CN113773617A - 一种pbat基材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PBAT基材料及其制备方法和应用。一种PBAT基材料,制备原料包括:PBAT、PMMA、PLA、玉米淀粉、填料、功能助剂和相容剂。本发明的PBAT基材料,通过制备原料之间的搭配,能够均衡所得材料的力学性能,并提升所得材料的加工性能,进而拓展了所得材料的应用范围。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域,具体涉及一种PBAT基材料及其制备方法和应用。
背景技术
PBAT树脂是一种以石油基单体为原料聚合而成的、可以实现堆肥生物降解的高分子材料。该材料具有优异的延展性和断裂伸长率,属于软而韧的材料。对PBAT材料进行针对性改性,不断提升材料的应用性能从而拓展该材料的应用市场,是生物降解材料的一个重要的研究方向。
但是常用技术得到的PBAT基材料力学性能不够均衡、加工性能存在缺陷,因此PBAT基材料的应用范围局限性较大等问题。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种PBAT基材料,通过制备原料之间的搭配,能够均衡所得材料的力学性能,并提升所得材料的加工性能,进而拓展了所得材料的应用范围。
本发明还提出一种上述PBAT基材料的制备方法。
本发明还提出一种上述PBAT基材料的在电子电器领域的应用。
根据本发明的一个方面,提出了一种PBAT基材料,制备原料包括:PBAT、PMMA、PLA、玉米淀粉、填料、功能助剂和相容剂。
根据本发明的一种优选的实施方式,至少具有以下有益效果:
(1)本发明提供的PBAT基材料中,以PBAT(热塑性生物降解塑料,是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物)和PLA(聚乳酸)为主要树脂基材,其中PBAT具有高韧性,PLA具有高强度,因此所得的PBAT基材料兼具两种主要树脂基材的性能,具有高韧性和高强度,以及良好加工性能的优点,适合于注塑成型的加工方式。
(2)虽然PBAT和PLA性质互补,但是两者相容性差,因此传统技术难以将两者融合,本发明中,首先添加了PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯,俗称有机玻璃),该物质第一方面可以和PLA发生协同作用,提升所得PBAT基材料的强度;第二方面,使所得PBAT基材料获取PMMA固有的优异的加工性能,第三方面可以和相容剂发生协同作用,提升PBAT和PLA之间的相容性。
(3)玉米淀粉的加入可以使所得材料具备更加优异的环境可降解性能,但是玉米淀粉的分散性以及加工性能较差;本发明中填料的加入不但能提升所得材料的强度、加工性能并且提升玉米淀粉在基材中的分散性;功能助剂可提升玉米淀粉的加工性能;因此,填料、功能助剂和玉米淀粉配合,可以保证所得材料满足良好的降解性能的前提下,具有优异的物理力学性能和加工性能。
在本发明的一些实施方式中,按重量份数计,所述PBAT的添加量为14~53.9份。
在本发明的一些实施方式中,按重量份数计,所述PBAT的添加量为30~40份。
在本发明的一些实施方式中,所述PBAT的熔体质量流动速率为2~5g/10min。
在本发明的一些实施方式中,按重量份数计,所述PMMA的添加量为5~10份。
在本发明的一些实施方式中,按重量份数计,所述PMMA的添加量约为8份。
在本发明的一些实施方式中,所述PMMA的熔体质量流动速率(熔指)为15~25g/10min。
在本发明的一些实施方式中,按重量份数计,所述PLA的添加量为10~20份。
在本发明的一些实施方式中,按重量份数计,所述PLA的添加量约为15份。
在本发明的一些实施方式中,所述PLA的熔体质量流动速率为3~5g/10min。
在本发明的一些实施方式中,所述玉米淀粉为未经过改性的食用级玉米淀粉。
在本发明的一些实施方式中,按重量份数计,所述玉米淀粉的添加量为5~15份。
在本发明的一些实施方式中,按重量份数计,所述玉米淀粉的添加量约为10份。
在上述范围内,淀粉的加工性能最优,含水率较低,在保证可降解性能的基础上,还可保证所得PBAT基材料的物理力学性能,并获得较为优异的成型外观效果。
在本发明的一些实施方式中,按重量份计,所述填料的添加量为25~35份。
在本发明的一些实施方式中,按重量份计,所述填料的添加量约为30份。
在本发明的一些实施方式中,所述填料为无机填料。
在本发明的一些实施方式中,所述无机填料具有片状或针状结构。
所述无机填料形貌会影响所得PBAT基材料的最终强度,所以本发明选择具有片状和针状结构填料,可提高所得PBAT基材料的整体强度,并提升其脱模效果。
在本发明的一些实施方式中,所述无机填料选自滑石粉、云母和硅灰石中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中,所述无机填料选自滑石粉。
在本发明的一些实施方式中,按重量份计,所述功能助剂的添加量为1~5份。
在本发明的一些实施方式中,按重量份计,所述功能助剂的添加量约为2份。
在本发明的一些实施方式中,所述功能助剂选自小分子多元醇。
在本发明的一些实施方式中,所述功能助剂选自乙二醇。
在本发明的一些实施方式中,按重量份计,所述相容剂的添加量为0.1~1份。
在本发明的一些实施方式中,按重量份计,所述相容剂的添加量约为0.3份。
在本发明的一些实施方式中,所述相容剂选自环氧修饰的乙烯类共聚物。
在本发明的一些实施方式中,所述相容剂选自PTW(反应性弹性体乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物)。
在本发明的一些实施方式中,所述PTW型号为杜邦的Elvaloy。
本发明中,所述PMMA与PLA之间具有较好的相融性,PTW与PBAT之间具有一定的反应性,具有较好的相容性;因此将所述PMMA和所述PTW作为复合相容剂,能够有效提高两种主体树脂之间的结合力,从而最终提高PBAT基材料的物理力学性能。
本发明所得PBAT基材料,具有优异的注塑成型性能,因此主要以注塑成型的方式加工产品。
根据本发明的再一个方面,提出了所述的PBAT基材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.将所述玉米淀粉、功能助剂和填料混合后,再与所述PBAT、PMMA、PLA和相容剂预混;
S2.将步骤S1所得混合物依次经熔融共混、冷却造粒后即得。
根据本发明的一种优选的实施方式的制备方法,至少具有以下有益效果:
现有的对PBAT树脂改性的制备方法均采用较为复杂的加工工艺,本发明采用熔融共混工艺制备了一种物理力学性能均衡的PBAT基材料,制备方法简单,所得材料的质地均匀。
本发明将特定的填料与功能助剂以及玉米淀粉通过提前预混的后熔融共混,目的在于一方面提高淀粉的加工性能和分散性,另外一方面提高PBAT基材料的强度和注塑加工性能。
在本发明的一些实施方式中,步骤S1中,所述混合在高速混合机中进行。
在本发明的一些实施方式中,步骤S1中,所述混合,搅拌速度约为500rpm。
在本发明的一些实施方式中,步骤S1中,所述混合的温度≤100℃。
在本发明的一些实施方式中,步骤S1中,所述混合的温度≤搅拌温度不高于60℃。
在本发明的一些实施方式中,步骤S1中,所述混合时间约为2~5min。
在本发明的一些实施方式中,步骤S1中,还包括在所述混合后静置10min。
在本发明的一些实施方式中,步骤S1中,所述预混在低速搅拌机中进行。
在本发明的一些实施方式中,步骤S1中,所述预混的搅拌速度约为300rpm。
在本发明的一些实施方式中,步骤S1中,所述混合和所述预混的温度≤100℃。
在本发明的一些实施方式中,步骤S1中,所述预混的温度≤搅拌温度不高于60℃。
在本发明的一些实施方式中,步骤S2中,所述熔融共混,温度为140~180℃。
在本发明的一些实施方式中,步骤S2中,所述水冷温度为30±5℃。
在本发明的一些实施方式中,步骤S2中,所述干燥的温度约为80℃。
在本发明的一些实施方式中,步骤S2中,所述干燥的时间约为4h。
在本发明的一些实施方式中,所述制备方法选用长径比为48/1的同向双螺杆挤出机。
在本发明的一些实施方式中,所述同向双螺杆挤出机从主喂料口至模头共有9个温区。
在本发明的一些实施方式中,步骤S2中,所述挤出,所述双螺杆挤出机中主机的螺杆转速为400~500r/min。
根据本发明的再一个方面,提出了一种电子电器,制备原料包括所述PBAT基材料。
根据本发明的一种优选的实施方式的电子电器,至少具有以下有益效果:
由于所得PBAT基材料平衡了韧性和强度(刚性)等力学性能,且具有优异的加工性能,因此可在电子电器领域应用,且具有良好的保护、装饰效果。
在本发明的一些实施方式中,所述电子电器包括家用电器和消费电子产品等。
在本发明的一些实施方式中,所述电子电器的包装或装饰的材质为所述PBAT基材料。
在本发明的一些实施方式中,所述电子电器的包装或装饰通过注塑成型的方式加工而成。
若无特殊说明,本发明中“约”表示误差值在±2%之间,例如约为100,表示范围为100±100×2%,即在98~102之间。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述,以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然,所描述的实施例只是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例,基于本发明的实施例,本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例,均属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例制备了一种PBAT基材料,具体过程为:
S1.将玉米淀粉(食用级玉米淀粉)10wt%,滑石粉(HTP05,IMIFABI)30wt%,功能助剂(乙二醇)2wt%经过高速搅拌机混合2min(温度60℃)、静置10min之后,与PLA树脂(PLA110,浙江海正)15wt%,PMMA(CM211,奇美)8wt%,相容剂(PTW,DUPONT)0.3wt%和PBAT树脂(ECO-05,长春集团)34.7wt%等用低速搅拌机预混;
S2.将步骤S1所得混合物加入双螺杆挤出机,以上材料通过熔融共混(160℃)、拉条、水冷(30±5℃)、切粒、干燥(80℃,4h)得到目标产品。
实施例2
本实施例制备了一种PBAT基材料,具体过程与实施例1的区别为:
(1)步骤S1中,PLA树脂的添加量为19.7wt%,PBAT树脂的添加量为30wt%。
实施例3
本实施例制备了一种PBAT基材料,具体过程与实施例1的区别为:
(1)步骤S1中,PLA树脂的添加量为10wt%,PBAT树脂的添加量为39.3wt%。
对比例1
本对比例制备了一种PBAT基材料,具体过程与实施例1的区别为:
(1)步骤S1中不包括功能助剂,为满足添加量为100%,PBAT树脂的添加量为36.7wt%。
对比例2
本对比例制备了一种PBAT基材料,具体过程与实施例1的区别为:
(1)步骤S1中不包括相容剂,为满足添加量为100%,PBAT树脂的添加量为35wt%。
对比例3
本对比例制备了一种PBAT基材料,具体过程与实施例1的区别为:
(1)步骤S1中不包括玉米淀粉,为满足添加量为100%,PBAT树脂的添加量为44.7wt%。
对比例4
本对比例制备了一种PBAT基材料,具体过程与实施例1的区别为:
(1)步骤S1中玉米淀粉添加量为20%,为满足添加量为100%,PBAT树脂的添加量为24.7wt%。
试验例
本试验例测试了实施例和对比例制备的PBAT基材料的性能。其中测试方法、条件和测试结果如表1所示。
表1PBAT基材料的性能
测试结果显示,对比例1-3注塑成产品之后表面都有不同程度的分层现象,对比例4表面有明显的料花缺陷,因此都不适合于注塑成型。
测试结果还显示,实施例制备的PBAT基材料具有较为均衡的拉伸强度、伸长率和弯曲模量,也就是具有均衡的力学性能,因此可扩展其应用范围;但是,如果不添加功能助剂(对比例1),则会使断裂伸长率降低将近一半;若不添加相容剂(对比例2),则PBAT和PLA之间不能有效相容,因此断裂伸长率降低约85%;若不添加淀粉(对比例3),则断裂伸长率也显著下降,说明淀粉不仅能提升材料的可降解性能,还可提升PBAT基材料的力学性能。
此外本发明所采用的制备原料,包括PBAT\PLA和玉米淀粉都是可生物降解的组分,采用的填料对环境不存在污染问题,因此,能够保证该材料体系具有较好的环境可降解性能。
上面对本发明实施例作了详细说明,但是本发明不限于上述实施例,在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外,在不冲突的情况下,本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
Claims (10)
1.一种PBAT基材料,其特征在于,制备原料包括:PBAT、PMMA、PLA、玉米淀粉、填料、功能助剂和相容剂。
2.根据权利要求1所述的PBAT基材料,其特征在于,按重量份数计,所述PBAT的添加量为14~53.9份;优选的,所述PBAT的添加量为30~40份;优选的,所述PBAT的熔体质量流动速率为2~5g/10min。
3.根据权利要求1所述的PBAT基材料,其特征在于,按重量份数计,所述PMMA的添加量为5~10份;优选的,所述PMMA的添加量约为8份;优选的,所述PMMA的熔体质量流动速率为15~25g/10min。
4.根据权利要求1所述的PBAT基材料,其特征在于,按重量份数计,所述PLA的添加量为10~20份;优选的,所述PLA的添加量约为15份;优选的,所述PLA的熔体质量流动速率为3~5g/10min。
5.根据权利要求1所述的PBAT基材料,其特征在于,按重量份数计,所述玉米淀粉的添加量为5~15份;优选的,所述玉米淀粉的添加量约为10份。
6.根据权利要求1所述的PBAT基材料,其特征在于,按重量份计,所述填料的添加量为25~35份;优选的,所述填料的添加量约为30份;优选的,所述填料为无机填料;优选的,所述无机填料具有片状或针状结构;优选的,所述无机填料选自滑石粉、云母和硅灰石中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的PBAT基材料,其特征在于,按重量份计,所述功能助剂的添加量为1~5份;优选的,所述功能助剂选自小分子多元醇;优选的,按重量份计,所述相容剂的添加量为0.1~1份;优选的,所述相容剂选自环氧修饰的乙烯类共聚物。
8.一种如权利要求1~7任一项所述的PBAT基材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.将所述玉米淀粉、功能助剂和填料混合后,再与所述PBAT、PMMA、PLA和相容剂预混;
S2.将步骤S1所得混合物依次经熔融共混、挤出、冷却造粒后即得。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,步骤S1中,所述混合的温度≤100℃;优选的,所述预混的温度≤100℃;优选的,步骤S2中,所述熔融共混,温度为140~180℃。。
10.一种电子电器,其特征在于,制备原料包括如权利要求1~7任一项所述PBAT基材料。
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GR01 | Patent grant | ||
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