CN112341763A - Pbat复合材料薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新材料技术领域，是一种PBAT复合材料薄膜及其制备方法和应用，前者原料包括PBAT、聚乳酸、分散剂、引发剂、开口剂、相容剂、扩链剂、增塑增容剂、纳米材料、无机填料，将上述原料放入高速混料锅中进行充分混合1min至10min，得到混合物料；将混合物料放入双螺杆挤出造粒机中，通过熔融共混挤出拉条、切粒后得到颗粒状的共混物料；将颗粒状的共混物料放入吹膜机中，通过中空吹膜的方法得到PBAT复合材料薄膜。本发明以全生物降解PBAT为基材制备得到，具有优异的阻隔性能、良好的拉伸性能，应用于制得的防护服不仅排湿透气，还可有效抵挡各种污染物的侵入，且能生物降解，绿色环保。
Description
技术领域
本发明涉及新材料技术领域，是一种PBAT复合材料薄膜及其制备方法和应用。
背景技术
对2020年中国防护服市场发展现状分析，产能较实际需求存在一定缺口。针对当前，医用防护服供需矛盾日益突出。
此外，随着疫情防控工作进一步加强，“用即弃”的一次性医疗用品用量也在不断增加，这虽然为医疗护理提供了方便，但也有不少的缺点，目前大部分“用即弃”医用材料主要采用的是吸湿性比较好的化学纤维，但使皮肤有刺痒感，给患者带来不适，特别由于化纤材料不可降解，使用后难以处理和回收，且处理不当既增加了院内感染的机会，又给环境造成污染。
发明内容
本发明提供了一种PBAT复合材料薄膜及其制备方法和应用，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决医用材料现有存在不可降解造成的难以处理和回收困难以及易环境二次污染的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种的PBAT复合材料薄膜，原料按照重量份数计，包括40份至100份PBAT、0份至20份聚乳酸、0份至3份分散剂、0份至5份引发剂、0份至3份开口剂、0份至5份相容剂、1份至3份扩链剂、9份至12份增塑增容剂、0份至3份纳米材料、0份至10份无机填料。
下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：
上述PBAT是芳香族和脂肪族共聚物，分散剂为硬脂酰胺、乙烯基双硬脂酰胺、GMS、HTG中的一种或一种以上，引发剂为BPO、LPO、AIBN中的一种或一种以上，开口剂为无机滑石粉、硅藻土、油酸酰胺、芥酸酰胺、EBS中的一种或一种以上，相容剂为丁二酸、巴斯夫ADR4370、MDI、TDI中的一种或一种以上，扩链剂为BDO、1.6-己二醇、甘油、ADR中的一种或一种以上，增塑增容剂为HM–530A，纳米材料为纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化锌中的一种或一种以上，无机填料为碳酸钙、滑石粉和玻璃微珠中的一种或一种以上。
上述按照下述方法制备得到：第一步，将所需量的PBAT、聚乳酸、增塑增容剂、引发剂、纳米材料、开口剂、分散剂、扩链剂、相容剂、无机填料放入高速混料锅中进行充分混合1min至10min，得到混合物料；第二步，将混合物料放入双螺杆挤出造粒机中，通过熔融共混挤出拉条、切粒后得到颗粒状的共混物料；第三步，将颗粒状的共混物料放入吹膜机中，通过中空吹膜的方法得到PBAT复合材料薄膜。
上述熔融温度设定为160℃。
上述螺杆转速设定为250r/min。
上述吹膜机温度设定为160℃。
本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种的PBAT复合材料薄膜的制备方法，按照下述方法进行：第一步，将所需量的PBAT、聚乳酸、增塑增容剂、引发剂、纳米材料、开口剂、分散剂、扩链剂、相容剂、无机填料放入高速混料锅中进行充分混合1min至10min，得到混合物料；第二步，将混合物料放入双螺杆挤出造粒机中，通过熔融共混挤出拉条、切粒后得到颗粒状的共混物料；第三步，将颗粒状的共混物料放入吹膜机中，通过中空吹膜的方法得到PBAT复合材料薄膜。
下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：
上述熔融温度设定为160℃；或/和，螺杆转速设定为250r/min。
上述吹膜机温度设定为160℃。
本发明的技术方案之三是通过以下措施来实现的：一种的PBAT复合材料薄膜在生产一次性可生物降解医用防护服领域中的应用。
本发明以全生物降解PBAT为基材制备得到，具有优异的阻隔性能、良好的拉伸性能，制得的防护服不仅排湿透气，还可有效抵挡各种污染物的侵入，且能生物降解，绿色环保。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品。
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：该的PBAT复合材料薄膜，原料按照重量份数计，包括40份至100份PBAT、0份至20份聚乳酸、0份至3份分散剂、0份至5份引发剂、0份至3份开口剂、0份至5份相容剂、1份至3份扩链剂、9份至12份增塑增容剂、0份至3份纳米材料、0份至10份无机填料。
实施例2：该的PBAT复合材料薄膜，原料按照重量份数计，包括40份或100份PBAT、0份或20份聚乳酸、0份或3份分散剂、0份或5份引发剂、0份或3份开口剂、0份或5份相容剂、1份或3份扩链剂、9份或12份增塑增容剂、0份或3份纳米材料、0份或10份无机填料。
实施例3：作为上述实施例的优化，PBAT是芳香族和脂肪族共聚物，分散剂为硬脂酰胺、乙烯基双硬脂酰胺、GMS、HTG中的一种或一种以上，引发剂为BPO、LPO、AIBN中的一种或一种以上，开口剂为无机滑石粉、硅藻土、油酸酰胺、芥酸酰胺、EBS中的一种或一种以上，相容剂为丁二酸、巴斯夫ADR4370、MDI、TDI中的一种或一种以上，扩链剂为BDO、1.6-己二醇、甘油、ADR中的一种或一种以上，增塑增容剂为HM–530A，纳米材料为纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化锌中的一种或一种以上，无机填料为碳酸钙、滑石粉和玻璃微珠中的一种或一种以上。
本发明采用熔融共混制备多官能团增塑增容剂HM–530A增容聚对苯二甲酸／己二酸丁二酯(PBAT)共混体系，系统研究了HM–530A用量对共混体系的力学性能、微观形态结构、加工性能和热性能影响,随着HM–530A用量的增加，共混体系的拉伸强度不断降低，断裂伸长率呈先增加后减小的变化趋势，增塑改性后的撕裂强度有不同程度提高。又通过加入无机填料或纳米粒子能有效地改善 PBAT 的结晶性能、耐热性能、抗菌性能;通过物理、化学增容手段能有效地改善了复合材料的相容性。加入了无机粒子，在保证了体系相容性的前提下，实现有机分散相相容增韧和无机粒子的增强、促进结晶的协同作用，使PBAT复合材料的综合性能得到进一步提升。
本发明中，GMS为硬脂酸单甘油酯的英文简称，HTG为三硬脂酸甘油酯的英文简称，BPO为过氧化苯甲酰的英文简称，LPO为过氧化十二酰的英文简称，AIBN为偶氮二异丁腈的英文简称，EBS为N,N'-亚乙基双硬脂酰胺的英文简称，MDI为二苯基甲烷二异氰酸酯的英文简称，TDI为甲苯-2,4-二异氰酸酯的英文简称，ADR为多元环氧扩链剂的英文简称。
实施例4：该PBAT复合材料薄膜，按照下述方法制备得到：第一步，将所需量的PBAT、聚乳酸、增塑增容剂、引发剂、纳米材料、开口剂、分散剂、扩链剂、相容剂、无机填料放入高速混料锅中进行充分混合1min至10min，得到混合物料；第二步，将混合物料放入双螺杆挤出造粒机中，通过熔融共混挤出拉条、切粒后得到颗粒状的共混物料；第三步，将颗粒状的共混物料放入吹膜机中，通过中空吹膜的方法得到PBAT复合材料薄膜。
实施例5：作为上述实施例的优化，熔融温度设定为160℃。
实施例6：作为上述实施例的优化，螺杆转速设定为250r/min。
实施例7：作为上述实施例的优化，吹膜机温度设定为160℃。
实施例8：该的PBAT复合材料薄膜在生产一次性可生物降解医用防护服领域中的应用。
实施例9：该的PBAT复合材料薄膜，按照下述方法制备得到：第一步，将40份PBAT、10份聚乳酸、9份HM–530A、1份BPO、1份纳米二氧化钛、1份无机滑石粉、1份硬脂酰胺、1份BDO、1份丁二酸、1份碳酸钙放入高速混料锅中进行充分混合1min，得到混合物料；第二步，将混合物料放入双螺杆挤出造粒机中，通过熔融共混挤出拉条、切粒后得到颗粒状的共混物料，其中，熔融温度设定为160℃，螺杆转速设定为250r/min；第三步，将颗粒状的共混物料放入吹膜机中，通过中空吹膜的方法得到PBAT复合材料薄膜，其中，吹膜机温度设定为160℃。
实施例10：该的PBAT复合材料薄膜，按照下述方法制备得到：第一步，将100份PBAT、20份聚乳酸、12份HM–530A、5份BPO、3份纳米二氧化钛、3份无机滑石粉、3份硬脂酰胺、3份BDO、5份丁二酸、10份碳酸钙放入高速混料锅中进行充分混合5min，得到混合物料；第二步，将混合物料放入双螺杆挤出造粒机中，通过熔融共混挤出拉条、切粒后得到颗粒状的共混物料，其中，熔融温度设定为160℃，螺杆转速设定为250r/min；第三步，将颗粒状的共混物料放入吹膜机中，通过中空吹膜的方法得到PBAT复合材料薄膜，其中，吹膜机温度设定为160℃。
实施例11：该的PBAT复合材料薄膜，按照下述方法制备得到：第一步，将70份PBAT、15份聚乳酸、10份HM–530A、3份BPO、2份纳米二氧化钛、2份无机滑石粉、2份硬脂酰胺、2份BDO、3份丁二酸、5份碳酸钙放入高速混料锅中进行充分混合10min，得到混合物料；第二步，将混合物料放入双螺杆挤出造粒机中，通过熔融共混挤出拉条、切粒后得到颗粒状的共混物料，其中，熔融温度设定为160℃，螺杆转速设定为250r/min；第三步，将颗粒状的共混物料放入吹膜机中，通过中空吹膜的方法得到PBAT复合材料薄膜，其中，吹膜机温度设定为160℃。
实施例12：该的PBAT复合材料薄膜，按照下述方法制备得到：第一步，将100份PBAT、20份聚乳酸、12份HM–530A、5份LPO、3份纳米二氧化硅、3份硅藻土、3份乙烯基双硬脂酰胺、3份1.6-己二醇、5份巴斯夫ADR4370、10份滑石粉放入高速混料锅中进行充分混合5min，得到混合物料；第二步，将混合物料放入双螺杆挤出造粒机中，通过熔融共混挤出拉条、切粒后得到颗粒状的共混物料，其中，熔融温度设定为160℃，螺杆转速设定为250r/min；第三步，将颗粒状的共混物料放入吹膜机中，通过中空吹膜的方法得到PBAT复合材料薄膜，其中，吹膜机温度设定为160℃。
实施例13：该的PBAT复合材料薄膜，按照下述方法制备得到：第一步，将100份PBAT、20份聚乳酸、12份HM–530A、5份AIBN、3份纳米氧化锌、3份油酸酰胺、3份GMS、3份甘油、5份MDI、10份玻璃微珠放入高速混料锅中进行充分混合10min，得到混合物料；第二步，将混合物料放入双螺杆挤出造粒机中，通过熔融共混挤出拉条、切粒后得到颗粒状的共混物料，其中，熔融温度设定为160℃，螺杆转速设定为250r/min；第三步，将颗粒状的共混物料放入吹膜机中，通过中空吹膜的方法得到PBAT复合材料薄膜，其中，吹膜机温度设定为160℃。
实施例14：该的PBAT复合材料薄膜，按照下述方法制备得到：第一步，将100份PBAT、20份聚乳酸、12份HM–530A、5份AIBN、3份纳米氧化锌、3份芥酸酰胺、3份HTG、3份甘油、5份MDI、10份玻璃微珠放入高速混料锅中进行充分混合10min，得到混合物料；第二步，将混合物料放入双螺杆挤出造粒机中，通过熔融共混挤出拉条、切粒后得到颗粒状的共混物料，其中，熔融温度设定为160℃，螺杆转速设定为250r/min；第三步，将颗粒状的共混物料放入吹膜机中，通过中空吹膜的方法得到PBAT复合材料薄膜，其中，吹膜机温度设定为160℃。
实施例15：该PBAT复合材料薄膜在生产一次性可生物降解医用防护服领域中的应用。
以本发明PBAT复合材料薄膜生产得到的一次性可生物降解医用防护服可以做到“三拒一抗”，即拒水、拒血液、拒酒精以及抗静电；其吸水性小于2.8%；生物降解材料的应用会在医用防护服表面产生细菌阻隔层，以防止细菌泳移，减少交叉感染；材料力学性能拉伸强度横向大于15MPa，纵向大于23MPa，断裂伸长率大于400%；且不仅排湿透气、穿着自如，还要让医护人员免受诊疗过程中病毒、细菌等各种污染物的感染，抵挡住水液、酒精、油渍侵入，而且有效抗静电，甚至防止灰尘进入，由于添加无机填充物，在保持了生物降解材料的降解性能的同时降低其成本，节能减排，绿色环保。
根据本发明实施例9至14得到的PBAT复合材料薄膜进行性能检测。
拉伸强度：≥70MPa；弯曲强度：≥150MPa；弯曲模量：≥5500MPa；缺口冲击强度：≥6.5KJ/m2；阻燃级别UV-94达到V0级别。
氧气透过率:参照国标GB/T1038—2000，选取表面完好无损的薄膜试样，使用匹配的裁膜器将4种配比薄膜（其中b配比薄膜为本发明PBAT复合材料薄膜，a、c、d配比薄膜均为现有常规普通薄膜）裁成直径960mm的圆形样品，放入透氧仪器中，严格密封，抽真空时间设定为2h，温度设为23℃，预透气时间设为15min，联通空气，进行空气透过率性能测试，每种薄膜做3组平行，取平均数作为实验结果。4种配比薄膜各3组平行试验数据如表1所示，表1可知，本发明PBAT复合材料薄膜氧气透过率符合国家标准，具有良好的阻隔性能。
水蒸气透过率:参照国标GB/T1037—1988，选取表面完好无损的薄膜试样，使用匹配的裁膜器将4种配比薄膜（其中b配比薄膜为本发明PBAT复合材料薄膜,a、c、d配比薄膜均为现有常规普通薄膜）裁成直径800mm的圆形样品，放入透湿仪器中，测试杯内湿度100%，测试仓内湿度10%，升温稳定3h，38℃下进行透湿性能测试，每种复合材料做3组平行，取平均数作为实验结果。4种配比薄膜各3组平行试验数据如表2所示，表2可知，本发明PBAT复合材料薄膜水蒸气透过率符合国家标准，具有良好的阻隔性能。
本发明通过加入无机填料或纳米粒子能有效地改善 PBAT 的结晶性能、耐热性能、抗菌性能；通过物理、化学增容手段能有效地改善了复合材料的相容性，加入了无机粒子，在保证了体系相容性的前提下，实现有机分散相相容增韧和无机粒子的增强、促进结晶的协同作用，使PBAT复合材料的综合性能得到进一步提升。
综上所述，本发明以全生物降解PBAT为基材，制备得到的PBAT复合材料薄膜具有优异的阻隔性能、良好的拉伸性能，应用于制得的防护服不仅排湿透气，还可有效抵挡各种污染物的侵入，且能生物降解，绿色环保。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
Claims (10)
1.一种PBAT复合材料薄膜，其特征在于原料按照重量份数计，包括40份至100份PBAT、0份至20份聚乳酸、0份至3份分散剂、0份至5份引发剂、0份至3份开口剂、0份至5份相容剂、1份至3份扩链剂、9份至12份增塑增容剂、0份至3份纳米材料、0份至10份无机填料。
2.根据权利要求1所述的PBAT复合材料薄膜，其特征在于PBAT是芳香族和脂肪族共聚物，分散剂为硬脂酰胺、乙烯基双硬脂酰胺、GMS、HTG中的一种或一种以上，引发剂为BPO、LPO、AIBN中的一种或一种以上，开口剂为无机滑石粉、硅藻土、油酸酰胺、芥酸酰胺、EBS中的一种或一种以上，相容剂为丁二酸、巴斯夫ADR4370、MDI、TDI中的一种或一种以上，扩链剂为BDO、1.6-己二醇、甘油、ADR中的一种或一种以上，增塑增容剂为HM–530A，纳米材料为纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化锌中的一种或一种以上，无机填料为碳酸钙、滑石粉和玻璃微珠中的一种或一种以上。
3.根据权利要求1或2所述的PBAT复合材料薄膜，其特征在于按照下述方法制备得到：第一步，将所需量的PBAT、聚乳酸、增塑增容剂、引发剂、纳米材料、开口剂、分散剂、扩链剂、相容剂、无机填料放入高速混料锅中进行充分混合1min至10min，得到混合物料；第二步，将混合物料放入双螺杆挤出造粒机中，通过熔融共混挤出拉条、切粒后得到颗粒状的共混物料；第三步，将颗粒状的共混物料放入吹膜机中，通过中空吹膜的方法得到PBAT复合材料薄膜。
4.根据权利要求3所述的PBAT复合材料薄膜，其特征在于熔融温度设定为160℃。
5.根据权利要求3或4所述的PBAT复合材料薄膜，其特征在于螺杆转速设定为250r/min。
6.根据权利要求3或4或5所述的PBAT复合材料薄膜，其特征在于吹膜机温度设定为160℃。
7.一种根据权利要求1所述的PBAT复合材料薄膜的制备方法，其特征在于按照下述方法进行制备：第一步，将所需量的PBAT、聚乳酸、增塑增容剂、引发剂、纳米材料、开口剂、分散剂、扩链剂、相容剂、无机填料放入高速混料锅中进行充分混合1min至10min，得到混合物料；第二步，将混合物料放入双螺杆挤出造粒机中，通过熔融共混挤出拉条、切粒后得到颗粒状的共混物料；第三步，将颗粒状的共混物料放入吹膜机中，通过中空吹膜的方法得到PBAT复合材料薄膜。
8.根据权利要求7所述的PBAT复合材料薄膜的制备方法，其特征在于熔融温度设定为160℃；或/和，螺杆转速设定为250r/min。
9.根据权利要求7或8所述的PBAT复合材料薄膜的制备方法，其特征在于吹膜机温度设定为160℃。
10.一种根据权利要求1至6任意一项所述的PBAT复合材料薄膜在生产一次性可生物降解医用防护服领域中的应用。
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