Pbat/pla淀粉基完全生物降解材料组合物、粒子、复合膜及其制备方法
阅读说明：本技术 Pbat/pla淀粉基完全生物降解材料组合物、粒子、复合膜及其制备方法 (PBAT/PLA starch-based complete biodegradable material composition, particle, composite film and preparation method thereof ) 是由 常江 于 2021-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及完全生物降解材料领域,公开了一种PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料组合物、粒子、复合膜及其制备方法,该材料组合物包括：PBAT30-60重量份,PLA 3-10重量份,淀粉10-40重量份,增塑剂10-20重量份,润滑剂0.2-0.8重量份,相容剂0.1-0.5重量份,扩链剂0.1-0.5重量份。本发明提供的材料,能够完全降解,利用该材料可连续造粒和吹塑成型,制得的薄膜易开口,表面光滑,且力学性能优异。(The invention relates to the field of completely biodegradable materials, and discloses a PBAT/PLA starch-based completely biodegradable material composition, particles, a composite film and a preparation method thereof, wherein the material composition comprises the following components in parts by weight: PBAT30-60 parts by weight, PLA 3-10 parts by weight, starch 10-40 parts by weight, plasticizer 10-20 parts by weight, lubricant 0.2-0.8 part by weight, compatilizer 0.1-0.5 part by weight, and chain extender 0.1-0.5 part by weight. The material provided by the invention can be completely degraded, continuous granulation and blow molding can be realized by utilizing the material, and the prepared film is easy to open, smooth in surface and excellent in mechanical property.)
技术领域
本发明涉及完全生物降解材料领域，具体涉及一种PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料、粒子、复合膜及其制备方法。
背景技术
随着工业化得发展，塑料制品在我们生活中随处可见，塑料制品即丰富了我们的生活，也给我们的生活带来了便利，被广泛应用于生产、生活和科研等领域。
但塑料制品也给我们的生活带来了不便，在生活中随处可见的塑料遗弃物，不仅威胁着我们的健康，也对野生动植物存在危害。
PBAT是一种新型的生物降解塑料，因其结构中既有脂肪族链段又有芳香族链段，其中，柔性的脂肪链，保证了其有分子链良好的柔性，苯环则提高了分子的热稳定性，降低了分子的降解速度，并且扩大了PBAT分子空间，便于与其他分子共混。
PLA是以乳酸为原料聚合生成的高分子材料，具有无毒、无刺激性、强度高、易加工成型和优良的生物相容性等特点，制品在使用后可完全降解，因此，PLA是一种能真正达到生态和经济双重效应的生物环保材料，是近年来开发研究最活跃、发展最快的生物降解塑料。PLA可用于一次性饭盒以及其他各种食品、饮料外包装材料；适合加工成高附加值薄膜，取代目前易破碎的农用地膜；在生物医用材料中可用于医用缝合线、药物控释载体、骨科内固定材料、组织工程支架等。
因此希望结合两种材料的优异的性能，制备PBAT/PLA混合体系的制品，可减少对生活环境的污染。但就目前的技术而言，将两者直接共混，吹塑制得的薄膜开口难，在生产过程中，效率不高，同时，降低了袋子的使用性。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上的不足，提供了一种PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料组合物、粒子、复合膜及其制备方法。本发明提供的材料，能够完全降解，利用该材料可连续造粒和吹塑成型，制得的薄膜易开口，表面光滑，且力学性能优异。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料，其特征在于，该材料包括：PBAT 30-60重量份，PLA 3-10重量份，淀粉10-40重量份，增塑剂10-20重量份，润滑剂0.2-0.8重量份，相容剂0.1-0.5重量份，扩链剂0.1-0.5重量份。
第二方面，本发明提供了一种PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料粒子的制备方法，采用本发明所述的PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料组合物按照下述方法进行制备：
(1)将增塑剂和淀粉一起放入搅拌机中搅拌13-16min；
(2)将PBAT、PLA和助剂加入到塑化好的淀粉中一起搅拌5-10min，待搅拌均匀备用；
(3)将搅拌均匀的混合料使用平行双螺杆造粒机组挤出造粒。
第三方面，本发明提供了由本发明所述的方法制得的PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料粒子。
第四方面，本发明提供了由本发明所述的PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料粒子吹塑制得的PBAT/PLA淀粉基完全生物降解塑料薄膜。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料能够完全降解；
(2)本发明提供的PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料可连续造粒和吹塑成型，进一步提高了生产效率；
(3)本发明提供的PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料吹塑制得的薄膜易开口，且表面光滑，力学性能优异。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，如无特别说明，所用的各材料均可通过商购获得，如无特别说明，所用的方法为本领域的常规方法。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
第一方面，本发明提供一种PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料组合物，其特征在于，该材料组合物包括：PBAT 30-60重量份，PLA 3-10重量份，淀粉10-40重量份，增塑剂10-20重量份，润滑剂0.2-0.8重量份，相容剂0.1-0.5重量份，扩链剂0.1-0.5重量份。
在本发明中，优选地，该材料组合物包括：PBAT 50-60重量份，PLA 5-8重量份，淀粉20-35重量份，增塑剂10-20重量份，润滑剂0.4-0.8重量份，相容剂0.3-0.5重量份，扩链剂0.4-0.5重量份。
在本发明中，优选地，所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉、麦类淀粉、菱角淀粉和藕淀粉中的一种或多种。
对于增塑剂没有特别的限定，可以为本领域中常用的各种增塑剂，本领域技术人员可以根据实际使用需求进行确定，在本发明中，优选地，所述增塑剂为乙二醇、甘油、山梨醇、甘露醇、新戊二醇、三羟甲基丙烷、四羟甲基丙烷、二乙醇胺、三乙醇胺、三聚甘油、一缩二乙醇、聚乙二醇200和聚乙二醇400中的一种或多种。
在本发明中，优选地，所述润滑剂为石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、硬化油、三聚甘油单硬脂酸酯、季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸和硬脂酸钙中的一种或多种。
在本发明中，优选地，所述相容剂为铝酸脂偶联剂、钛酸酯偶联剂、SEBS、SEBS-g-GMA、SEBS-g-MAH、烯烃-GMA、POE-g-GMA、St-AN-GMA、无水柠檬酸、E-MA-GMA和E-BA-GMA中的一种或多种。
在本发明中，所述相容剂为铝酸脂偶联剂、钛酸酯偶联剂、SEBS、SEBS-g-GMA、SEBS-g-MAH、烯烃-GMA、POE-g-GMA、St-AN-GMA、无水柠檬酸、E-MA-GMA和E-BA-GMA中的一种或多种，优选地，所述相容剂为无水柠檬酸、铝酸脂偶联剂和钛酸酯偶联剂中的一种或多种。
在本发明中，优选地，所述扩链剂为聚氨酯类扩链剂。例如，可以为ADR4368、ADR4370S系列中的一种。
在本发明中，优选地，所述PBAT的熔体流动速率为2.99g/10min。在本发明的具体实施方式中选用金晖兆隆高新科技有限公司，原料的熔体流动速率为2.99g/10min的PBAT。
在本发明中，优选地，在本发明的具体实施方式中选用Nature Works公司，熔体流动速率为10.52g/10min的PLA。
第二方面，本发明提供了一种PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料粒子的制备方法，采用上述PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料组合物按照下述方法进行制备：
(1)将增塑剂和淀粉一起放入搅拌机中搅拌13-16min；
(2)将PBAT、PLA和助剂加入到塑化好的淀粉中一起搅拌5-10min，待搅拌均匀备用；
(3)将搅拌均匀的混合料使用平行双螺杆造粒机组挤出造粒。
在本发明的制备方法中，优选地，所述混合搅拌的条件包括：在100-300r/min下搅拌5-10min后，在400-700r/min下搅拌5-10min，控制料温不超过50℃，在100-300r/min下进行降温。
第三方面，本发明提供了由上述方法制得的PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料粒子。
在本发明中，优选地，所述的PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料粒子，在载荷为2.16kg、温度为190℃的熔体流动速率为2-3.5g/10min。
第四方面，本发明提供了由本发明所述的PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料粒子吹塑制得的PBAT/PLA淀粉基完全生物降解塑料薄膜。
在本发明的具体实施方式中，按照下述步骤进行制备：
(1)将所述的组分在高速混合机中搅拌10-20分钟；
(2)使用平行双螺杆造粒机组挤出、造粒，即得可吹塑成型的PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料的粒子，最后经吹塑制得薄膜；
其中，双螺杆造粒机组的各区段温度为75-165℃，螺杆转速为300-450rpm。
下面通过实施例对本发明进行详细地说明，但本发明并不仅限于下述实施例。
实施例中用到的所有原料均为市购。
实施例1
一种可用于PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料组合物，包括以下重量份原料：
PBAT 50重量份，PLA 8重量份，淀粉30重量份，甘油10重量份，硬脂酸0.4重量份，无水柠檬酸0.3重量份，ADR43680.4重量份。
实施例2
一种可用于PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料组合物，包括以下重量份原料：
PBAT 50重量份，PLA 8重量份，淀粉30重量份，甘油15重量份，硬脂酸0.6重量份、无水柠檬酸0.3重量份，ADR43680.4重量份。
实施例3
一种可用于PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料组合物，包括以下重量份原料：
PBAT 50重量份，PLA 8重量份，淀粉30重量份，甘油20重量份，硬脂酸0.8重量份、无水柠檬酸0.3重量份，ADR43680.4重量份。
实施例4
一种可用于PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料组合物，包括以下重量份原料：
PBAT 55重量份，PLA 8重量份，淀粉30重量份，甘油10重量份，硬脂酸0.4重量份，无水柠檬酸0.3重量份，扩链剂ADR4370S 0.5重量份。
实施例5
一种可用于PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料组合物，包括以下重量份原料：
PBAT 55重量份，PLA 8重量份，淀粉30重量份，甘油15重量份，硬脂酸0.6重量份，无水柠檬酸0.3重量份，扩链剂ADR4370S 0.5重量份。
实施例6
一种可用于PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料组合物，包括以下重量份原料：
PBAT 55重量份，PLA 8重量份，淀粉30重量份，甘油20重量份，硬脂酸0.8重量份，无水柠檬酸0.3重量份，扩链剂ADR4370S 0.5重量份。
对比例1
一种可用于PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料组合物，包括以下重量份原料：
PBAT 50重量份，PLA 8重量份，淀粉30重量份，山梨醇10重量份，硬脂酸钙0.4重量份，铝酸脂偶联剂0.3重量份，扩链剂ADR 43680.4重量份。
对比例2
一种可用于PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料组合物，包括以下重量份原料：
PBAT 55重量份，PLA 8重量份，淀粉30重量份，山梨醇15重量份，硬脂酸钙0.6重量份，铝酸脂偶联剂0.3重量份，扩链剂43680.4重量份。
对比例3
一种可用于PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料组合物，包括以下重量份原料：
PBAT60重量份，PLA 8重量份，淀粉30重量份，山梨醇20重量份，硬脂酸钙0.6重量份，钛酸酯偶联剂0.3重量份，扩链剂ADR4370S 0.4重量份。
将上述实施例1-6以及对比例1-3按照下述方法进行制备：
(1)将30重量份淀粉与10重量份的甘油倒入高混机，低速搅拌5-10min，高速搅拌5-10min；(2)将50重量份PBAT、8重量份PLA、0.4重量份硬脂酸、0.3重量份无水柠檬酸和0.4重量份ADR4368加入到(1)中，出料备用；(3)将(2)倒入造粒机进行造粒；(4)将粒子倒入吹塑机吹塑；以相同的方法对实施例2-6和对比例1-3进行造粒和吹塑，制得薄膜，并对该薄膜进行下述性能测试，测试结果如表1所示。
其中，拉伸强度、撕裂强度、熔体流动速率：按照相应国家标准测试方法进行测试。
拉伸性能测试：按照GB/T 1040.3-2006测试，试样采用2型，长度为150mm，宽度为15mm，试验速度为200mm/min。检测样品纵向和横向两个方向的数据；
撕裂强度测试：按GB/T 16578.2-2009的规定进行。检测样品纵向和横向两个方向的数据；
按国家标准GB3682-2000测试改性粒子的熔体流动速率。
拉伸强度单位为MPa，断裂伸长率单位为％，熔体流动速率。
表1
通过表1可知：本发明提供的PBAT/PLA淀粉基完全生物降解材料的性能优异，各项性能优异，适用于包装制品，特别适用于各种包装袋或封口袋中。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
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