料的制备方法，其特征在于，先按照质量百分比将PLA、PBAT、纳米纤维素、硅藻土、二苯基甲烷二异氰酸酯、复合阻燃剂和去离子水，通过高速搅拌机搅拌混合均匀，真空干燥，冷却后将干燥物和磷酸钙、偶联剂、添加剂、抗氧化剂依次加入双螺杆挤出机挤压造粒，再经过冷却、切粒，制得PBAT/PLA复合材料。
10.一种可降解垃圾袋，其特征在于，所述可降解垃圾袋含有权利要求1-8任一项所述的PBAT/PLA复合材料。
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