CN113480838A - 一种可快速降解的pla/pbat薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子薄膜的制备技术领域,具体涉及一种高延展性且在水或碱液下可快速降解的PLA/PBAT薄膜及其制备方法。该薄膜材料组成包括PLA,重量份数30~70份;PBAT,重量份数30~70份;碱性盐,重量份数0.01~0.4份;扩链剂,重量份数0.1~0.5份;抗氧剂,重量份数0.2份。薄膜采用双螺杆挤出造粒,吹塑成型制备而成。在挤出成型中PLA和PBAT在碱性盐催化作用下部分酯键发生断裂,形成低分子量的PLA与PBAT,在扩链剂作用下发生反应性扩链和增容。本发明所述的PLA/PBAT薄膜韧性高、在水或碱液中降解速率快等优点,在快递、食品、服装和日用品包装等领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于高分子薄膜的制备技术领域,具体涉及一种高延展性且在水、碱液下可快速降解的PLA/PBAT薄膜及其制备方法。
技术背景
由于塑料在国民经济和人民生活中的不可替代性,自1950年人类大规模制造塑料以来至今,人类大约生产出83亿吨塑料,其中63亿吨变成垃圾。2050年将超过340亿吨,废旧塑料的产量将为120亿吨。塑料污染已给环境造成了巨大压力,全世界都在积极推广可循环易回收可降解替代产品。生物可降解的聚合物材料,特别是来源于可再生资源的聚合物受到了高度关注。
聚乳酸(PLA)作为一种可降解、可再生的聚合物,其优异的生物相容性和高强度、高模量的力学性能引起了许多学者的关注。但因其固有的延展性差、冲击强度低、降解速率慢、降解条件相对苛刻等缺点,限制了其广泛应用。聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)也是一种可降解聚酯聚合物,与其他可降解聚酯材料相比,因其分子链有长链脂肪烃和芳环,由此表现出优异的柔韧性。这一优势使其可作为PLA的增韧改性剂。由于PLA与PBAT相容性差,直接将二者共混易导致复合材料相分离,在挤出成膜过程中存在熔体强度差、薄膜厚度不均等问题,最终导致PLA/PBAT薄膜产品力学性能较PE、PP和PET等传统包装膜相差甚远。
为了改善PBAT和PLA的相容性,一般在熔融共混过程中引入扩链剂、反应性界面相容剂或酯交换催化剂等。此过程中会形成一些高分子量的PLA与PBAT嵌段共聚物或多臂共聚物,从而提高PLA/PBAT复合膜的力学性能。如ZL201611028759.6公开的一种抗撕裂高韧性生物可降解材料及其制备方法;ZL201811568603.6公开的一种高抗冲PLA/PBAT复合材料及其制备方法;ZL201910361889.9公开的一种高韧性PLA/PBAT共混合金及其制备方法;ZL201910125046.9公开的一种PLA/PBAT复合材料及其制备方法。
从应用与回收的角度来讲,若PLA/PBAT薄膜具有优异韧性的同时,在回收过程中还具有较高的降解速率,将在快递、食品、服装和日用品包装等领域具有更广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的旨在解决PLA/PBAT薄膜相容性差、韧性差、降解周期长的问题,通过在PLA与PBAT共混体系中引入碱性盐助剂,通过碱性盐助剂与扩链剂的协同作用,获得了韧性高、在水或碱液中降解速率快的PLA/PBAT薄膜。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种可快速降解PLA/PBAT薄膜,其特征在于,该薄膜材料由如下按重量份数计的物质组成:PLA,30~70份;PBAT,30~70份;碱性盐,0.01~0.4份;扩链剂,0.1~0.5份;抗氧剂,0.2份。
进一步的,所述的PLA为市售任何一种PLA。
进一步的,所述的PBAT为市售任何一种PBAT。
进一步的,所述的碱性盐为市售的碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾等中的一种或多种的混合物。优选重量份数为0.2。
进一步的,所述的抗氧剂为1010与168组合,按质量份数计,抗氧剂1010为0.1份、抗氧剂168为0.1份。
进一步的,本发明还提供一种可快速降解PLA/PBAT薄膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)PLA和PBAT的粒料使用前放置在真空烘箱80℃真空干燥12小时;
(2)将所有原料按重量份数称量,并机械混合成预混料,再由双螺杆挤出机挤出、水冷、切粒机造粒制成母粒;
(3)母粒经吹膜机吹塑成薄膜。
步骤(2)中,双螺杆挤出机挤出温度1-8区:155~185℃;主转速:200rpm/min;造粒切速:300rpm/min。
步聚(3)中,吹膜机的温度控制在165~180℃;主机螺杆转速:600rpm,牵引速度:6m/min,吹膜机的模头直径为30mm,吹胀比为3~4。
本发明的原理为:少量碱性盐引入到PLA与PBAT熔体中,因其呈碱性可以促进部分PLA与PBAT中酯键的断裂,获得低分子量的PLA与PBAT。在扩链剂作用下低分子量的PLA与PBAT自身或者相互发生扩链反应,形成的高分子量共聚物,并且改善两者间的相容性,可提升PLA/PBAT薄膜的延展性;因碱性盐在体系中的存在,当PLA/PBAT薄膜在水或者碱液中进行降解时,可形成碱液或者提高碱性,将加速薄膜的降解。过程示意图如图1所示。
与现有技术相比,本发明取得的有益技术效果为:碱性助剂的引入,与扩链剂协同作用,实现PLA、PBAT的断链与扩链,并能赋予PLA/PBAT薄膜高延展性与快速降解的性能,并且具有制备工艺过程简单,制备成本低等优点。
附图说明
图1为本发明挤出成型中PLA、PBAT的断链与扩链过程,及共聚物分子链在水或碱液中的降解过程示意图。
图2为本发明实施例4的PLA/PBAT薄膜在碱液中降解过程记录图。
具体实施方式
以下将详细描述本发明的示例性实施方法。但这些实施方法仅为示范性目的,而本发明不限于此。可以采用任何适宜的熔融加工工艺,如:密炼、单螺杆挤出共混,都可以获得PLA/PBAT共混复合材料,再通过后续的成型,如:压制成型、注塑成型、流延成型,都可达到增韧产品与提高其降解速率的目的。
下面以具体的实施例对本发明进行进一步详细描述,本实施例提供5种PLA/PBAT薄膜组成,并提供5组对比例。按照表1所示的实施例与对比例的配方进行配料。配料前PLA、PBAT在真空烘箱80℃真空干燥12小时。挤出造粒时,双螺杆挤出机挤出温度1-8区:155~185℃;主转速:200rpm/min;造粒切速:300rpm/min。吹塑成型时,吹膜机的温度控制在165~180℃;主机螺杆转速:600rpm,牵引速度:6m/min,吹膜机的模头直径为30mm,吹胀比为3~4。
表1实施例与对比例配方
将实施例1-5、对比例1-5分别制备得到的薄膜,按GB/T1040.3-2006进行拉伸性能测试,获得拉伸强度与断裂伸长率。具体测试结果如表2所示。
表2 PLA/PBAT薄膜力学性能测试结果
将实施例4、对比例1~3制备得到的薄膜分别进行温水降解与碱液降解实验。具体操作为称取0.2g的薄膜,将其泡入温水或碱液中,每间隔1小时,取出烘干,然后称量。降解率由0.2g减去称量质量再除以0.2g。具体测试结果分别如表3与表4所示。
表3 PLA/PBAT薄膜在温水中的降解率(%)
时间(h) | 实施例4 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
1 | 27.18 | 13.00 | 8.37 | 11.73 |
2 | 40.34 | 25.79 | 18.33 | 21.65 |
3 | 51.68 | 32.37 | 23.79 | 30.46 |
4 | 58.76 | 41.72 | 32.30 | 36.27 |
5 | 67.28 | 55.62 | 37.93 | 42.94 |
表4 PLA/PBAT薄膜在碱液中的降解率(%)
时间(h) | 实施例4 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
1 | 33.15 | 15.85 | 10.21 | 14.3 |
2 | 45.84 | 29.31 | 21.56 | 24.6 |
3 | 61.52 | 38.54 | 28.32 | 35.42 |
4 | 68.32 | 48.51 | 37.56 | 42.18 |
5 | 79.15 | 66.21 | 45.15 | 50.52 |
从PLA/PBAT降解过程示意图中,可以看出,1h后的薄膜表面已有较少数量的微孔,说明已经发生了初步降解;2h后,薄膜已经分解为粗条状;到了3h,薄膜已基本完全分解为条状,且此时的形状比之前的更细小;4h后,薄膜进一步降解,从外观上已部分变成丝状;5h后发现薄膜已经基本变成更细的纤维状。
Claims (9)
1.一种可快速降解PLA/PBAT薄膜,其特征在于,该薄膜材料由如下按重量份数计的物质组成:PLA,30~70份;PBAT,30~70份;碱性盐,0.01~0.4份;扩链剂,0.1~0.5份;抗氧剂,0.2份。
2.如权利要求1所述的一种可快速降解PLA/PBAT薄膜,其特征在于,所述的PLA为市售任何一种PLA。
3.如权利要求1所述的一种可快速降解PLA/PBAT薄膜,其特征在于,所述的PBAT为市售任何一种PBAT。
4.如权利要求1所述的一种可快速降解PLA/PBAT薄膜,其特征在于,所述的碱性盐为市售的碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾等中的一种或多种的混合物。
5.如权利要求1所述的一种可快速降解PLA/PBAT薄膜,其特征在于,所述的扩链剂为巴斯夫Joncryl® ADR 4468。
6.如权利要求1所述的一种可快速降解PLA/PBAT薄膜,其特征在于,抗氧剂为1010与168组合,按质量份数计,抗氧剂1010为0.1份、抗氧剂168为0.1份。
7.如权利要求1-6之一所述的一种可快速降解PLA/PBAT薄膜的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)PLA和PBAT的粒料使用前放置在真空烘箱80 ℃真空干燥12小时;
(2)将所有原料按重量份数称量,并机械混合成预混料,再由双螺杆挤出机挤出、水冷、切粒机造粒制成母粒;
(3)母粒经吹膜机吹塑成薄膜。
8.如权利要求7所述的一种可快速降解PLA/PBAT薄膜的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,双螺杆挤出机挤出温度1-8区:155~185ºC;主转速:200 rpm/min;造粒切速:300rpm/min。
9.如权利要求7所述的一种可快速降解PLA/PBAT薄膜的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,吹膜机的温度控制在165~180℃;主机螺杆转速:600rpm,牵引速度:6m/min,吹膜机的模头直径为30mm,吹胀比为3~4。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN103589124A (zh) * | 2012-08-14 | 2014-02-19 | 上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司 | 一种全生物降解pla/pbat复合薄膜及其制备方法 |
CN109401227A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-03-01 | 南京五瑞生物降解新材料研究院有限公司 | 采用扩链剂制备的pla/pbat共混改性生物降解树脂及其制备方法 |
CN112920563A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-06-08 | 佛山(华南)新材料研究院 | 可降解塑料材料和塑料制品及其制备方法 |
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2021
- 2021-07-30 CN CN202110869220.8A patent/CN113480838A/zh active Pending
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