CN112812516A - 无机填料掺杂可降解薄膜的复合材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了无机填料掺杂可降解薄膜的复合材料及制备方法，按质量百分比组份包括：无机粉体0.1‑60％，PBAT颗粒40‑99.9％；无机粉体为片状粉体、条状粉体以及颗粒状粉体中的至少两种。通过添加多形貌、多尺寸的无机粉体，可以大大降低生产成本，且可控地调节薄膜的力学强度、白度、挺度等系列指标，综合性能大大提高。

Description

无机填料掺杂可降解薄膜的复合材料及制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种无机填料掺杂可降解薄膜的复合材料及制备方法。
背景技术
聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)(简称PBAT)是一种常规的可降解聚合物，相对于常见的聚乙烯和聚丙烯而言，将PBAT直接应用于制备薄膜时，存在两方面的不足，一是PBAT的成本过高，二是薄膜挺度不足。这两个方面的原因大大限制了PBAT的大范围推广应用以及使用效果。
现有的大多是通过对PBAT进行掺杂改性，改性其PBAT的综合性能。现有的技术中，主要采用添加脆性较高的可降解聚合物，增加薄膜挺度，例如专利CN201910219597.1通过添加聚乳酸(PLA)，提高薄膜的耐冲击强度和韧性。但该方法中，PLA的成本远高于PBAT，限制了可降解塑料的应用推广。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种无机填料掺杂可降解薄膜的复合材料及制备方法，通过添加多形貌多尺寸的无机粉体，提高无机填料掺杂可降解薄膜的复合材料的综合性能。
一种无机填料掺杂可降解薄膜的复合材料，按质量百分比组份包括：
无机粉体 0.1-60％
PBAT颗粒 40-99.9％
所述无机粉体为片状粉体、条状粉体以及颗粒状粉体中的至少两种。
优选地，按质量百分比组份包括：
无机粉体 5-50％
PBAT颗粒 50-95％。
优选地，按质量百分比组份包括：
无机粉体 35％
PBAT颗粒 65％。
优选地，所述无机粉体为硫酸钡、碳酸钙、二氧化硅、云母粉、氧化铝、滑石粉、蒙脱土以及硫酸钙中的一种或几种。
优选地，所述无机粉体包括片状粉体、条状粉体以及颗粒状粉体，所述片状粉体、条状粉体以及颗粒状粉体的质量比为1:2-3:1.5-5。
优选地，所述片状粉体的厚度为0.1-5μm，直径为1-20μm。
优选地，所述条状粉体，长度为0.5～10μm，直径为10-100nm；
优选地，所述颗粒状粉体的直径为3nm-10μm。
一种无机填料掺杂可降解薄膜复合材料的制备方法，其特征在于，方法包括：
将不同形貌、不同尺寸的无机粉体颗粒与PBAT颗粒共混均匀，得到共混原料；
将共混原料加入至螺杆挤出机中挤出吹膜，得到多形貌、多尺寸无机填料掺杂可降解薄膜复合材料。
优选地，方法包括：
将不同形貌、不同尺寸的无机粉体颗粒与PBAT颗粒加入至高混机中，在35-55℃温度下混合20-40min，共混均匀，得到共混原料；
将共混原料加入至螺杆挤出机中挤出吹膜，螺杆各挤出区间温度设置为120-150℃，得到厚度为5-300μm多形貌、多尺寸无机填料掺杂可降解薄膜复合材料。
本发明提供了一种无机填料掺杂可降解薄膜材料及其制备方法，通过添加多形貌、多尺寸的无机粉体，可以大大降低生产成本，且可控地调节薄膜的力学强度、白度、挺度等系列指标，综合性能大大提高。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
一种无机填料掺杂可降解薄膜的复合材料，复合材料按质量百分比组份包括：
无机粉体 0.1-60％
PBAT颗粒 40-99.9％
其中，无机粉体为片状粉体、条状粉体以及颗粒状粉体中的至少两种。
无机粉体为硫酸钡、碳酸钙、二氧化硅、云母粉、氧化铝、滑石粉、蒙脱土以及硫酸钙中的一种或几种；无机粉体包括片状粉体、条状粉体以及颗粒状粉体时，片状粉体、条状粉体以及颗粒状粉体的质量比为1:2-3:1.5-5；一般地，片状粉体的厚度为0.1-5μm，直径为1-20μm；条状粉体长度为0.5～10μm，直径为10-100nm；颗粒状粉体的直径为3nm-10μm。
一种无机填料掺杂可降解薄膜的复合材料的制备方法，方法包括：
将不同形貌、不同尺寸的无机粉体颗粒与PBAT颗粒共混均匀，得到共混原料；
将共混原料加入至螺杆挤出机中挤出吹膜，得到多形貌、多尺寸无机填料掺杂可降解薄膜复合材料。
本发明通过多形貌尺度掺杂无机粉体，能最有效的降低薄膜生产成本，增加薄膜挺度和力学强度。例如大尺寸片状无机粉体或条状粉体，对于提升薄膜挺度、增加薄膜白度、提高薄膜力学性能的作用非常明显，小尺寸的颗粒状无机粉体，对于提高粉体添加量，降低薄膜生产成本的作用非常明显。片状粉体在吹膜过程中会形成二维取向排列，从而有效提高薄膜的挺度，通过调节片状粉体的尺寸，还可调节薄膜的白度；条状粉体在吹膜过程中会形成一维取向排列，从而有效提高薄膜在一维方向的拉伸模量，也可提高薄膜的挺度。小尺寸的颗粒状粉体，能够在提高粉体添加量的同时，尽可能小的影响薄膜的白度和共混料的可加工性。
具体实施例1
一种无机填料掺杂可降解薄膜的复合材料，复合材料按质量百分比组份包括：
无机粉体 0.1％
PBAT颗粒 99.9％
其中，无机粉体为片状粉体、条状粉体以及颗粒状粉体；质量比为1:2：3；片状粉体的厚度为5μm，直径为1μm；条状粉体长度为10μm，直径为100nm；颗粒状粉体的直径为3nm；无机粉体为硫酸钡以及碳酸钙。
一种无机填料掺杂可降解薄膜的复合材料的制备方法，方法包括：
将不同形貌、不同尺寸的无机粉体颗粒与PBAT颗粒加入至高混机中，在35℃温度下混合40min，共混均匀，得到共混原料；
将共混原料加入至螺杆挤出机中挤出吹膜，螺杆各挤出区间温度设置为120℃，得到厚度为300μm多形貌、多尺寸无机填料掺杂可降解薄膜复合材料。
具体实施例2
一种无机填料掺杂可降解薄膜的复合材料，复合材料按质量百分比组份包括：
无机粉体 5％
PBAT颗粒 95％。
其中，无机粉体为片状粉体、条状粉体，质量比为1:2.5；无机粉体为二氧化硅、云母粉；片状粉体的厚度为1μm，直径为15μm；条状粉体长度为1μm，直径为80nm。
一种无机填料掺杂可降解薄膜的复合材料的制备方法，方法包括：
将不同形貌、不同尺寸的无机粉体颗粒与PBAT颗粒加入至高混机中，在50℃温度下混合23min，共混均匀，得到共混原料；
将共混原料加入至螺杆挤出机中挤出吹膜，螺杆各挤出区间温度设置为125-145℃，得到厚度为10μm多形貌、多尺寸无机填料掺杂可降解薄膜复合材料。
具体实施例3
一种无机填料掺杂可降解薄膜的复合材料，复合材料按质量百分比组份包括：
无机粉体 60％
PBAT颗粒 40％
其中，无机粉体为条状粉体以及颗粒状粉体中2：1.5；无机粉体为氧化铝、滑石粉；片状粉体的厚度为0.1μm，直径为20μm；条状粉体长度为0.5μm，直径为10nm；颗粒状粉体的直径为10μm。
一种无机填料掺杂可降解薄膜的复合材料的制备方法，方法包括：
将不同形貌、不同尺寸的无机粉体颗粒与PBAT颗粒加入至高混机中，在55℃温度下混合20min，共混均匀，得到共混原料；
将共混原料加入至螺杆挤出机中挤出吹膜，螺杆各挤出区间温度设置为150℃，得到厚度为5-μm多形貌、多尺寸无机填料掺杂可降解薄膜复合材料。
具体实施例4
一种无机填料掺杂可降解薄膜的复合材料，复合材料按质量百分比组份包括：
无机粉体 50％
PBAT颗粒 50％。
其中，无机粉体为片状粉体、条状粉体以及颗粒状粉体；质量比为1:3:5；
无机粉体为蒙脱土以及硫酸钙；片状粉体的厚度为4μm，直径为5μm；条状粉体长度为8μm，直径为15nm；颗粒状粉体的直径为5nm。
一种无机填料掺杂可降解薄膜的复合材料的制备方法，方法包括：
将不同形貌、不同尺寸的无机粉体颗粒与PBAT颗粒加入至高混机中，在38℃温度下混合37min，共混均匀，得到共混原料；
将共混原料加入至螺杆挤出机中挤出吹膜，螺杆各挤出区间温度设置为125-145℃，得到厚度为250μm多形貌、多尺寸无机填料掺杂可降解薄膜复合材料。
具体实施例5
一种无机填料掺杂可降解薄膜的复合材料，复合材料按质量百分比组份包括：
无机粉体 35％
PBAT颗粒 65％。
其中，无机粉体为片状粉体以及颗粒状粉体；质量比为1:4；
无机粉体为硫酸钡、蒙脱土；片状粉体的厚度为3μm，直径为8μm；颗粒状粉体的直径为6μm。
一种无机填料掺杂可降解薄膜的复合材料的制备方法，方法包括：
将不同形貌、不同尺寸的无机粉体颗粒与PBAT颗粒加入至高混机中，在40℃温度下混合32min，共混均匀，得到共混原料；
将共混原料加入至螺杆挤出机中挤出吹膜，螺杆各挤出区间温度设置为125-140℃，得到厚度为140μm多形貌、多尺寸无机填料掺杂可降解薄膜复合材料。
对具体实施例1-5的无机填料掺杂可降解薄膜复合材料，与市售的PBAT薄膜进行对比，进行成本、强度、白度以及挺度进行测试，其中测试标准参照：(1)强度测试，使用GB/T8809-2015；(2)白度测试，使用GB/T 2913-1982；(3)挺度测试，使用GB/T 7689.4-2013；以市售的PBAT表征数据为1，测定结果如下表：
组别 成本(元/吨) 强度 白度 挺度
具体实施例1 21000 1.2 1.3 1.2
具体实施例2 18000 1.4 1.5 1.5
具体实施例3 14000 1.6 1.7 1.7
具体实施例4 12000 1.8 2.1 1.6
具体实施例5 15500 1.5 1.8 1.6
对比例1 22000 1 1 1
从表中可以看出，与现有的PBAT薄膜相比，通过添加多形貌、多尺寸的无机粉体，可以大大降低生产成本，且可控地调节薄膜的力学强度、白度、挺度等系列指标，综合性能大大提高。
本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
本文进行了详细的介绍，应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种无机填料掺杂可降解薄膜的复合材料，其特征在于，按质量百分比组份包括：
无机粉体 0.1-60％
PBAT颗粒 40-99.9％
所述无机粉体为片状粉体、条状粉体以及颗粒状粉体中的至少两种。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，按质量百分比组份包括：
无机粉体 5-50％
PBAT颗粒 50-95％。
3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于，按质量百分比组份包括：
无机粉体 35％
PBAT颗粒 65％。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述无机粉体为硫酸钡、碳酸钙、二氧化硅、云母粉、氧化铝、滑石粉、蒙脱土以及硫酸钙中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的复合材料，其特征在于，所述无机粉体包括片状粉体、条状粉体以及颗粒状粉体，所述片状粉体、条状粉体以及颗粒状粉体的质量比为1:2-3:1.5-5。
6.根据权利要求4所述的复合材料，其特征在于，所述片状粉体的厚度为0.1-5μm，直径为1-20μm。
7.根据权利要求4所述的复合材料，其特征在于，所述条状粉体长度为0.5～10μm，直径为10-100nm。
8.根据权利要求4所述的复合材料，其特征在于，所述颗粒状粉体的直径为3nm-10μm。
9.一种如权利要求1-8任一所述的无机填料掺杂可降解薄膜复合材料的制备方法，其特征在于，方法包括：
将不同形貌、不同尺寸的无机粉体颗粒与PBAT颗粒共混均匀，得到共混原料；
将共混原料加入至螺杆挤出机中挤出吹膜，得到多形貌、多尺寸无机填料掺杂可降解薄膜复合材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，方法包括：
将不同形貌、不同尺寸的无机粉体颗粒与PBAT颗粒加入至高混机中，在35-55℃温度下混合20-40min，共混均匀，得到共混原料；将共混原料加入至螺杆挤出机中挤出吹膜，螺杆各挤出区间温度设置为120-150℃，得到厚度为5-300μm多形貌、多尺寸无机填料掺杂可降解薄膜复合材料。
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