阅读说明：本技术 一种可快速降解的pla/pbat薄膜及其制备方法 (PLA/PBAT film capable of being rapidly degraded and preparation method thereof ) 是由 刘振国 陈妍慧 宫蕾 毛玉玺 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于高分子薄膜的制备技术领域,具体涉及一种高延展性且在水或碱液下可快速降解的PLA/PBAT薄膜及其制备方法。该薄膜材料组成包括PLA,重量份数30～70份；PBAT,重量份数30～70份；碱性盐,重量份数0.01～0.4份；扩链剂,重量份数0.1～0.5份；抗氧剂,重量份数0.2份。薄膜采用双螺杆挤出造粒,吹塑成型制备而成。在挤出成型中PLA和PBAT在碱性盐催化作用下部分酯键发生断裂,形成低分子量的PLA与PBAT,在扩链剂作用下发生反应性扩链和增容。本发明所述的PLA/PBAT薄膜韧性高、在水或碱液中降解速率快等优点,在快递、食品、服装和日用品包装等领域具有良好的应用前景。(The invention belongs to the technical field of preparation of polymer films, and particularly relates to a PLA/PBAT film which is high in ductility and can be rapidly degraded in water or alkali liquor and a preparation method thereof. The film material comprises 30-70 parts of PLA by weight; PBAT, 30-70 parts by weight; 0.01-0.4 parts of alkaline salt; 0.1-0.5 parts of chain extender by weight; 0.2 part of antioxidant. The film is prepared by adopting double-screw extrusion granulation and blow molding. In extrusion molding, partial ester bonds of PLA and PBAT are broken under the catalysis of alkaline salt to form low molecular weight PLA and PBAT, and reactive chain extension and compatibilization are performed under the action of a chain extender. The PLA/PBAT film has the advantages of high toughness, high degradation rate in water or alkali liquor and the like, and has good application prospect in the fields of express delivery, food, clothing, daily necessity packaging and the like.)

一种可快速降解的PLA/PBAT薄膜及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子薄膜的制备

技术领域

，具体涉及一种高延展性且在水、碱液下可快速降解的PLA/PBAT薄膜及其制备方法。

技术背景

由于塑料在国民经济和人民生活中的不可替代性，自1950年人类大规模制造塑料以来至今，人类大约生产出83亿吨塑料，其中63亿吨变成垃圾。2050年将超过340亿吨，废旧塑料的产量将为120亿吨。塑料污染已给环境造成了巨大压力，全世界都在积极推广可循环易回收可降解替代产品。生物可降解的聚合物材料，特别是来源于可再生资源的聚合物受到了高度关注。

聚乳酸(PLA)作为一种可降解、可再生的聚合物，其优异的生物相容性和高强度、高模量的力学性能引起了许多学者的关注。但因其固有的延展性差、冲击强度低、降解速率慢、降解条件相对苛刻等缺点，限制了其广泛应用。聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)也是一种可降解聚酯聚合物，与其他可降解聚酯材料相比，因其分子链有长链脂肪烃和芳环，由此表现出优异的柔韧性。这一优势使其可作为PLA的增韧改性剂。由于PLA与PBAT相容性差，直接将二者共混易导致复合材料相分离，在挤出成膜过程中存在熔体强度差、薄膜厚度不均等问题，最终导致PLA/PBAT薄膜产品力学性能较PE、PP和PET等传统包装膜相差甚远。

为了改善PBAT和PLA的相容性，一般在熔融共混过程中引入扩链剂、反应性界面相容剂或酯交换催化剂等。此过程中会形成一些高分子量的PLA与PBAT嵌段共聚物或多臂共聚物，从而提高PLA/PBAT复合膜的力学性能。如ZL201611028759.6公开的一种抗撕裂高韧性生物可降解材料及其制备方法；ZL201811568603.6公开的一种高抗冲PLA/PBAT复合材料及其制备方法；ZL201910361889.9公开的一种高韧性PLA/PBAT共混合金及其制备方法；ZL201910125046.9公开的一种PLA/PBAT复合材料及其制备方法。

从应用与回收的角度来讲，若PLA/PBAT薄膜具有优异韧性的同时，在回收过程中还具有较高的降解速率，将在快递、食品、服装和日用品包装等领域具有更广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的旨在解决PLA/PBAT薄膜相容性差、韧性差、降解周期长的问题，通过在PLA与PBAT共混体系中引入碱性盐助剂，通过碱性盐助剂与扩链剂的协同作用，获得了韧性高、在水或碱液中降解速率快的PLA/PBAT薄膜。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种可快速降解PLA/PBAT薄膜，其特征在于，该薄膜材料由如下按重量份数计的物质组成：PLA，30～70份；PBAT，30～70份；碱性盐，0.01～0.4份；扩链剂，0.1～0.5份；抗氧剂，0.2份。

进一步的，所述的PLA为市售任何一种PLA。

进一步的，所述的PBAT为市售任何一种PBAT。

进一步的，所述的碱性盐为市售的碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾等中的一种或多种的混合物。优选重量份数为0.2。

进一步的，所述的扩链剂为巴斯夫ADR 4468。优选重量份数为0.2。

进一步的，所述的抗氧剂为1010与168组合，按质量份数计，抗氧剂1010为0.1份、抗氧剂168为0.1份。

进一步的，本发明还提供一种可快速降解PLA/PBAT薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)PLA和PBAT的粒料使用前放置在真空烘箱80℃真空干燥12小时；

(2)将所有原料按重量份数称量，并机械混合成预混料，再由双螺杆挤出机挤出、水冷、切粒机造粒制成母粒；

(3)母粒经吹膜机吹塑成薄膜。

步骤(2)中，双螺杆挤出机挤出温度1-8区：155～185℃；主转速：200rpm/min；造粒切速：300rpm/min。

步聚(3)中，吹膜机的温度控制在165～180℃；主机螺杆转速：600rpm，牵引速度：6m/min，吹膜机的模头直径为30mm，吹胀比为3～4。

本发明的原理为：少量碱性盐引入到PLA与PBAT熔体中，因其呈碱性可以促进部分PLA与PBAT中酯键的断裂，获得低分子量的PLA与PBAT。在扩链剂作用下低分子量的PLA与PBAT自身或者相互发生扩链反应，形成的高分子量共聚物，并且改善两者间的相容性，可提升PLA/PBAT薄膜的延展性；因碱性盐在体系中的存在，当PLA/PBAT薄膜在水或者碱液中进行降解时，可形成碱液或者提高碱性，将加速薄膜的降解。过程示意图如图1所示。

与现有技术相比，本发明取得的有益技术效果为：碱性助剂的引入，与扩链剂协同作用，实现PLA、PBAT的断链与扩链，并能赋予PLA/PBAT薄膜高延展性与快速降解的性能，并且具有制备工艺过程简单，制备成本低等优点。

附图说明

图1为本发明挤出成型中PLA、PBAT的断链与扩链过程，及共聚物分子链在水或碱液中的降解过程示意图。

图2为本发明实施例4的PLA/PBAT薄膜在碱液中降解过程记录图。

具体实施方式

以下将详细描述本发明的示例性实施方法。但这些实施方法仅为示范性目的，而本发明不限于此。可以采用任何适宜的熔融加工工艺，如：密炼、单螺杆挤出共混，都可以获得PLA/PBAT共混复合材料，再通过后续的成型，如：压制成型、注塑成型、流延成型，都可达到增韧产品与提高其降解速率的目的。

下面以具体的实施例对本发明进行进一步详细描述，本实施例提供5种PLA/PBAT薄膜组成，并提供5组对比例。按照表1所示的实施例与对比例的配方进行配料。配料前PLA、PBAT在真空烘箱80℃真空干燥12小时。挤出造粒时，双螺杆挤出机挤出温度1-8区：155～185℃；主转速：200rpm/min；造粒切速：300rpm/min。吹塑成型时，吹膜机的温度控制在165～180℃；主机螺杆转速：600rpm，牵引速度：6m/min，吹膜机的模头直径为30mm，吹胀比为3～4。

表1实施例与对比例配方

将实施例1-5、对比例1-5分别制备得到的薄膜，按GB/T1040.3-2006进行拉伸性能测试，获得拉伸强度与断裂伸长率。具体测试结果如表2所示。

表2 PLA/PBAT薄膜力学性能测试结果

将实施例4、对比例1～3制备得到的薄膜分别进行温水降解与碱液降解实验。具体操作为称取0.2g的薄膜，将其泡入温水或碱液中，每间隔1小时，取出烘干，然后称量。降解率由0.2g减去称量质量再除以0.2g。具体测试结果分别如表3与表4所示。

表3 PLA/PBAT薄膜在温水中的降解率(％)

时间(h)	实施例4	对比例1	对比例2	对比例3
					1	27.18	13.00	8.37	11.73
2	40.34	25.79	18.33	21.65
					3	51.68	32.37	23.79	30.46
4	58.76	41.72	32.30	36.27
					5	67.28	55.62	37.93	42.94

注：水温度为85～90℃。

表4 PLA/PBAT薄膜在碱液中的降解率(％)

时间(h)	实施例4	对比例1	对比例2	对比例3
					1	33.15	15.85	10.21	14.3
2	45.84	29.31	21.56	24.6
					3	61.52	38.54	28.32	35.42
4	68.32	48.51	37.56	42.18
					5	79.15	66.21	45.15	50.52

注：碱液为0.1mol/L NaOH溶液，溶液温度为85～90℃。

从PLA/PBAT降解过程示意图中，可以看出，1h后的薄膜表面已有较少数量的微孔，说明已经发生了初步降解；2h后，薄膜已经分解为粗条状；到了3h，薄膜已基本完全分解为条状，且此时的形状比之前的更细小；4h后，薄膜进一步降解，从外观上已部分变成丝状；5h后发现薄膜已经基本变成更细的纤维状。