一種可完全降解的消耗品薄膜及其製備方法與流程
2023-11-11 23:18:07
本發明涉及一種薄膜及其製備方法，更具體地涉及一種可完全降解的消耗品薄膜及其製備方法，屬於化工技術領域。
背景技術：
塑料工業迅速發展，其用途已經滲透到國民經濟的各個領域，用途十分廣泛。中國每年產生的廢棄塑料約為500萬噸，其中大多數廢棄塑料為聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）和聚苯乙烯（PS）材料，這些材料不能夠自然分解。因此，由PP材料、PE材料、PS材料製備的一次性塑料包裝廢棄物及其相應的農用薄膜和一次性餐具，如果被隨意丟棄將會因其非降解性堆積在土地上，從而造成嚴重的白色汙染，而且這種潛在的汙染同時也會隨著人們使用量的增加和時間的積累而加劇，目前我國白色汙染嚴重，已經引起政府有關部門和社會的普遍關注，相關法律法規已經出臺，尤其是在歐美市場，非可降解塑料的使用受到嚴格的限制。
生物可降解材料是在一定環境(如溫度、PH值和氧氣)下，並在細菌、真菌、黴菌和藻類等自然界微生物作用下，能發生化學、生物或物理作用而降解或分解，並最終完全變成二氧化碳、甲烷、水、無機鹽和新的生物質的材料。高分子的生物降解過程分二步進行。首先，微生物附著於材料表面，分泌水解酶，促進分子鏈斷裂成小分子物質(低聚物、有機酸等)，材料性能下降。接著，小分子物質被微生物吸收、分解，在有氧環境下生成二氧化碳，無氧條件下則生成甲烷等小分子。
聚乳酸(PLA)和聚對苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯(PBAT)是應用最廣泛的生物可降解聚酯，Natureworks和BASF分別是PLA和PBAT全球最大生產商，年產量分別為14萬噸和6.5萬噸。其他生物可降解材料還有聚己內酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸己二酸丁二醇酯、脂肪族聚碳酸酯、聚羥基烷基酸酯、澱粉等。生物可降解材料最大的應用市場在薄膜領域，2015年吉林省正式施行「禁塑令」，規定在全省範圍內，禁止生產和銷售一次性不可降解塑料購物袋和塑料餐具，且可降解產品中PLA含量必須大於35％。BASF聯合上海弘睿化工在全國範圍推廣PBAT/PLA複合薄膜在農業領域的應用，已發現可代替傳統PE薄膜使用，且對部分農作物起到增產效果。雖然PLA和PBAT都有著獨特的性能，但實驗表明PLA強度高柔韌性差，PBAT材料強度不高韌性好，如能結合兩者的優點，相互補充，可以製備出性能良好的PLA/PBAT生物降解複合材料。但是PLA和PBAT為一個不相容的兩相體系，分散相PBAT將以較大粒徑分散在PLA基體中，並且PBAT和PLA相容性差，這極大地限制了PBAT對PLA韌性的改善效果。
申請公布號為CN102702696A的中國專利申請公開了一種全降解生物材料及其製品，該全降解生物材料由PBAT和PLA組成，其中，PBAT佔75wt%～90wt%，其餘為PLA。雖然在該全降解生物材料中PBAT和PLA相容性仍然不佳，但是在該全降解生物材料中PBAT含量較多，佔75wt%～90wt%，由於PBAT本身就具有良好的韌性，因此，該全降解生物材料製備的薄膜製品體現出良好的柔韌性。但是由於該全降解生物材料中PBAT和PLA之間的相容性較差，因此，其韌性、強度都有待進一步提高。
嵌段共聚物是由兩種或兩種以上性質不同聚合物單元通過化學鍵連結而成的特殊聚合物，它可以將不同聚合物的優良性質組合在一起，得到性能更加優越的功能聚合物材料。根據組成嵌段共聚物的連結單元的數量不同，可分為兩嵌段共聚物，三嵌段共聚物，多嵌段共聚物等。 兩親性嵌段共聚物由疏水性片段和親水性片段組合而成，通常以聚乙二醇(PEG)等為親水段，聚乳酸(PLA)等為疏水段。具有親脂性和親水的嵌段共聚物在選擇性的溶劑中能自組裝形成納米尺度的膠束，其粒徑一般分布在10-1000nm的範圍內。
因此，需要提高PBAT和PLA相容性，使PBAT對PLA的增韌效果更加顯著，從而獲得性能更好、更穩定的複合材料。
技術實現要素：
本發明針對現有技術的不足，為了製備得到一種可完全降解的消耗品薄膜並確保其機械強度，本發明人對此進行了深入研究，在付出了大量的創造性勞動和經過深入研究探索後，從而完成了本發明。為了實現本發明的目的，擬採用如下技術方案：
本發明一方面涉及一種可完全降解的消耗品薄膜，其特徵在於所述的可完全降解的消耗品薄膜含有：
PBAT 50-70%
PLA-PEG嵌段共聚物 8-20%
澱粉 20-30%
爽滑劑 0.5-2%
開口劑 0.5-2%
防UV劑 0-1%
阻燃劑 0-1%。
在本發明的一個優選實施方式中，所述的可完全降解的消耗品薄膜不含有其它相容劑。
在本發明的另外一個優選實施方式中，所述的可完全降解的消耗品薄膜組分之和為100%。
在本發明的一個優選實施方式中，PLA-PEG嵌段共聚物中PLA的平均聚合度為60-150，PEG的聚合度為20-70。
在本發明的一個優選實施方式中，所述的澱粉為未經處理的玉米澱粉和/或紅薯澱粉。
在本發明的一個優選實施方式中，所述的爽滑劑選自芥酸醯胺和/或油酸醯胺。
在本發明的一個優選實施方式中，所述的開口劑為超細硅藻土，優選的，所述的超細硅藻土平均粒徑小於5微米。
在本發明的一個優選實施方式中，所述的開口劑為白炭黑，優選的，所述的白炭黑的平均粒徑3-4微米。
在本發明的一個優選實施方式中，所述的防UV劑為二氧化鈦。
在本發明的一個優選實施方式中，所述的阻燃劑為十溴二苯醚。
本發明另一方面還涉及上述可完全降解的消耗品薄膜的製備方法，其特徵在於所述的製備方法為單螺杆擠出法。
在本發明的一個優選實施方式中，所述的製備方法包括如下步驟：原料預處理：取真空乾燥原料按比例混合，常溫下攪拌；
擠出造粒：單螺杆擠出機熔融共混、擠出造粒，擠出溫度為100～135℃，螺杆擠出機的口模溫度為120～200℃、螺杆長徑比為30-50：1，轉速200-300r/min；
加工成型：30℃真空乾燥12h，110～130℃流延成膜。（改成130-160℃）
本發明所述的可完全降解的消耗品薄膜通過採用PLA-PEG嵌段共聚物，利用該嵌段共聚物的親水親油的兩親特性，有效的改善了PBAT與其它成分的相容性，進而改善了薄膜的機械性能，節約了PBAT的使用量，本產品可製作成：購物袋、浴簾、桌布、止滑抽屜墊、服裝罩、冰袋、雨傘、醫療耗用品及家居一次性消耗品，具有良好的應用潛力和廣泛的工業化生產價值。
具體實施方式
若未特別說明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段。
實施例1：
提供一種完全可降解的薄膜及其製備方法，所述完全可降解薄膜的組分及含量如下：
PBAT 60%
PLA（平均聚合度為100）-PEG（平均聚合度為30）嵌段共聚物 10%
玉米澱粉 27%
爽滑劑：芥酸醯胺 1%
開口劑：超細硅藻土（平均粒徑小於5微米） 1%
防UV劑（TiO2） 0.5%
阻燃劑（十溴二苯醚） 0.5%
所述製備方法具體包括：
原料預處理：取30℃真空乾燥10h的原料按比例混合，常溫下600r/min，高速攪拌3min；
擠出造粒：單螺杆擠出機熔融共混、擠出造粒，擠出溫度為100～135℃，螺杆擠出機的口模溫度為120～200℃、螺杆長徑比為40：1，轉速250r/min；
加工成型：30℃真空乾燥12h，110～130℃流延成膜。（改成130-160℃）
實施例2：
所述完全可降解薄膜的組分及含量如下：
PBAT 60%
PLA（平均聚合度為100）-PEG（平均聚合度為30）嵌段共聚物 12%
紅薯澱粉 25%
爽滑劑：油酸醯胺 1%
開口劑：白炭黑（平均粒徑3-4微米） 1%
防UV劑（TiO2） 0.5%
阻燃劑（十溴二苯醚） 0.5%
所述製備方法具體包括：
原料預處理：取30℃真空乾燥10h的原料按比例混合，常溫下600r/min，高速攪拌3min；
擠出造粒：單螺杆擠出機熔融共混、擠出造粒，擠出溫度為100～135℃，螺杆擠出機的口模溫度為120～200℃、螺杆長徑比為40：1，轉速250r/min；
加工成型：30℃真空乾燥12h，110～130℃流延成膜。（改成130-160℃）
實施例3
所述完全可降解薄膜的組分及含量如下：
PBAT 60%
PLA（平均聚合度為80）-PEG（平均聚合度為50）嵌段共聚物 10%
玉米澱粉 27%
爽滑劑：油酸醯胺） 1%
開口劑：超細硅藻土（平均粒徑小於5微米） 1%
防UV劑（TiO2） 0.5%
阻燃劑（十溴二苯醚） 0.5%
所述製備方法具體包括：
原料預處理：取30℃真空乾燥10h的原料按比例混合，常溫下600r/min，高速攪拌3min；
擠出造粒：單螺杆擠出機熔融共混、擠出造粒，擠出溫度為100～135℃，螺杆擠出機的口模溫度為120～200℃、螺杆長徑比為40：1，轉速250r/min；
加工成型：30℃真空乾燥12h，110～130℃流延成膜。（改成130-160℃）
實施例4
所述完全可降解薄膜的組分及含量如下：
PBAT 55%
PLA（平均聚合度為100）-PEG（平均聚合度為50）嵌段共聚物 15%
玉米澱粉 27%
爽滑劑：芥酸醯胺 1%
開口劑：白炭黑（平均粒徑3-4微米） 1%
防UV劑（TiO2） 0.5%
阻燃劑（十溴二苯醚） 0.5%
所述製備方法具體包括：
原料預處理：取30℃真空乾燥10h的原料按比例混合，常溫下600r/min，高速攪拌3min；
擠出造粒：單螺杆擠出機熔融共混、擠出造粒，擠出溫度為100～135℃，螺杆擠出機的口模溫度為120～200℃、螺杆長徑比為40：1，轉速250r/min；
加工成型：30℃真空乾燥12h，110～130℃流延成膜。（改成130-160℃）
實施例5
所述完全可降解薄膜的組分及含量如下：
PBAT 62%
PLA（平均聚合度為110）-PEG（平均聚合度為60）嵌段共聚物 10%
玉米澱粉 25%
爽滑劑：油酸醯胺 1%
開口劑：超細硅藻土（平均粒徑小於5微米） 1%
防UV劑（TiO2） 0.5%
阻燃劑（十溴二苯醚） 0.5%
所述製備方法具體包括：
原料預處理：取30℃真空乾燥10h的原料按比例混合，常溫下600r/min，高速攪拌3min；
擠出造粒：單螺杆擠出機熔融共混、擠出造粒，擠出溫度為100～135℃，螺杆擠出機的口模溫度為120～200℃、螺杆長徑比為40：1，轉速250r/min；
加工成型：30℃真空乾燥12h，110～130℃流延成膜。（改成130-160℃）
對比例1：
所述完全可降解薄膜的組分及含量如下：
PBAT 60%
PLA（平均聚合度為100） 7%
PEG（平均聚合度為30） 3%
玉米澱粉 27%
爽滑劑：油酸醯胺 1%
開口劑：白炭黑（平均粒徑3-4微米） 1%
防UV劑（TiO2） 0.5%
阻燃劑（十溴二苯醚） 0.5%
所述製備方法具體包括：
原料預處理：取30℃真空乾燥10h的原料按比例混合，常溫下600r/min，高速攪拌3min；
擠出造粒：單螺杆擠出機熔融共混、擠出造粒，擠出溫度為100～135℃，螺杆擠出機的口模溫度為120～200℃、螺杆長徑比為40：1，轉速250r/min；
加工成型：30℃真空乾燥12h，110～130℃流延成膜。（改成130-160℃）
對比例2：
所述完全可降解薄膜的組分及含量如下：
PBAT 63%
PLA（平均聚合度為100） 7%
玉米澱粉 27%
爽滑劑：芥酸醯胺 1%
開口劑：超細硅藻土（平均粒徑小於5微米） 1%
防UV劑（TiO2） 0.5%
阻燃劑（十溴二苯醚） 0.5%
所述製備方法具體包括：
原料預處理：取30℃真空乾燥10h的原料按比例混合，常溫下600r/min，高速攪拌3min；
擠出造粒：單螺杆擠出機熔融共混、擠出造粒，擠出溫度為100～135℃，螺杆擠出機的口模溫度為120～200℃、螺杆長徑比為40：1，轉速250r/min；
加工成型：30℃真空乾燥12h，110～130℃流延成膜。（改成130-160℃）
測試實施例：
對所得產品進行力學性能測試及吹膜實驗。測試結果如下表1所示
表1：不同條件下得到產品的性能測試數據
註：為了便於比較，以上膜性能數據均取自膜厚度為10μm的實驗薄膜。
以上所述是本發明的優選實施例，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。