CN113881196B - 纳米复合材料改性pbat生物降解塑料及其制备方法 - Google Patents

纳米复合材料改性pbat生物降解塑料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料的制备方法，生产原料配方包括如下质量份数比例的各组分：聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯40份，聚乳酸5～10份，纳米复合材料40～60份，抗氧化剂0.2～0.5份、增容剂0.3～0.8份、扩链剂0.3～0.8份、抗水解剂0.1～0.2份；所述纳米复合材料由热塑性淀粉，钛酸纳米管，邻苯二甲酸酐，甘油按照质量比5:1.5～2.5:0.5～1.5:1.5～2.5的比例组成。其优点是：1)可显著提升复合可降解粒料的力学性能；2)本发明组分中添加的纳米复合材料对基体链段的有效限制，使得复合可降解塑料的吸水率和水扩散系数降低，热稳定性能提高；3)本发明得到的纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料比纯PBAT降在土壤中降解快。

Description

纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是一种可降解塑料生产工艺。
背景技术
普通塑料不易降解，所含成分有潜在危险，在环境中不可降解而造成白色污染。随着环境污染的加剧及石油基资源的日益短缺，基于可再生资源的生物材料日益受到重视。
PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯)与PLA(聚乳酸)通过复合进行增强和增韧改性，但共混物的相容性会影响共混物的强度明显下降，因此常常需要加入填料进行增强，目前常使用的填料为热塑性淀粉。
钛酸纳米管(TNTs)是一维金属氧化物纳米材料，具有独特的结构和形貌，TiO2与浓NaOH溶液反应可制得组成是Na2-xHxTi2O4(OH)2，0≤X≤2的纳米管。X随后处理时溶液的pH值的不同而不同，当X＝2时即为钛酸纳米管。
发明内容
为进一步提高PBAT生物降解塑料的机械强度，本发明提供了一种纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料及其制备方法。
本发明所采用的技术方案是：纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料的制备方法，其特征在于，生产原料配方包括如下质量份数比例的各组分：聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯40份，聚乳酸5～10份，纳米复合材料40～60份，抗氧化剂0.2～0.5份、增容剂0.3～0.8份、扩链剂0.3～0.8份、抗水解剂0.1～0.2份；所述纳米复合材料由热塑性淀粉，钛酸纳米管，邻苯二甲酸酐，甘油按照质量比5:1.5～2.5:0.5～1.5:1.5～2.5的比例组成。
作为本发明的进一步改进，所述抗氧化剂选自三(壬基代苯基)亚磷酸酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八醇酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯中的一种或任意几种。
作为本发明的进一步改进，所述增容剂为邻苯二甲酸酐。
作为本发明的进一步改进，所述扩链剂为含有含氧官能团的共聚物，例如可以使用苯乙烯和丙烯酸缩水甘油酯共聚物。
作为本发明的进一步改进，所述抗水解剂为含有碳化二亚胺的聚合性抗水解稳定剂，例如可以使用碳化二亚胺。
本发明可以按照如下具体步骤实施：
S1、按照所述生产原料配方量取各原料；
S2、将热塑性淀粉、钛酸纳米管、邻苯二甲酸酐、甘油，将其放入搅拌机中搅拌均匀，得到改性淀粉/钛酸纳米管复合材料；
S3、将所述改性淀粉/钛酸纳米管复合材料与聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、抗氧化剂、增容剂、扩链剂、抗水解剂放入混合机中搅拌均匀，得到混合料；
S4、将所述混合料转入双螺杆挤出机中，挤出造粒，即得纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料。
本发明还公开了一种纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料，其即是由本发明的纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料的制备方法所制得。
本发明还公开了一种塑料制品的生产方法，其特点是生产原料包括本发明的的纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料。
本发明还公开了一种塑料制品，其即是由本发明的塑料制品的生产方法所制得。
本发明的有益效果是：1)可显著提升复合可降解粒料的力学性能；2)本发明组分中添加的纳米复合材料对基体链段的有效限制，使得复合可降解塑料的吸水率和水扩散系数降低，热稳定性能提高；3)本发明得到的纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料比纯PBAT塑料在土壤中降解快。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例一：
按照如下方法制备PBAT生物降解塑料：
(1)按照如下生产原料配方量取各原料：
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯40份，聚乳酸10份，纳米复合材料60份，抗氧化剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八醇酯0.2份、增溶剂邻苯二甲酸酐0.3份、扩链剂苯乙烯和丙烯酸缩水甘油酯共聚物0.3份、抗水解剂碳化二亚胺0.1份；所述纳米复合材料由热塑性淀粉，钛酸纳米管，邻苯二甲酸酐，甘油按照质量比5:2:1:2的比例组成。
(2)将热塑性淀粉、钛酸纳米管、邻苯二甲酸酐、甘油，将其放入高速搅拌机中搅拌均匀，得到改性淀粉/钛酸纳米管复合材料；
(3)将所述改性淀粉/钛酸纳米管复合材料与聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、抗氧化剂、增容剂、扩链剂、抗水解剂放入混合机中搅拌均匀，得到混合料；
(4)将所述混合料转入双螺杆挤出机中，挤出造粒，即得纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料。
实施例二：
按照如下方法制备PBAT生物降解塑料：
(1)按照如下生产原料配方量取各原料：
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯40份，聚乳酸5份，纳米复合材料55份，抗氧化剂双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯0.3份、增溶剂邻苯二甲酸酐0.6份、扩链剂苯乙烯和丙烯酸缩水甘油酯共聚物0.6份、抗水解剂化二亚胺0.2份；所述纳米复合材料由热塑性淀粉，钛酸纳米管，邻苯二甲酸酐，甘油按照质量比5:2:1:2的比例组成。
(2)将热塑性淀粉、钛酸纳米管、邻苯二甲酸酐、甘油，将其放入高速搅拌机中搅拌均匀，得到改性淀粉/钛酸纳米管复合材料；
(3)将所述改性淀粉/钛酸纳米管复合材料与聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、抗氧化剂、增容剂、扩链剂、抗水解剂放入混合机中搅拌均匀，得到混合料；
(4)将所述混合料转入双螺杆挤出机中，挤出造粒，即得纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料。
实施例三：
按照如下方法制备PBAT生物降解塑料：
(1)按照如下生产原料配方量取各原料：
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯40份，聚乳酸5份，纳米复合材料45份，抗氧化剂三(壬基代苯基)亚磷酸酯0.5份、增溶剂邻苯二甲酸酐0.8份、扩链剂苯乙烯和丙烯酸缩水甘油酯共聚物0.8份、抗水解剂碳化二亚胺0.2份；所述纳米复合材料由热塑性淀粉，钛酸纳米管，邻苯二甲酸酐，甘油按照质量比5:2:1:2的比例组成。
(2)将热塑性淀粉、钛酸纳米管、邻苯二甲酸酐、甘油，将其放入高速搅拌机中搅拌均匀，得到改性淀粉/钛酸纳米管复合材料；
(3)将所述改性淀粉/钛酸纳米管复合材料与聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、抗氧化剂、增容剂、扩链剂、抗水解剂放入混合机中搅拌均匀，得到混合料；
(4)将所述混合料转入双螺杆挤出机中，挤出造粒，即得纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料。
实施例四：
按照如下方法制备PBAT生物降解塑料：
(1)按照如下生产原料配方量取各原料：
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯40份，聚乳酸10份，纳米复合材料40份，抗氧化剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八醇酯0.3份、增溶剂邻苯二甲酸酐0.6份、扩链剂苯乙烯和丙烯酸缩水甘油酯共聚物0.6份、抗水解剂碳化二亚胺0.2份；所述纳米复合材料由热塑性淀粉，钛酸纳米管，邻苯二甲酸酐，甘油按照质量比5:2:1:2的比例组成。
(2)将热塑性淀粉、钛酸纳米管、邻苯二甲酸酐、甘油，将其放入高速搅拌机中搅拌均匀，得到改性淀粉/钛酸纳米管复合材料；
(3)将所述改性淀粉/钛酸纳米管复合材料与聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、抗氧化剂、增容剂、扩链剂、抗水解剂放入混合机中搅拌均匀，得到混合料；
(4)将所述混合料转入双螺杆挤出机中，挤出造粒，即得纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料。
实施例五：
按照如下方法制备PBAT生物降解塑料：
(1)按照如下生产原料配方量取各原料：
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯40份，聚乳酸5份，纳米复合材料50份，抗氧化剂双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯0.3份、增溶剂邻苯二甲酸酐0.8份、扩链剂苯乙烯和丙烯酸缩水甘油酯共聚物0.3份、抗水解剂碳化二亚胺0.2份；所述纳米复合材料由热塑性淀粉，钛酸纳米管，邻苯二甲酸酐，甘油按照质量比5:2:1:2的比例组成。
(2)将热塑性淀粉、钛酸纳米管、邻苯二甲酸酐、甘油，将其放入高速搅拌机中搅拌均匀，得到改性淀粉/钛酸纳米管复合材料；
(3)将所述改性淀粉/钛酸纳米管复合材料与聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、抗氧化剂、增容剂、扩链剂、抗水解剂放入混合机中搅拌均匀，得到混合料；
(4)将所述混合料转入双螺杆挤出机中，挤出造粒，即得纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料。
实施例六：
按照如下方法制备PBAT生物降解塑料：
(1)按照如下生产原料配方量取各原料：
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯40份，聚乳酸5份，纳米复合材料60份，抗氧化剂双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯0.3份、增溶剂邻苯二甲酸酐0.6份、扩链剂苯乙烯和丙烯酸缩水甘油酯共聚物0.6份、抗水解剂碳化二亚胺0.2份；所述纳米复合材料由热塑性淀粉，钛酸纳米管，邻苯二甲酸酐，甘油按照质量比5:2:1:2的比例组成。
(2)将热塑性淀粉、钛酸纳米管、邻苯二甲酸酐、甘油，将其放入高速搅拌机中搅拌均匀，得到改性淀粉/钛酸纳米管复合材料；
(3)将所述改性淀粉/钛酸纳米管复合材料与聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、抗氧化剂、增容剂、扩链剂、抗水解剂放入混合机中搅拌均匀，得到混合料；
(4)将所述混合料转入双螺杆挤出机中，挤出造粒，即得纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料。
对比例一：
该对比例为实施例一的对比实验，按照与实施例一相同的步骤和条件实施，其区别仅在于：将所述纳米复合材料替换为等质量的热塑性淀粉，具体步骤如下：
按照如下方法制备PBAT生物降解塑料：
(1)按照如下生产原料配方量取各原料：
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯40份，聚乳酸10份，热塑性淀粉60份，抗氧化剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八醇酯0.2份、增溶剂邻苯二甲酸酐0.3份、扩链剂苯乙烯和丙烯酸缩水甘油酯共聚物0.3份、抗水解剂碳化二亚胺0.1份；
(2)将各原料放入混合机中搅拌均匀，得到混合料；
(3)将所述混合料转入双螺杆挤出机中，挤出造粒，即得纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料。
对比例二：
该对比例为实施例一的对比实验，按照与实施例一相同的步骤和条件实施，其区别仅在于：所述纳米复合材料不含热塑性淀粉，具体步骤如下：
按照如下方法制备PBAT生物降解塑料：
(1)按照如下生产原料配方量取各原料：
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯40份，聚乳酸10份，纳米复合材料60份，抗氧化剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八醇酯0.2份、增溶剂邻苯二甲酸酐0.3份、扩链剂苯乙烯和丙烯酸缩水甘油酯共聚物0.3份、抗水解剂碳化二亚胺0.1份；所述纳米复合材料由钛酸纳米管，邻苯二甲酸酐，甘油按照质量比2:1:2的比例组成。
(2)将钛酸纳米管、邻苯二甲酸酐、甘油，将其放入高速搅拌机中搅拌均匀，得到钛酸纳米管预混料；
(3)将所述钛酸纳米管预混料与聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、抗氧化剂、增容剂、扩链剂、抗水解剂放入混合机中搅拌均匀，得到混合料；
(4)将所述混合料转入双螺杆挤出机中，挤出造粒，即得纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料。
性能测试：
采用万测微机控制电子万能试验机(140C)分别对上述实施例和对比例的PBAT生物降解塑料的拉伸强度、断裂伸长率进行测定，并按照国标GB/T16716.7-2012标准对上述材料进行生物堆肥降解实验，其各性能测试结果见表1所示：
表1PBAT生物降解塑料性能检测结果表
项目 拉伸强度MPa 断裂伸长率％ 降解率％
实施例一 19.4 567 98
实施例二 17.8 571 97
实施例三 20.4 559 97
实施例四 19.8 590 97
实施例五 21.8 530 98
实施例六 15.2 410 98
对比例一 10.5 158 98
对比例二 18.2 412 90
由上述实施例一、对比例一、对比例二可以看出，本发明的纳米复合材料可以显著提高PBAT生物降解塑料的拉伸强度和断裂伸长率，且其效果明显优于单独使用热塑性淀粉或不含热塑性淀粉的复合材料的效果，其原因可能是钛酸纳米管与淀粉间强氢键相互作用而使其在基体中均匀分散，从而起到显著改善复合材料的力学性能的技术效果。且从实施例一、对比例一、对比例二中可以看出，钛酸纳米管与淀粉间相互作用，可以提高复合材料的降解速率。

Claims (6)

1.纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料的制备方法，其特征在于，生产原料配方包括如下质量份数比例的各组分：聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯40份，聚乳酸5～10份，纳米复合材料40～60份，抗氧化剂0.2～0.5份、增容剂0.3～0.8份、扩链剂0.3～0.8份、抗水解剂0.1～0.2份；所述纳米复合材料由热塑性淀粉，钛酸纳米管，邻苯二甲酸酐，甘油按照质量比5: 1.5～2.5 : 0.5～1.5 : 1.5～2.5的比例组成；
所述纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料的制备方法包括以下步骤：
S1、按照所述生产原料配方量取各原料；
S2、将热塑性淀粉、钛酸纳米管、邻苯二甲酸酐、甘油，将其放入搅拌机中搅拌均匀，得到改性淀粉/钛酸纳米管复合材料；
S3、将所述改性淀粉/钛酸纳米管复合材料与聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、抗氧化剂、增容剂、扩链剂、抗水解剂放入混合机中搅拌均匀，得到混合料；
S4、将所述混合料转入双螺杆挤出机中，挤出造粒，即得纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料。
2.根据权利要求1所述的纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料的制备方法，其特征在于：所述抗氧化剂选自三(壬基代苯基)亚磷酸酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八醇酯、双（2,4-二叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯中的一种或任意几种。
3.根据权利要求1所述的纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料的制备方法，其特征在于：所述增容剂为邻苯二甲酸酐。
4.根据权利要求1所述的纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料的制备方法，其特征在于：所述扩链剂为苯乙烯和丙烯酸缩水甘油酯共聚物。
5.根据权利要求1所述的纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料的制备方法，其特征在于：所述抗水解剂为含有碳化二亚胺的聚合性抗水解稳定剂。
6.由权利要求1～5中任一项所述的方法制得的纳米复合材料改性PBAT生物降解塑料。
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