CN114854183A - 一种防静电可降解塑料膜的组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防静电可降解塑料膜的组合物，包括以下重量份原料：PBAT 35～45份、聚乳酸10～15份、淀粉5～10份、碳纳米管协效石墨烯改性剂4～8份、界面添加剂3～7份、热稳定剂2～5份、加工助剂1～3份；界面添加剂的制备方法为：将1‑5份N‑[3‑(三甲氧基硅基)丙基]正丁胺加入到10‑15份的偶联剂的醇溶液中，然后再加入1‑5份聚二甲基硅氧烷，搅拌混合充分，最后再加入1‑3份壳聚糖，然后再加入醋酸，调节pH至6.0，得到界面添加剂。本发明塑料膜采用PBAT、聚乳酸、淀粉等基料，配合碳纳米管协效石墨烯改性剂静电助剂，制备的塑料膜材料，不仅具有优异的降解性能，同时抗静电效果强。

Description

一种防静电可降解塑料膜的组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及降解塑料膜技术领域，具体涉及一种防静电可降解塑料膜的组合物及其制备方法。
背景技术
可降解薄膜既具有传统塑料的功能和特性、又可在达到使用寿命之后，通过土壤和水中的微生物作用或通过阳光中的紫外线的作用，在自然环境中分裂降解，最终以还原形式重新进入生态环境中，回归大自然。国内研发的品种已涵盖光降解、光生物降解、光氧化生物降解、高淀粉含量型生物降解、高碳酸钙填充型光氧降解、全生物降解等。
现有的塑料膜为了抗静电加入石墨烯、聚苯胺等原料，而原料之间无机性，会与产品中的聚乙烯等原料界面难相容，一方面影响防静电效果，另一方面影响产品的降解，因而为了协调改进抗静电、降解的效果，本发明提供一种防静电可降解塑料膜的组合物及其制备方法。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种防静电可降解塑料膜的组合物及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供了一种防静电可降解塑料膜的组合物，包括以下重量份原料：
PBAT 35～45份、聚乳酸10～15份、淀粉5～10份、碳纳米管协效石墨烯改性剂4～8份、界面添加剂3～7份、热稳定剂2～5份、加工助剂1～3份。
优选地，所述防静电可降解塑料膜的组合物包括以下重量份原料：
PBAT 40份、聚乳酸12.5份、淀粉7.5份、碳纳米管协效石墨烯改性剂6份、界面添加剂5份、热稳定剂3.5份、加工助剂2份。
优选地，所述淀粉为绿豆淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉、甘薯淀粉、玉米淀粉中的任意一种。
优选地，所述碳纳米管协效石墨烯改性剂的制备方法，包括以下步骤：
S101：将5-10份质量分数5-10％的盐酸溶液、2-6份偶氮二异丁脒盐酸盐先以100-400r/min的转速搅拌10-20min，搅拌处理，然后再加入1-3份十二烷基硫酸钠、1-4份钛酸锶，再搅拌混合充分，得到第一改性液；
S102：将15-25份石墨烯送入到30-40份第一改性液中搅拌混合充分，形成石墨烯第一改性液；
S103：将5-10份碳纳米管加入到20-30份第二改性液中，搅拌反应，水洗、干燥，形成碳纳米管第二改性剂；
S104：碳纳米管第二改性剂、石墨烯第一改性液按照重量比1:4混合，超声分散处理，处理结束，水洗、干燥，得到碳纳米管协效石墨烯改性剂。
优选地，所述S103中搅拌反应温度为65-75℃，搅拌15-25min，搅拌转速为400-500r/min。
本发明产品表面电阻最低可达到2.32.107Ω.cm2，具有优异的抗静电效果；降解性能，16周最高可达到13.21％，具有优异的抗静电、降解协配功效；
本发明的发明人发现碳纳米管协效石墨烯改性剂采用石墨烯代替，产品的抗静电效果显著下降，碳纳米管协效石墨烯改性剂中碳纳米管协效采用膨润土代替，以及制备方法不同，产品的性能虽有优化，但均不如本发明的改进效果显著，采用本发明碳纳米管协效石墨烯改性剂的选料和方法具有专有性；
此外，本发明的惊喜的发现，膨润土协配石墨烯，产品的降解程度发生显著变差，可能由于层状膨润土、片状石墨烯之间具有穿插补强功效，增强产品的稳定性，从而影响降解效率；因而膨润土的配合使用，不适应产品的降解、抗静电协同上应用。
优选地，所述第二改性液为质量分数5-10％的海藻酸钠水溶液。
优选地，所述S104中超声分散处理的功率为350-450W，超声时间为10-20min。
优选地，所述界面添加剂的制备方法为：
将1-5份N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]正丁胺加入到10-15份的偶联剂的醇溶液中，然后再加入1-5份聚二甲基硅氧烷，搅拌混合充分，最后再加入1-3份壳聚糖，然后再加入醋酸，调节pH至6.0，得到界面添加剂；
其中所述偶联剂的醇溶液为偶联剂KH570、乙醇按照重量比1:5混合配制而成。
本发明的发明人发现界面添加剂的使用具有优化产品的抗静电、降解效果；能够协助碳纳米管协效石墨烯改性剂，起到增效协同的效果，同时界面添加剂的制备采用本发明的方法制备，改进效果最显著，其他方法均达不到本发明的改进效果。
优选地，所述热稳定剂为硬脂酸钡、硬脂酸锌中的一种或多种组合；所述加工助剂为聚乙烯蜡、固体石蜡中的一种或多种的组合物。
本发明还提供了一种防静电可降解塑料膜的组合物的制备方法，包括以下步骤：将原料依次加入到搅拌机中搅拌混合充分，然后送入到密炼机中密炼，密炼机的温度为170℃，密炼10-20min，随后再加入双螺杆挤出机中挤出，挤出温度为185-195℃，然后再切粒，得到本发明的防静电可降解塑料膜的组合物。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明的防静电可降解塑料膜采用PBAT、聚乳酸、淀粉等基料，配合碳纳米管协效石墨烯改性剂静电助剂，同时通过热稳定剂、加工助剂辅助制备的降解膜，通过加入界面添加剂来改进静电剂中的无机原料与基料中的有机原料界面相容性问题，通过原料之间相互协配，协同增效，制备的塑料膜材料，不仅具有优异的降解性能，同时抗静电效果强；
石墨烯具有抗静电效果，但效果一般，本发明通过盐酸溶液、偶氮二异丁脒盐酸盐、十二烷基硫酸钠、钛酸锶组合的第一改性液对其形成活性石墨烯介质液，通过碳纳米管在海藻酸钠中分散，提高分散度，高比表面积的管状料在石墨烯介质液中，进行协配改性，改性后的碳纳米管协效石墨烯改性剂，能够显著增强产品的抗静电效果，同时发现碳纳米管协配剂的引入可增强产品的降解效果，这是由于碳纳米管高度协效分散，产品原料之间组合料崩解效果增强，从而提高了产品的降解效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本实施例的本发明提供了一种防静电可降解塑料膜的组合物，包括以下重量份原料：
PBAT 35～45份、聚乳酸10～15份、淀粉5～10份、碳纳米管协效石墨烯改性剂4～8份、界面添加剂3～7份、热稳定剂2～5份、加工助剂1～3份。
本实施例的防静电可降解塑料膜的组合物包括以下重量份原料：
PBAT 40份、聚乳酸12.5份、淀粉7.5份、碳纳米管协效石墨烯改性剂6份、界面添加剂5份、热稳定剂3.5份、加工助剂2份。
本实施例的淀粉为绿豆淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉、甘薯淀粉、玉米淀粉中的任意一种。
本实施例的碳纳米管协效石墨烯改性剂的制备方法，包括以下步骤：
S101：将5-10份质量分数5-10％的盐酸溶液、2-6份偶氮二异丁脒盐酸盐先以100-400r/min的转速搅拌10-20min，搅拌处理，然后再加入1-3份十二烷基硫酸钠、1-4份钛酸锶，再搅拌混合充分，得到第一改性液；
S102：将15-25份石墨烯送入到30-40份第一改性液中搅拌混合充分，形成石墨烯第一改性液；
S103：将5-10份碳纳米管加入到20-30份第二改性液中，搅拌反应，水洗、干燥，形成碳纳米管第二改性剂；
S104：碳纳米管第二改性剂、石墨烯第一改性液按照重量比1:4混合，超声分散处理，处理结束，水洗、干燥，得到碳纳米管协效石墨烯改性剂。
本实施例的S103中搅拌反应温度为65-75℃，搅拌15-25min，搅拌转速为400-500r/min。
本实施例的第二改性液为质量分数5-10％的海藻酸钠水溶液。
本实施例的S104中超声分散处理的功率为350-450W，超声时间为10-20min。
本实施例的界面添加剂的制备方法为：
将1-5份N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]正丁胺加入到10-15份的偶联剂的醇溶液中，然后再加入1-5份聚二甲基硅氧烷，搅拌混合充分，最后再加入1-3份壳聚糖，然后再加入醋酸，调节pH至6.0，得到界面添加剂；
其中所述偶联剂的醇溶液为偶联剂KH570、乙醇按照重量比1:5混合配制而成。
本实施例的热稳定剂为硬脂酸钡、硬脂酸锌中的一种或多种组合；所述加工助剂为聚乙烯蜡、固体石蜡中的一种或多种的组合物。
本实施例的一种防静电可降解塑料膜的组合物的制备方法，包括以下步骤：将原料依次加入到搅拌机中搅拌混合充分，然后送入到密炼机中密炼，密炼机的温度为170℃，密炼10-20min，随后再加入双螺杆挤出机中挤出，挤出温度为185-195℃，然后再切粒，得到本发明的防静电可降解塑料膜的组合物。
实施例1.
本实施例的本发明提供了一种防静电可降解塑料膜的组合物，包括以下重量份原料：
PBAT 35份、聚乳酸10份、淀粉5份、碳纳米管协效石墨烯改性剂4份、界面添加剂3份、热稳定剂2份、加工助剂1份。
本实施例的淀粉为绿豆淀粉。
本实施例的碳纳米管协效石墨烯改性剂的制备方法，包括以下步骤：
S101：将5份质量分数5％的盐酸溶液、2份偶氮二异丁脒盐酸盐先以100r/min的转速搅拌10min，搅拌处理，然后再加入1份十二烷基硫酸钠、1份钛酸锶，再搅拌混合充分，得到第一改性液；
S102：将15份石墨烯送入到30份第一改性液中搅拌混合充分，形成石墨烯第一改性液；
S103：将5份碳纳米管加入到20份第二改性液中，搅拌反应，水洗、干燥，形成碳纳米管第二改性剂；
S104：碳纳米管第二改性剂、石墨烯第一改性液按照重量比1:4混合，超声分散处理，处理结束，水洗、干燥，得到碳纳米管协效石墨烯改性剂。
本实施例的S103中搅拌反应温度为65℃，搅拌15min，搅拌转速为400r/min。
本实施例的第二改性液为质量分数5％的海藻酸钠水溶液。
本实施例的S104中超声分散处理的功率为350W，超声时间为10min。
本实施例的界面添加剂的制备方法为：
将1份N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]正丁胺加入到10份的偶联剂的醇溶液中，然后再加入1份聚二甲基硅氧烷，搅拌混合充分，最后再加入1份壳聚糖，然后再加入醋酸，调节pH至6.0，得到界面添加剂；
其中所述偶联剂的醇溶液为偶联剂KH570、乙醇按照重量比1:5混合配制而成。
本实施例的热稳定剂为硬脂酸钡；所述加工助剂为聚乙烯蜡。
本实施例的一种防静电可降解塑料膜的组合物的制备方法，包括以下步骤：将原料依次加入到搅拌机中搅拌混合充分，然后送入到密炼机中密炼，密炼机的温度为170℃，密炼10min，随后再加入双螺杆挤出机中挤出，挤出温度为185℃，然后再切粒，得到本发明的防静电可降解塑料膜的组合物。
实施例2.
本实施例的本发明提供了一种防静电可降解塑料膜的组合物，包括以下重量份原料：
PBAT 45份、聚乳酸15份、淀粉10份、碳纳米管协效石墨烯改性剂8份、界面添加剂7份、热稳定剂5份、加工助剂3份。
本实施例的淀粉为绿豆淀粉。
本实施例的碳纳米管协效石墨烯改性剂的制备方法，包括以下步骤：
S101：将10份质量分数10％的盐酸溶液、6份偶氮二异丁脒盐酸盐先以400r/min的转速搅拌20min，搅拌处理，然后再加入3份十二烷基硫酸钠、4份钛酸锶，再搅拌混合充分，得到第一改性液；
S102：将25份石墨烯送入到40份第一改性液中搅拌混合充分，形成石墨烯第一改性液；
S103：将10份碳纳米管加入到30份第二改性液中，搅拌反应，水洗、干燥，形成碳纳米管第二改性剂；
S104：碳纳米管第二改性剂、石墨烯第一改性液按照重量比1:4混合，超声分散处理，处理结束，水洗、干燥，得到碳纳米管协效石墨烯改性剂。
本实施例的S103中搅拌反应温度为75℃，搅拌25min，搅拌转速为500r/min。
本实施例的第二改性液为质量分数10％的海藻酸钠水溶液。
本实施例的S104中超声分散处理的功率为450W，超声时间为20min。
本实施例的界面添加剂的制备方法为：
将5份N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]正丁胺加入到15份的偶联剂的醇溶液中，然后再加入5份聚二甲基硅氧烷，搅拌混合充分，最后再加入3份壳聚糖，然后再加入醋酸，调节pH至6.0，得到界面添加剂；
其中所述偶联剂的醇溶液为偶联剂KH570、乙醇按照重量比1:5混合配制而成。
本实施例的热稳定剂为硬脂酸钡；所述加工助剂为聚乙烯蜡。
本实施例的一种防静电可降解塑料膜的组合物的制备方法，包括以下步骤：将原料依次加入到搅拌机中搅拌混合充分，然后送入到密炼机中密炼，密炼机的温度为170℃，密炼20min，随后再加入双螺杆挤出机中挤出，挤出温度为195℃，然后再切粒，得到本发明的防静电可降解塑料膜的组合物。
实施例3.
本实施例的本发明提供了一种防静电可降解塑料膜的组合物，包括以下重量份原料：
PBAT 40份、聚乳酸12.5份、淀粉7.5份、碳纳米管协效石墨烯改性剂6份、界面添加剂5份、热稳定剂3.5份、加工助剂2份。
本实施例的淀粉为绿豆淀粉。
本实施例的碳纳米管协效石墨烯改性剂的制备方法，包括以下步骤：
S101：将10份质量分数10％的盐酸溶液、4份偶氮二异丁脒盐酸盐先以200r/min的转速搅拌15min，搅拌处理，然后再加入2份十二烷基硫酸钠、2.5份钛酸锶，再搅拌混合充分，得到第一改性液；
S102：将20份石墨烯送入到35份第一改性液中搅拌混合充分，形成石墨烯第一改性液；
S103：将5-10份碳纳米管加入到20-30份第二改性液中，搅拌反应，水洗、干燥，形成碳纳米管第二改性剂；
S104：碳纳米管第二改性剂、石墨烯第一改性液按照重量比1:4混合，超声分散处理，处理结束，水洗、干燥，得到碳纳米管协效石墨烯改性剂。
本实施例的S103中搅拌反应温度为70℃，搅拌20min，搅拌转速为450r/min。
本实施例的第二改性液为质量分数7.5％的海藻酸钠水溶液。
本实施例的S104中超声分散处理的功率为400W，超声时间为15min。
本实施例的界面添加剂的制备方法为：
将3份N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]正丁胺加入到12.5份的偶联剂的醇溶液中，然后再加入3份聚二甲基硅氧烷，搅拌混合充分，最后再加入2份壳聚糖，然后再加入醋酸，调节pH至6.0，得到界面添加剂；
其中所述偶联剂的醇溶液为偶联剂KH570、乙醇按照重量比1:5混合配制而成。
本实施例的热稳定剂为硬脂酸锌；所述加工助剂为固体石蜡。
本实施例的一种防静电可降解塑料膜的组合物的制备方法，包括以下步骤：将原料依次加入到搅拌机中搅拌混合充分，然后送入到密炼机中密炼，密炼机的温度为170℃，密炼15min，随后再加入双螺杆挤出机中挤出，挤出温度为190℃，然后再切粒，得到本发明的防静电可降解塑料膜的组合物。
对比例1.
与实施例3不同是碳纳米管协效石墨烯改性剂采用石墨烯代替。
对比例2.
与实施例3不同是碳纳米管协效石墨烯改性剂制备中，碳纳米管采用膨润土代替。
对比例3.
与实施例3不同是碳纳米管协效石墨烯改性剂制备方法不同；
将10-20份石墨烯、5-10份碳纳米管混合，然后加入到20-30份质量分数5-10％的海藻酸钠溶液中，加入1-5份盐酸、2-4份偶联剂KH570，搅拌混合充分，水洗、干燥，得到碳纳米管协效石墨烯改性剂。
对比例4.
与实施例3不同是未添加界面添加剂。
对比例5.
与实施例3不同是界面添加剂采用1-3份壳聚糖、4-10份硅烷偶联剂KH570、1-3份柠檬酸。
将实施例1-3及对比例1-5产品进行性能测试；
表面电阻的测试：取实施例1-3及对比例1-5产品放入EST121型数字超高电阻、微电流测量仪中按照《GBT1410-2006材料体积电阻率和表面电阻率的试验方法》测试，测试结果见下表。
降解性能的测试参照GB/T19811-2005《在定义堆肥化中试条件下塑料材料崩解程度的测定》的具体要求进行；
实施例1-3及对比例1-5产品的性能测试如下：
Figure BDA0003655662100000101
从实施例1-3可看出；本发明产品表面电阻最低可达到2.32.107Ω.cm2，具有优异的抗静电效果；降解性能，16周最高可达到13.21％，具有优异的抗静电、降解协配功效；
从对比例1、实施例3可看出，碳纳米管协效石墨烯改性剂采用石墨烯代替，产品的抗静电效果显著下降，同时从对比例2-3可发现，碳纳米管协效石墨烯改性剂中碳纳米管协效采用膨润土代替，以及制备方法不同，产品的性能虽有优化，但均不如本发明的改进效果显著，采用本发明碳纳米管协效石墨烯改性剂的选料和方法具有专有性；
此外，发现，膨润土协配石墨烯，产品的降解程度发生显著变差，可能由于层状膨润土、片状石墨烯之间具有穿插补强功效，增强产品的稳定性，从而影响降解效率；
从对比例4-5发现，界面添加剂的使用具有优化产品的抗静电、降解效果；能够协助碳纳米管协效石墨烯改性剂，起到增效协同的效果，同时界面添加剂的制备采用本发明的方法制备，改进效果最显著，其他方法均达不到本发明的改进效果。
本发明的创新点在于：
石墨烯具有抗静电效果，但效果一般，本发明通过盐酸溶液、偶氮二异丁脒盐酸盐、十二烷基硫酸钠、钛酸锶组合的第一改性液对其形成活性石墨烯介质液，通过碳纳米管在海藻酸钠中分散，提高分散度，高比表面积的管状料在石墨烯介质液中，进行协配改性，改性后的碳纳米管协效石墨烯改性剂，能够显著增强产品的抗静电效果，同时发现碳纳米管协配剂的引入可增强产品的降解效果，这是由于碳纳米管高度协效分散，产品原料之间组合料崩解效果增强，从而提高了产品的降解效率。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种防静电可降解塑料膜的组合物，其特征在于，包括以下重量份原料：
PBAT 35～45份、聚乳酸10～15份、淀粉5～10份、碳纳米管协效石墨烯改性剂4～8份、界面添加剂3～7份、热稳定剂2～5份、加工助剂1～3份。
2.根据权利要求1所述的一种防静电可降解塑料膜的组合物，其特征在于，所述防静电可降解塑料膜的组合物包括以下重量份原料：
PBAT 40份、聚乳酸12.5份、淀粉7.5份、碳纳米管协效石墨烯改性剂6份、界面添加剂5份、热稳定剂3.5份、加工助剂2份。
3.根据权利要求1所述的一种防静电可降解塑料膜的组合物，其特征在于，所述淀粉为绿豆淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉、甘薯淀粉、玉米淀粉中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种防静电可降解塑料膜的组合物，其特征在于，所述碳纳米管协效石墨烯改性剂的制备方法，包括以下步骤：
S101：将5-10份质量分数5-10％的盐酸溶液、2-6份偶氮二异丁脒盐酸盐先以100-400r/min的转速搅拌10-20min，搅拌处理，然后再加入1-3份十二烷基硫酸钠、1-4份钛酸锶，再搅拌混合充分，得到第一改性液；
S102：将15-25份石墨烯送入到30-40份第一改性液中搅拌混合充分，形成石墨烯第一改性液；
S103：将5-10份碳纳米管加入到20-30份第二改性液中，搅拌反应，水洗、干燥，形成碳纳米管第二改性剂；
S104：碳纳米管第二改性剂、石墨烯第一改性液按照重量比1:4混合，超声分散处理，处理结束，水洗、干燥，得到碳纳米管协效石墨烯改性剂。
5.根据权利要求4所述的一种防静电可降解塑料膜的组合物，其特征在于，所述S103中搅拌反应温度为65-75℃，搅拌15-25min，搅拌转速为400-500r/min。
6.根据权利要求4所述的一种防静电可降解塑料膜的组合物，其特征在于，所述第二改性液为质量分数5-10％的海藻酸钠水溶液。
7.根据权利要求4所述的一种防静电可降解塑料膜的组合物，其特征在于，所述S104中超声分散处理的功率为350-450W，超声时间为10-20min。
8.根据权利要求1所述的一种防静电可降解塑料膜的组合物，其特征在于，所述界面添加剂的制备方法为：
将1-5份N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]正丁胺加入到10-15份的偶联剂的醇溶液中，然后再加入1-5份聚二甲基硅氧烷，搅拌混合充分，最后再加入1-3份壳聚糖，然后再加入醋酸，调节pH至6.0，得到界面添加剂；
其中所述偶联剂的醇溶液为偶联剂KH570、乙醇按照重量比1:5混合配制而成。
9.根据权利要求1所述的一种防静电可降解塑料膜的组合物，其特征在于，所述热稳定剂为硬脂酸钡、硬脂酸锌中的一种或多种组合；所述加工助剂为聚乙烯蜡、固体石蜡中的一种或多种的组合物。
10.一种如权利要求1-9任一项所述防静电可降解塑料膜的组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将原料依次加入到搅拌机中搅拌混合充分，然后送入到密炼机中密炼，密炼机的温度为170℃，密炼10-20min，随后再加入双螺杆挤出机中挤出，挤出温度为185-195℃，然后再切粒，得到本发明的防静电可降解塑料膜的组合物。
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