CN114213816A - 一种绿色环保可降解塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种绿色环保可降解塑料，所述可降解塑料是由聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯作为主体树脂，并向其中添加改性的碱木质素，通过熔融共混的方式制备得到的。所述可降解塑料具有良好的力学性能和耐老化性。本发明还提供了所述塑料的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种绿色环保可降解塑料，以及所述塑料的制备方法。
背景技术
聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，兼具PBA和PBT的特性。聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯中含柔性的脂肪链和刚性的芳香链，因而具有高韧性和耐高温性。由于酯键的存在，促使其同时具有生物可降解性，是目前生物降解塑料中应用前景较好降解材料之一。目前，聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯主要应用于包装、纺织、农业、医药等行业。但是，聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯在储存和使用过程中，由于光照、辐射等作用，导致其在储存和使用过程比较容易发生降解，极大的影响了产品的使用寿命。
因此，需要提供一种具有良好稳定性同时力学性能优异的可生物降解塑料，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明提供了一种绿色环保可降解塑料，所述可降解塑料是由聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯作为主体树脂，并向其中添加改性的碱木质素，通过熔融共混的方式制备得到的。所述可降解塑料具有良好的力学性能和耐老化性。本发明还提供了所述塑料的制备方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种绿色环保可降解塑料，其特征在于，所述塑料由聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯和改性碱木质素通过熔融共混得到；
其中，所述改性碱木质素的制备方法为：
步骤一，氮气气氛下，将7-辛烯酸、乙酸乙酯加入反应器，控制反应器温度在0～5℃，优选0℃，滴加加入乙二酰氯，搅拌均匀后控制反应器温度在45～50℃反应3～4小时结束反应，优选控制反应器温度在50℃反应3小时结束反应，除去过量的乙二酰氯和乙酸乙酯，得到中间产物；
步骤二，氮气气氛下，将碱木质素和所述中间产物加入反应器，控制反应器温度在60～65℃反应45～50小时，优选控制反应器温度在65℃反应50小时，结束反应后加入甲醇，搅拌均匀后除去过量的甲醇，经干燥后得到所述改性碱木质素。
本发明采用向可降解的聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯中添加碱木质素，以此改善聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯的力学性能和稳定性。但是直接添加的碱木质素与聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯的相容性并不好，对于聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯的力学性能贡献不大或者会带来负面影响。因此，本发明通过7-辛烯酸对碱木质素进行改性，在碱木质素上引入空间结构适合的脂肪链，能够提高碱木质素与聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯之间的相容性，促进碱木质素的分散，进而提高聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯的力学性能和稳定性。此外，本发明选择的是7-辛烯酸用于碱木质素的改性，但是其他与7-辛烯酸结构类似的物质，并不能起到如7-辛烯酸能够起到的有益效果。
所述聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯和改性碱木质素的质量比为10：1～2，优选10：2。
所述改性碱木质素的制备方法步骤一中，以下列各组分之间的相对质量份计：
所述7-辛烯酸的用量为10质量份；
所述乙酸乙酯的用量为150～200质量份；
所述乙二酰氯的用量为11～14质量份。
所述改性碱木质素的制备方法步骤二中，以下列各组分之间的相对质量份计：
所述碱木质素10的用量为质量份；
所述中间产物8～8.5的用量为质量份；
所述甲醇的用量为5～8质量份。
本发明采用的聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯可以选择本领域常用的产品，获取方式可以通过商业采购或者按照本领域常用方法制备，不影响本发明的实施。优选地，所述聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯的熔融指数为3.5～6.5dg/min(190℃/2.16kg)，数均分子量为35000～40000。需要说明的是，所述聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯的熔融指数的测试标准为ISO1133，测试条件为190℃/2.16kg。在本发明的一个优选实例中，所述聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯采用的是杭州鑫富药业公司生产的牌号为2003F的产品，密度为1.26g/cm3，熔融指数为5.5dg/min(ISO1133，190℃/2.16kg)，芳香组份摩尔份数为45％，数均分子量为39700。
本发明采用的碱木质素可以选择本领域常用的产品，获取方式可以通过商业采购或者按照本领域常用方法制备，不影响本发明的实施。优选地，所述碱木质素的数均分子量为800～1000，羟基含量为4.5～5.5mmol/g。在一个优选的实例中，所述碱木质素采用的是瑞士Green Value公司生产的牌号为Protobind 1000的产品，其数均分子量为838，羟基含量为5.2mmol/g。
本发明所使用的各种原料限定在优选的范围内，一方面是确保所述碱木质素的改性反应和塑料的熔融共混过程平稳、产率较高、节约资源；另一方面是确保所述改性碱木质素在聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯中的分散效果适合，并且起到的提高力学性能和稳定性的作用最大。
所述塑料的制备方法，步骤包括：氮气气氛下，将所述聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯和改性碱木质素加入双螺杆挤出机，通过熔融共混后，得到所述塑料。
所述聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯和改性碱木质素进行熔融共混的过程可以采用本领域常用的方法进行。在一个优选的实例中，所述塑料的制备方法为：氮气气氛下，将所述聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯和改性碱木质素加入双螺杆挤出机，控制双螺杆挤出机的温度在130℃、转速为100rpm，封闭混合7分钟后经挤出造粒，得到所述塑料。
需要说明的是，本发明未作说明的内容，均可按照本领域常用的技术方案进行，不影响本发明的实施。
本发明具有以下有益效果：通过在碱木质素上引入适合的脂肪链，提高碱木质素在聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯中的分散性，进而提高聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯的力学性能和稳定性。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例和对比例所用原料如下：
聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯，牌号2003F，密度为1.26g/cm3，熔融指数为5.5dg/min(ISO1133，190℃/2.16kg)，芳香组份摩尔份数为45％，数均分子量为39700，杭州鑫富药业公司；
碱木质素，牌号Protobind 1000的产品，数均分子量为838，羟基含量为5.2mmol/g，瑞士Green Value公司。
改性碱木质素的制备方法为：
步骤一，氮气气氛下，将7-辛烯酸、乙酸乙酯加入反应器，控制反应器温度在0℃，滴加加入乙二酰氯，搅拌均匀后控制反应器温度在50℃反应3小时结束反应，除去过量的乙二酰氯和乙酸乙酯，得到中间产物；
步骤二，氮气气氛下，将碱木质素和中间产物加入反应器，控制反应器温度在65℃反应50小时，结束反应后加入甲醇，搅拌均匀后除去过量的甲醇，经干燥后得到所述改性碱木质素。
改性碱木质素和对比改性碱木质素制备方法中采用的各个原料用量列于表1和表2，以各原料对应步骤中的相对质量份计。其中，对比改性碱木质素的制备方法中相应步骤采用了不同的原料用于对比，其制备方法与改性碱木质素制备方法相同。
表1制备改性碱木质素步骤一各原料用量(质量份)
| 类别 | 中间产物1 | 中间产物2 | 对比中间产物 |
| 7-辛烯酸 | 10 | 10 | |
| 10-十一烯酸 | 10 | ||
| 乙酸乙酯 | 150 | 200 | 200 |
| 乙二酰氯 | 11 | 14 | 14 |
表2制备改性碱木质素步骤二各原料用量(质量份)
实施例塑料样品的制备方法为：氮气气氛下，将聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯和改性碱木质素加入双螺杆挤出机，控制双螺杆挤出机的温度在130℃、转速为100rpm，封闭混合7分钟后经挤出造粒，得到样品。
实施例和对比例各原料用量列于表3，以各组分之间的相对质量份计。其中，对比例中相应步骤采用了不同的原料用于对比，其制备方法与实施例相同。对比例3为空白样品，依然按照与实施例一致的方法挤出造粒。
表3实施例和对比例各原料用量(质量份)
| 类别 | 实施例1 | 实施例2 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
| 聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 改性碱木质素1 | 1 | ||||
| 改性碱木质素2 | 2 | ||||
| 对比改性碱木质素 | 2 | ||||
| 碱木质素 | 2 |
性能测试样品制备方法：将实施例和对比例的样品在140℃下通过压片机热压成型，得到厚度为90μm的薄膜样品。
性能测试标准和方法：
1、力学性能的测试标准为GB/T1040-2006，哑铃样条宽12.5mm，长75mm，拉伸速率为50mm/min；
2、耐老化性能测试方法：将薄膜样品置于配有氙灯和日光标准滤镜的老化试验箱中进行紫外照射，辐照强度为400w.m-2，黑板温度63℃，照射50小时；辐照结束后取出薄膜样品，按照前述力学性能测试方法进行老化后的力学性能测试。
实施例和对比例样品的测试结果列于表4。
表4实施例和对比例样品测试结果
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种绿色环保可降解塑料，其特征在于，所述塑料由聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯和改性碱木质素通过熔融共混得到；
其中，所述改性碱木质素的制备方法为：
步骤一，氮气气氛下，将7-辛烯酸、乙酸乙酯加入反应器，控制反应器温度在0～5℃，优选0℃，滴加加入乙二酰氯，搅拌均匀后控制反应器温度在45～50℃反应3～4小时结束反应，优选控制反应器温度在50℃反应3小时结束反应，除去过量的乙二酰氯和乙酸乙酯，得到中间产物；
步骤二，氮气气氛下，将碱木质素和所述中间产物加入反应器，控制反应器温度在60～65℃反应45～50小时，优选控制反应器温度在65℃反应50小时，结束反应后加入甲醇，搅拌均匀后除去过量的甲醇，经干燥后得到所述改性碱木质素。
2.根据权利要求1所述的塑料，其特征在于，所述聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯和改性碱木质素的质量比为10：1～2，优选10：2。
3.根据权利要求1所述的塑料，其特征在于，所述改性碱木质素的制备方法步骤一中，以下列各组分之间的相对质量份计：
所述7-辛烯酸的用量为10质量份；
所述乙酸乙酯的用量为150～200质量份；
所述乙二酰氯的用量为11～14质量份。
4.根据权利要求1所述的塑料，其特征在于，所述改性碱木质素的制备方法步骤二中，以下列各组分之间的相对质量份计：
所述碱木质素10的用量为质量份；
所述中间产物8～8.5的用量为质量份；
所述甲醇的用量为5～8质量份。
5.根据权利要求1所述的塑料，其特征在于，所述聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯的熔融指数为3.5～6.5dg/min，数均分子量为35000～40000。
6.根据权利要求1所述的塑料，其特征在于，所述碱木质素的数均分子量为800～1000，羟基含量为4.5～5.5mmol/g。
7.一种权利要求1～6任一项所述塑料的制备方法，其特征在于，步骤包括：氮气气氛下，将所述聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯和改性碱木质素加入双螺杆挤出机，通过熔融共混后，得到所述塑料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220322 |
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