CN106833449B - 一种可生物降解的改性聚乳酸胶带及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可生物降解的改性聚乳酸胶带及制备方法。所述的可降解胶带的构成包括以聚乳酸(PLA)、丁二酸丁二醇酯‑己二酸丁二醇酯共聚物(PBSA)、纳米纤维素和热塑性淀粉(TPS)为基材，改性丙烯酸酯压敏胶为黏胶。所述的基材层为无毒、无污染的混合可降解材料层，所述的胶黏剂为改性耐高温的压敏胶。该可降解胶带选材合理，安全环保，不仅满足胶带的剥离强度、持黏性等要求，而且还具备优良的可生物降解性，能在微生物作用下降解为水和二氧化碳，且在多等方面具有很好的应用前景。

Description

一种可生物降解的改性聚乳酸胶带及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料加工领域，更具体的说涉及一种可生物降解的改性聚乳酸胶带及其制备方法。
背景技术
常见聚合物材料的废弃物在给环境带来负面影响外，除了本身不可自然降解，不良增塑剂和防老剂的使用进一步添加了其危害度。绿色材料的开发和研究将有助于缓解这些实际生产和应用中的问题。
绿色可降解材料来源广泛、耗能低、易回收循环利用率高，在生产、使用、废弃及回收利用处理过程中，可做到资源和能源的节约，废弃后能以较快速度降解或再利用，不造成对生态平衡的破坏，同时这种材料对人体无害。生物质材料PLA和PBSA正是符合这些要求的理想材料之一。
聚乳酸(PLA)是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生。PLA的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。尽管PLA具有优良的力学性能，但因脆性大而限制了其在许多方面的应用。丁二酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯共聚物(PBSA)是一种热塑性脂肪族聚酯，具有可生物降解性，可熔融加工性，良好的机械性能、耐热性和耐化学腐蚀性。
胶带在人们日常生活中应用非常广泛，随着人们对环保意识的不断增强，环保可降解型的胶带研发也逐渐受到青睐。现阶段，国内对可降解胶带的研发较少，市场上也少有较成熟的产品推出。
发明内容
本发明人通过研究发现将PBSA按一定质量比添加到PLA可有效改善PLA制备薄膜过程中存在的缺陷。纳米纤维素由于其质轻且具有优良的可生物降解性、可再生性，用其作为PLA的填充材料，可以提高PLA复合材料的力学性能和阻隔性能，并改善PLA的热学性能及降解性能。此外，TPS的添加不仅降低了PLA材料产品的成本，更有可能进一步提高其降解速率。并且通过加入有机硅单体(KH570)及外加水性多异氰酸酯(GH)固化剂对丙烯酸酯压敏胶改性，制备得到的胶粘剂的综合性能相对最好。
本发明的目的是针对上述需求，提供一种可生物降解的改性聚乳酸胶带，该新型胶带选才合理，不仅安全可降解，还能满足持黏性和剥离强度的要求。
本发明的另一目的是提供一种制备上述胶带的方法。
为实现上述目的，针对聚乳酸自身的加工特性，选用PBSA、TPS及纳米纤维素按一定质量比与其共混熔融进行改性，制备出混合材料以改善PLA加工中存在的缺陷。
本发明所述可降解的改性聚乳酸胶带，其特征在于，所述的可降解胶带包括基材层、胶黏剂层。所述的胶黏剂层位于基材层表面，所述的基材层为无毒、无污染的可降解混合材料，所述的胶黏剂为改性的耐高温丙烯酸酯压敏胶。
所述的基材为聚乳酸(PLA)、10-20％丁二酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯共聚物(PBSA)、0-3％纳米纤维素和0-30％热塑性淀粉(TPS)(均相对于PLA质量而言)，基材膜厚度为20μm-150μm，所述的胶黏剂为压敏胶。改性PLA基材膜的制备工艺路线如附图2所示。
所述的胶黏剂进一步选自改性耐高温的压敏胶，主要是采用半连续种子乳液聚合法，通过加入有机硅单体(KH570)及外加水性多异氰酸酯(GH)固化剂对丙烯酸酯压敏胶改性，制备的一种改性丙烯酸酯压敏胶。
本发明更优选的改性耐高温丙烯酸酯压敏胶黏剂，其单体组成如下：
通过加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷及水性多异氰酸酯对丙烯酸酯压敏胶改性得到。
本发明所述可降解胶带的制备方法，步骤和条件如下：
第一步：制备改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂，该胶黏剂将进一步通过以下工艺获得：
步骤1.将单体[60％丙烯酸丁酯(BA)、16％丙烯酸-2-乙基己酯(2-EHA)、12％醋酸乙烯酯(VAc)、4％丙烯酸羟乙酯(HEA)、8％丙烯酸(AA)、0～1％γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)、0.7％水性多异氰酸酯(GH)(相对于总单体质量而言)]、添加1.2％烷基酚聚氧乙烯醚/十二烷基硫酸钠(OP-10/SDS)复配乳化剂到36％的去离子水(均相对于总单体质量而言)混合搅拌均匀，得到预乳化液；
步骤2.添加0.2％的NaHCO3到28％的去离子水(均相对于总单体质量而言)中配制缓冲溶液，加入到装有冷凝管、温度计、搅拌器和恒压漏斗的四口烧瓶中，升温至80℃，开始滴加1/3预乳化液和1/3引发剂(APS)，滴毕后保温0.5h；
步骤3.同时滴加剩余的引发剂和含链转移剂(NDM)的预乳化液[w(NDM)＝0.08％(相对于总单体质量而言)]，3～4h滴毕；
步骤4.升温至85～90℃，保温1～2h，降温出料。
所述的改性丙烯酸酯压敏胶安全环保，使用方便，该改性胶粘剂的综合性能相对最好。
第二步：用ZBQ-4型涂膜器在改性PLA基材膜的表面涂布改性丙烯酸酯压敏胶，得到涂布完胶黏剂的薄膜胶带。
所述的改性PLA基材膜厚度为20μm-150μm；
第三步：涂布完胶黏剂的薄膜胶带，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸胶带。
本发明获得如下有益效果
1、可降解改性聚乳酸胶带具有可生物降解性，废弃后堆肥处理，在自然环境下可降解为水和二氧化碳，对环境不造成威胁。
2、聚乳酸以玉米、小麦、土豆、甜菜等天然植物及其莲、叶、根等有机废弃物为原料，可经发酵聚合而制成，因此可替代不可再生的石油资源，节约能源。
3、可降解的改性聚乳酸胶带毒性小，利于环保。
4、经改性的丙烯酸压敏胶耐高温且环保。
5、经改性的PLA基材膜相关性能有所改善，和纯PLA基材膜相比，膜的拉伸强度和断裂伸长率有所提升，其最大值分别为61.03MPa，4.1％；其次耐水性能也有所改善，耐水性R值最大可至0.97；分析共混基材的热稳定性能时发现其玻璃化转变温度变化不大，因此改性PLA基材膜的耐热性比较稳定；此外，基材中添加适量的热塑性淀粉也加速了胶带废弃后的降解速率，相比不加淀粉的基材，其降解速率提高了1.2％。
6、所述的改性聚乳酸胶带其最大剥离强度为0.32KN/m，胶合强度也达到最大值5.57MPa。常温下也无脱胶，残留胶现象。
附图说明
图1为本发明实施例可降解的改性聚乳酸胶带的剖视图，该新型胶带包括基材层和胶黏剂层，所述的基材层为无毒、无污染的可降解混合材料，所述的胶黏剂为可降解的改性丙烯酸酯压敏胶。
图2为改性PLA基材膜的制备工艺路线图。
具体实施方式
实施例1：
在膜厚度为20μm的基材层[w(PBSA)＝10％、w(TPS)＝20％、w(纳米纤维素)＝1％(均相对于PLA质量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂，胶黏剂的用量为20g/m2，得到涂布完胶黏剂的薄膜。
所述的改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.2％(均相对于总单体质量而言)；
涂布完胶黏剂的薄膜胶带，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸胶带。
实施例2：
在膜厚度为20μm的基材层[w(PBSA)＝10％、w(TPS)＝10％、w(纳米纤维素)＝1％(均相对于PLA质量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂，胶黏剂的用量为40g/m2，得到涂布完胶黏剂的薄膜。
所述的改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.3％(均相对于总单体质量而言)；
涂布完胶黏剂的薄膜胶带，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸胶带。
实施例3：
在膜厚度为20μm的基材层[w(PBSA)＝20％、w(TPS)＝20％、w(纳米纤维素)＝2％(均相对于PLA质量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂，胶黏剂的用量为20g/m2，得到涂布完胶黏剂的薄膜。
所述的改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.3％(均相对于总单体质量而言)；
涂布完胶黏剂的薄膜胶带，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸胶带。
实施例4：
在膜厚度为20μm的基材层[w(PBSA)＝20％、w(TPS)＝30％、w(纳米纤维素)＝1％(均相对于PLA质量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂，胶黏剂的用量为40g/m2，得到涂布完胶黏剂的薄膜。
所述的改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.2％(均相对于总单体质量而言)；
涂布完胶黏剂的薄膜胶带，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸胶带。
实施例5：
在膜厚度为80μm的基材层[w(PBSA)＝10％、w(TPS)＝10％、w(纳米纤维素)＝1％(均相对于PLA质量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂，胶黏剂的用量为20g/m2，得到涂布完胶黏剂的薄膜。
所述的改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.3％(均相对于总单体质量而言)；
涂布完胶黏剂的薄膜胶带，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸胶带。
实施例6：
在膜厚度为80μm的基材层[w(PBSA)＝10％、w(TPS)＝20％、w(纳米纤维素)＝3％(均相对于PLA质量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂，胶黏剂的用量为40g/m2，得到涂布完胶黏剂的薄膜。
所述的改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.2％(均相对于总单体质量而言)；
涂布完胶黏剂的薄膜胶带，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸胶带。
实施例7：
在膜厚度为80μm的基材层[w(PBSA)＝20％、w(TPS)＝10％、w(纳米纤维素)＝1％(均相对于PLA质量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂，胶黏剂的用量为20g/m2，得到涂布完胶黏剂的薄膜。
所述的改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.2％(均相对于总单体质量而言)；
涂布完胶黏剂的薄膜胶带，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸胶带。
实施例8：
在膜厚度为80μm的基材层[w(PBSA)＝20％、w(TPS)＝10％、w(纳米纤维素)＝3％(均相对于PLA质量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂，胶黏剂的用量为40g/m2，得到涂布完胶黏剂的薄膜。
所述的改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.3％(均相对于总单体质量而言)；
涂布完胶黏剂的薄膜胶带，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸胶带。
实施例9：
在膜厚度为150μm的基材层[w(PBSA)＝10％、w(TPS)＝20％、w(纳米纤维素)＝1％(均相对于PLA质量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂，胶黏剂的用量为20g/m2，得到涂布完胶黏剂的薄膜。
所述的改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.4％(均相对于总单体质量而言)；
涂布完胶黏剂的薄膜胶带，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸胶带。
实施例10：
在膜厚度为150μm的基材层[w(PBSA)＝10％、w(TPS)＝5％、w(纳米纤维素)＝2％(均相对于PLA质量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂，胶黏剂的用量为40g/m2，得到涂布完胶黏剂的薄膜。
所述的改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.4％(均相对于总单体质量而言)；
涂布完胶黏剂的薄膜胶带，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸胶带。
实施例11：
在膜厚度为150μm的基材层[w(PBSA)＝20％、w(TPS)＝5％、w(纳米纤维素)＝2％(均相对于PLA质量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂，胶黏剂的用量为20g/m2，得到涂布完胶黏剂的薄膜。
所述的改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.3％(均相对于总单体质量而言)；
涂布完胶黏剂的薄膜胶带，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸胶带。
实施例12：
在膜厚度为150μm的基材层[w(PBSA)＝20％、w(TPS)＝10％、w(纳米纤维素)＝1％(均相对于PLA质量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂，胶黏剂的用量为40g/m2，得到涂布完胶黏剂的薄膜。
所述的改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.3％(均相对于总单体质量而言)；
涂布完胶黏剂的薄膜胶带，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸胶带。
实施例13：
在膜厚度为150μm的基材层[w(PBSA)＝20％、w(TPS)＝15％、w(纳米纤维素)＝1％(均相对于PLA质量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂，胶黏剂的用量为20g/m2，得到涂布完胶黏剂的薄膜。
所述的改性丙烯酸酯压敏胶胶黏剂中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.4％(均相对于总单体质量而言)；
涂布完胶黏剂的薄膜胶带，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸胶带。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种改性聚乳酸胶带，其特征在于，所述的胶带包括基材层、胶黏剂层，所述的胶黏剂层位于基材层表面，所述的基材为聚乳酸，以及相对于聚乳酸质量10-20％丁二酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯共聚物、0-3％纳米纤维素和0-30％热塑性淀粉；所述的胶黏剂为丙烯酸酯压敏胶，其单体组成如下：
通过加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷及水性多异氰酸酯对丙烯酸酯压敏胶改性得到。
2.如权利1所述的改性聚乳酸胶带，其特征在于所述的丙烯酸酯压敏胶，主要是采用半连续种子乳液聚合法，通过加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷及水性多异氰酸酯对丙烯酸酯压敏胶改性得到。
3.权利要求1-2中任一项所述的改性聚乳酸胶带，其特征在于所述基材层厚度为20μm-150μm。
4.权利要求1所述的改性聚乳酸胶带，其特征在于，相对于总单体质量而言，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷加入的量为0.2-0.4％、水性多异氰酸酯加入的量为0.7％。
5.如权利要求1所述的改性聚乳酸胶带，所述的丙烯酸酯压敏胶胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.将单体60％丙烯酸丁酯、16％丙烯酸-2-乙基己酯、12％醋酸乙烯酯、4％丙烯酸羟乙酯、8％丙烯酸，以及相对于总单体质量0.2-0.4％γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、相对于总单体质量0.7％水性多异氰酸酯、添加1.2％烷基酚聚氧乙烯醚/十二烷基硫酸钠复配乳化剂到36％的去离子水混合搅拌均匀，得到预乳化液，复合乳化剂和去离子水的含量均是相对于总单体质量而言；步骤2.添加0.2％的NaHCO3到28％的去离子水中配制缓冲溶液，NaHCO3和去离子水的含量均是相对于总单体质量而言，加入到装有冷凝管、温度计、搅拌器和恒压漏斗的四口烧瓶中，升温至80℃，开始滴加1/3预乳化液和1/3引发剂ASP，滴毕后保温0.5h；步骤3.同时滴加剩余的引发剂和含相对于总单体质量0.08％的链转移剂的预乳化液，3～4h滴毕；步骤4.升温至85～90℃，保温1～2h，降温出料即得。
6.如权利1-3中任一项所述的改性聚乳酸胶带的制备方法，其特征在于，用涂膜器在改性聚乳酸基材膜的表面涂布改性丙烯酸酯压敏胶，得到涂布完胶黏剂的薄膜胶带，所述的改性聚乳酸基材膜厚度为20μm-150μm；涂布完胶黏剂的薄膜胶带，置于80℃烘箱烘烤4min，即可得到所述的改性聚乳酸胶带。
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