CN113698743A - 一种生物降解环保材料、制备方法及应用 - Google Patents

一种生物降解环保材料、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及可生物降解高分子材料与无机粉体原位聚合技术，尤其涉及一种可生物、焚烧、光氧多种降解的环保材料、制备方法及应用，所述生物降解环保材料的分子结构为海相与岛相两相互穿的网状分子结构，包括：45wt％‑50wt％的无机粉体、45wt％‑55wt％的PBAT树脂、0.675wt％‑1.5wt％的表面活性剂。1.引入无机粉体作为填料，改善了PBAT材料原有力学强度，同时大大降低了原料成本；2.连续相和分散相海岛结构中引入有机硅表面改性剂，不仅改善了无机粉体和PBAT相容性，使改性后材料较原PBAT材料提高了延展性和断裂伸长率；3.用负压抽吸工艺解决了混合材料中碳酸钙高温下酸解及气泡问题，解决了吹膜成型和注塑的成品缺陷；改善了PBAT降解困难且降解性高达90％以上。

Description

一种生物降解环保材料、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及可生物降解高分子材料与无机粉体原位聚合技术，尤其涉及一种可生物、焚烧、光氧多种降解的环保材料、制备方法及应用。
背景技术
降解塑料是指一类其制品的各项性能可满足使用要求，在保存期内性能不变，而使用后在自然环境条件下能降解成对环境无害的物质的塑料。现有多种新型塑料：光降解型塑料、生物降解型塑料、光、氧化\生物全面降解性塑料、二氧化碳基生物降解塑料、热塑性淀粉树脂降解塑料。
高分子材料本身在光氧条件下会发生缓慢的分解老化，塑料光氧降解机理是将光敏基团引入高分子结构中，例如，可以作为合成原料或作为添加的降解剂；光敏基团吸收紫外线后产生自由基，在空气中氧作用下促使高分子材料氧化劣化，大大加快了材料降解速度。
PBAT属于热塑性生物降解塑料，是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，兼具PBA和PBT的特性，既有较好的延展性和断裂伸长率，也有较好的耐热性和冲击性能；此外，还具有较好的生物降解性。本发明的发明人发现的，PBAT应用于可降解材料具有以下问题：1.使用成本高，售价是常规PE材料的2-3倍，限制了市场容量；2.现有PBAT材料使用时力学性能，尤其是拉伸和刺破强度较低；3.现有PBAT材料加工工艺在加工碳酸钙等填料时存在降解产气排气不畅，导致材料力学性能下降问题。
发明内容
传统挤出工艺在高温高压力作用下，PBAT树脂和碳酸钙微粉末降解，产生空洞气泡，具体原因是挤出工艺局部压力和温度过高，PBAT树脂降解产生的有机酸进一步和碳酸钙反应产生二氧化碳气体，导致材料结构和性能下降。通过改进捏炼反应条件，例如气压和真空度，极大减少了膜材空隙率，提高了膜材力学性能。
为解决背景技术中提及的至少一个问题，本发明实施方式的目的在于提供一种生物降解环保材料及其制备方法，解决现有PBAT树脂材料成本高、结晶度不足、溶体强度低、上吹膜成型难、降解方式单一和力学性能不足问题。PBAT树脂与改性后的无机粉体聚合，改性后的无机粉体有结晶作用，增加了结晶度和溶体强度，解决了PBAT树脂上吹膜成型工艺难的问题。采用独特的捏炼工艺，避免了传统挤出工艺在高温高压力作用下，PBAT树脂和碳酸钙微粉末降解，产生空洞气泡，影响成膜品质。
一种生物降解环保材料，包括：45wt％-50wt％的无机粉体、45wt％-55wt％的PBAT树脂和0.675wt％-1.5wt％的表面活性剂；所述生物降解环保材料具有海相结构与岛相结构两相互穿的网状分子结构；其中，所述无机粉体经所述表面活性剂改性得改性无机粉体，所述岛相结构由所述改性无机粉体组成，所述网状分子结构由所述改性无机粉体与所述PBAT树脂经反复链接缠绕和捏炼后形成。
优选的，所述无机粉体包括碳酸钙、碳酸镁和硅酸钙；所述无机粉体的粒径>3000目。
优选的，所述环保材料还包括：0.225wt％-0.5wt％的分散剂、0.45wt％-1wt％的润滑剂、0.225wt％-0.5wt％的抗氧剂和0.225wt％-0.5wt％增容剂。
优选的，所述增容剂包括ADR。
优选的，所述表面活性剂包括有机硅材料。
优选的，所述有机硅材料至少包括液体六甲基二硅氮烷、正十八烷基三氯硅烷和十六烷基三甲氧基硅烷中的一种。
在现有技术基础上，公开一种生物降解环保材料的制备方法，采用捏炼工艺，整体处于正常气压或负压环境下，包括：
步骤1将无机粉体输送至导热油加热型高速反应釜内，以表面活性剂为改性剂，以高速涡流形态反复对撞摩擦对所述无机粉体进行反应改性处理，获得第二无机粉体；所述第二无机粉体外部具备表面活性剂改性层；
步骤2向所述高速反应釜内加入PBAT，并与所述第二无机粉体进行链接缠绕，制得聚合物一；
步骤3将所述聚合物一输送至捏炼机内，进行共晶捏炼处理，制得具有海岛分子结构的聚合物二；其中，捏炼机内压力为负压；
步骤4将所述聚合物二输送至面磨热切造粒室内造粒，再经间接水冷滚筒式冷却器内冷却，分筛得颗粒物一，并将所述颗粒物一进行真空包装和储存，制得生物降解环保材料。
优选的，步骤1中改性处理时间为15min-20min；步骤2中链接缠绕的温度为160℃-180℃、时间为30min-40min；步骤3中桨叶捏炼转速为100r/min-120r/min，捏炼时间30min-40min，捏炼温度为150℃-180℃；步骤3所述负压为100-1.01×105Pa。
在现有技术基础上，公开一种生物降解环保材料的应用，将上述环保材料或上述方法制备的生物降解环保材料经过压延、吹塑或双向拉伸制成材料薄膜制品；或将所述生物降解环保材料经过挤出、吹塑或注塑制成材料板材或容器。
优选的，所述材料薄膜制品的横向拉伸强度≥19.5MPa，纵向拉伸强度≥22.3MPa，横向断裂伸长率≥518％，纵向断裂伸长率≥490％。
碳酸钙在PBAT材料降解过程中充当缓冲剂成分，有效促进降解单元表面PH稳定，有利于嗜碱性菌生长，防止因PH过低厌氧菌生长导致有氧呼吸效率下降，从而导致整体堆肥降解速率下降。以碳酸钙、碳酸镁等为主硅酸盐较其余酸惰性填料，对PBAT材料有氧堆肥降解，具有显著的促进作用。
本发明提出提供一种生物降解环保材料及其制备方法，具有以下特点：1.引入无机粉体作为填料，碳酸钙/PBAT复合材料的拉伸性能出现先降低后提高再降低的趋势，原因是低添加量碳酸钙未产生“岛相支撑作用”，反而因为干扰了PBAT树脂的有序性，导致PBAT树脂固有力学性能下降；而在碳酸钙粉体和PBAT树脂配比试验时，这两种现象始终存在且存在竞争作用，并在45-50wt％添加量碳酸钙时改善了PBAT材料原有力学强度，同时大大降低了原料成本；2.连续相和分散相海岛结构中引入有机硅表面改性剂，不仅改善了无机粉体和PBAT相容性，使改性后材料较原PBAT材料提高了延展性和断裂伸长率，所述材料薄膜制品的横向拉伸强度最大为19.5MPa，纵向拉伸强度最大为22.3MPa，横向断裂伸长率最大为518％，纵向断裂伸长率最大为490％；3.采用负压抽吸工艺解决了混合材料中碳酸钙高温下酸解及气泡问题，解决了吹膜成型和注塑的成品缺陷；4.与碳酸钙共混复合改善了PBAT降解困难的问题且复合材料生物降解性高达90％以上，该复合材料可达到环保型降解包装袋、购物袋及垃圾袋等工业生产需求。
附图说明
图1为生物降解环保材料制备流程图；
图2为生物降解环保材料微观结构图；
图3为实施例1生物降解环保材料SEM图；
图4为实验例2未做改性处理材料SEM图；
图5为实验例3传统挤出工艺下材料SEM图；
图6为不同添加量碳酸钙无机粉体的环保材料纵向拉伸强度变化；
1-无机粉末；2-改性层亲水端；3-改性层疏水端；4-PBAT树脂。
具体实施方式
下面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它实施例，都属于本发明保护范围。
一种生物降解环保材料，所述生物降解环保材料的分子结构为海相与岛相两相互穿的网状分子结构，生物降解PBAT树脂与经表面活性剂改性后的无机粉体反复的链接缠绕和捏炼后形成所述海相与岛相两相互穿的网状分子结构的海相结构，经表面活性剂改性后的无机粉体形成所述海相与岛相两相互穿的网状分子结构的岛相结构；所述表面活性剂层连接所述岛相和海相；
包括：45wt％-50wt％的无机粉体、45wt％-55wt％的PBAT树脂、0.675wt％-1.5wt％的表面活性剂。
优选的，所述无机粉体为碳酸钙、碳酸镁和硅酸钙；所述无机粉体粒径目数>3000目。
优选的，还包括：0.225wt％-0.5wt％的分散剂、0.45wt％-1wt％的润滑剂、0.225wt％-0.5wt％的抗氧剂和0.225wt％-0.5wt％增容剂；所述增容剂包括ADR。
优选的，所述表面活性剂包括有机硅材料。
优选的，所述有机硅材料包括液体六甲基二硅氮烷、正十八烷基三氯硅烷和十六烷基三甲氧基硅烷中的一种及以上组合。
优选的，所述材料薄膜制品的横向拉伸强度最大为19.5MPa，纵向拉伸强度最大为22.3MPa，横向断裂伸长率最大为518％，纵向断裂伸长率最大为490％。
一种生物降解环保材料的制备方法，包括：
将所述无机粉体，输送至导热油加热型高速反应釜内，以表面活性剂为改性剂，以高速涡流形态反复对撞摩擦对所述无机粉体进行反应改性处理，获得第二无机粉体；使所述第二无机粉体外部具备所述表面活性剂改性层；
向所述高速反应釜内加入PBAT与所述第二无机粉体，进行链接缠绕，制得聚合物一；
将所述聚合物一输送至捏炼机内，进行共晶捏炼处理，制得具有海岛分子结构的聚合物二；所述捏炼负压为100-1.01×105Pa；
将所述聚合物二，输送至面磨热切造粒室内造粒，再经间接水冷滚筒式冷却器内冷却，分筛得最终产物，并将所述最终产物真空包装和储存；
将所述颗粒物一加工成成型高分子材料。
将所述颗粒物一经过压延、吹塑或双向拉伸制备薄膜材料，或，经过挤出、吹塑或注塑制备板材或容器。
优选的，所述材料原料包括：45wt％-50wt％的无机粉体、45wt％-55wt％的PBAT树脂、0.675wt％-1.5wt％的表面活性剂、0.225wt％-0.5wt％的分散剂、0.45wt％-1wt％的润滑剂和0.225wt％-0.5wt％的抗氧剂。
优选的，所述改性处理时间为15-20min。
优选的，所述链接缠绕的温度为160-180℃；所述链接缠绕时间为30-40min。
优选的，所述捏炼机内包括双强力型桨叶；所述桨叶捏炼转速为100-120r/min；所述捏炼所需时间30-40min；所述捏炼温度为150-180℃。
为了验证本文所述新型功能材料捏炼工艺和传统双螺杆挤出工艺区别，对两种方法制得材料进行SEM分析。
为了验证本文所述新型功能材料，引入力学试验设备检测材料拉伸强度和断裂伸长率。
为了验证本文所述新型功能材料，按照堆肥降解试验GB T 19277.1-2011，具体方法为：
(1)在模拟的强烈需氧堆肥条件下，测定试验材料最终需氧生物分解能力和崩解程度；使用的接种物来自于稳定的、腐熟的堆肥，如可能，从城市固体废弃物中有机物的堆肥中获取；
(2)试验材料与接种物混合，导入静态堆肥容器；在该容器中，混合物在规定的温度、氧浓度和湿度下进行强烈的需氧堆肥；试验周期不超过6个月；
(3)在试验材料的需氧生物分解过程中,二氧化碳、水、矿化无机盐及新的生物质都是最终生物分解的产物；在试验中连续监测、定期测量试验容器和空白容器产生的二氧化碳，累计产生的二氧化碳量；
(4)试验材料在试验中实际产生的二氧化碳量与该材料可以产生的二氧化碳的理论量之比为生物分解百分率；
(5)根据实际测量的总有机碳(TOC)含量可以计算出二氧化碳的理论释放量，生物分解百分率不包括已转化为新的细胞生物质的碳量,因为它在试验周期内不代谢为二氧化碳；在试验结束时可以确定试验材料的崩解程度，也可以测定试验材料的质量损失。
在一些可选的实施例，以生物降解塑料聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)为基材，以45-50％表面改性的碳酸钙为填充物制备出具有较好吹膜性能的可降解高填充复合材料。如图6所示测量研究结果表明，调节碳酸钙用量并使用相同的0.5wt％的分散剂、1wt％的润滑剂、0.5wt％的抗氧剂和0.5wt％增容剂，其余用PBAT补足；随着碳酸钙添加量的增加，碳酸钙/PBAT复合材料的纵向拉伸性能出现先降低后提高再降低的趋势，原因是低添加量碳酸钙未产生“岛相支撑作用”，反而因为干扰了PBAT树脂的有序性，导致PBAT树脂固有力学性能下降；而在碳酸钙粉体和PBAT树脂配比试验时，这两种现象始终存在且存在竞争作用；因而由图6显示，仅在碳酸钙质量分数5-55％范围内，“岛相支撑作用”起主导作用；拉伸强度远远高于纯PBAT树脂。进一步地，表面活性改性剂以及增容剂的使用则可以明显提高碳酸钙/PBAT(45-55wt％)复合材料的拉伸性能，且在表面活性剂与增容剂使用量一定时，复合材料的拉伸性能达到最佳。如图3所示，通过SEM对薄膜表面进行观察，发现碳酸钙分布均匀，完全被PBAT浸润包覆。复合材料满足市场包装材料的力学性能要求，大幅度降低了PBAT的使用成本，具有良好的应用前景，同时大大降低了原料成本。
在一些可选的实施例，通过采用独特的捏炼工艺，去除了降解产气对材料力学性能不良影响，减少了空隙率；
在一些可选的实施例，通过在连续相和分散相“海岛”结构中引入表面活性剂，不仅改善了无机粉体和PBAT相容性，使改性后材料大大优于PBAT材料原有的延展性和断裂伸长率，同时提高了材料体系生物降解速率，兼具光、氧化和生物降解功能。
实施例1
在已公开实施例基础上，公一种生物降解环保材料，所述生物降解环保材料的分子结构为海相与岛相两相互穿的网状分子结构，生物降解PBAT树脂与经表面活性剂改性后的无机粉体反复的链接缠绕和捏炼后形成所述海相与岛相两相互穿的网状分子结构的海相结构，经表面活性剂改性后的无机粉体形成所述海相与岛相两相互穿的网状分子结构的岛相结构；所述表面活性剂层连接所述岛相和海相；
包括：48wt％的无机粉体、50wt％的PBAT树脂、1wt％的表面活性剂。
优选的，所述无机粉体为碳酸钙；所述无机粉体粒径目数>3000目。
优选的，还包括：0.5wt％的分散剂、1wt％的润滑剂、0.5wt％的抗氧剂和0.5wt％增容剂；所述增容剂为ADR。
优选的，所述表面活性剂包括有机硅材料。
优选的，所述有机硅材料为KH560。
优选的，所述材料薄膜制品的横向拉伸强度最大为19.5MPa，纵向拉伸强度最大为22.3MPa，横向断裂伸长率最大为518％，纵向断裂伸长率最大为490％。
一种生物降解环保材料的制备方法，包括：
将所述无机粉体，输送至导热油加热型高速反应釜内，以表面活性剂为改性剂，以高速涡流形态反复对撞摩擦对所述无机粉体进行反应改性处理，获得第二无机粉体；使所述第二无机粉体外部具备所述表面活性剂改性层；
向所述高速反应釜内加入PBAT与所述第二无机粉体，进行链接缠绕，制得聚合物一；
将所述聚合物一输送至捏炼机内，进行共晶捏炼处理，制得具有海岛分子结构的聚合物二；所述捏炼负压为100Pa；
将所述聚合物二，输送至面磨热切造粒室内造粒，再经间接水冷滚筒式冷却器内冷却，分筛得最终产物，并将所述最终产物真空包装和储存；
将所述颗粒物一经过压延、吹塑或双向拉伸制备薄膜材料。
优选的，所述材料原料包括：48wt％的无机粉体、50wt％的PBAT树脂、1wt％的表面活性剂、0.5wt％的分散剂、1wt％的润滑剂、0.5wt％的抗氧剂和0.5wt％增容剂；所述增容剂为ADR。
优选的，所述表面活性剂包括有机硅材料。
优选的，所述有机硅材料为KH560。
优选的，所述改性处理时间为20min。
优选的，所述链接缠绕的温度为180℃；所述链接缠绕时间为40min。
优选的，所述捏炼机内包括双强力型桨叶；所述桨叶捏炼转速为120r/min；所述捏炼所需时间40min；所述捏炼温度为180℃。
本实施例还公开了一种生物降解环保材料，依据以上方法制备，如图2所示，PBAT树脂与原位聚合改性后的无机粉体经反复的链接缠绕和捏炼形成的海与岛两相互穿的网状分子结构，海相为PBAT生物降解高分子材料(如图2所示4)，岛相为无机粉体(如图2所示1)，岛相周围从内至外依次分布表面活性剂亲水层(如图2所示2)、表面活性剂疏水层(如图2所示3)。
研究结果表明，随着碳酸钙添加量的增加，碳酸钙/PBAT复合材料的纵向拉伸性能出现先降低后提高再降低的趋势，而表面活性改性剂KH560以及增容剂ADR的使用则可以明显提高碳酸钙/PBAT(45-50wt％)复合材料的拉伸性能，且在表面活性剂使用量为1.0wt％，增容剂为0.5wt％时，复合材料的拉伸性能达到最佳，PBAT(50wt％)薄膜制品的横向拉伸强度可达19.5MPa，纵向拉伸强度可达22.3MPa，横向断裂伸长率为518％，纵向断裂伸长率为490％，熔融指数为1.58g/10min。如图3所示，通过SEM对薄膜表面进行观察，发现碳酸钙分布均匀，完全被PBAT浸润包覆，且无气泡。复合材料满足市场包装材料的力学性能要求，大幅度降低了PBAT的使用成本，具有良好的应用前景。
在一些可选的实施例，通过采用独特的捏炼工艺，去除了降解产气对材料力学性能不良影响，减少了空隙率；
在一些可选的实施例，通过在连续相和分散相“海岛”结构中引入表面活性剂，不仅改善了无机粉体和PBAT相容性，使改性后材料大大优于PBAT材料原有的延展性和断裂伸长率，同时提高了材料体系生物降解速率，兼具光、氧化和生物降解功能。
实施例2
在已公开实施例基础上，公一种生物降解环保材料，所述生物降解环保材料的分子结构为海相与岛相两相互穿的网状分子结构，生物降解PBAT树脂与经表面活性剂改性后的无机粉体反复的链接缠绕和捏炼后形成所述海相与岛相两相互穿的网状分子结构的海相结构，经表面活性剂改性后的无机粉体形成所述海相与岛相两相互穿的网状分子结构的岛相结构；所述表面活性剂层连接所述岛相和海相；
包括：43wt％的无机粉体、55wt％的PBAT树脂、0.8wt％的表面活性剂。
优选的，所述无机粉体为碳酸镁；所述无机粉体粒径目数>3000目。
优选的，还包括：0.45wt％的分散剂、0.8wt％的润滑剂、0.45wt％的抗氧剂和0.45wt％增容剂；所述增容剂为ADR。
优选的，所述表面活性剂包括有机硅材料。
优选的，所述有机硅材料为KH550。
所述材料薄膜制品的横向拉伸强度为18.5MPa，纵向拉伸强度最大为21.3MPa，横向断裂伸长率最大为508％，纵向断裂伸长率最大为476％。
一种生物降解环保材料的制备方法，包括：
将所述无机粉体，输送至导热油加热型高速反应釜内，以表面活性剂为改性剂，以高速涡流形态反复对撞摩擦对所述无机粉体进行反应改性处理，获得第二无机粉体；使所述第二无机粉体外部具备所述表面活性剂改性层；
向所述高速反应釜内加入PBAT与所述第二无机粉体，进行链接缠绕，制得聚合物一；
将所述聚合物一输送至捏炼机内，进行共晶捏炼处理，制得具有海岛分子结构的聚合物二；所述捏炼负压为1.00×105Pa；
将所述聚合物二，输送至面磨热切造粒室内造粒，再经间接水冷滚筒式冷却器内冷却，分筛得最终产物，并将所述最终产物真空包装和储存；
将所述颗粒物一经过压延、吹塑或双向拉伸制备薄膜材料。
优选的，所述表面活性剂包括有机硅材料。
优选的，所述有机硅材料为KH550。
优选的，所述改性处理时间为15min。
优选的，所述链接缠绕的温度为160℃；所述链接缠绕时间为30min。
优选的，所述捏炼机内包括双强力型桨叶；所述桨叶捏炼转速为100r/min；所述捏炼所需时间30min；所述捏炼温度为150℃。
本实施例还公开了一种生物降解环保材料，依据以上方法制备，如图2所示，PBAT树脂与原位聚合改性后的无机粉体经反复的链接缠绕和捏炼形成的海与岛两相互穿的网状分子结构，海相为PBAT生物降解高分子材料(如图2所示4)，岛相为无机粉体(如图2所示1)，岛相周围从内至外依次分布表面活性剂亲水层(如图2所示2)、表面活性剂疏水层(如图2所示34)。
在一些可选的实施例，以生物降解塑料聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)为基材，以45-50％表面改性的碳酸钙为填充物制备出具有较好吹膜性能的可降解高填充复合材料。研究结果表明，随着碳酸钙添加量的增加，碳酸钙/PBAT复合材料的纵向拉伸性能出现先降低后提高再降低的趋势，而表面活性改性剂以及增容剂的使用则可以明显提高碳酸钙/PBAT(45-50wt％)复合材料的拉伸性能，且在表面活性剂与增容剂使用量一定时，复合材料的拉伸性能达到最佳。如图3所示，通过SEM对薄膜表面进行观察，发现碳酸钙分布均匀，且无气泡，完全被PBAT浸润包覆。复合材料满足市场包装材料的力学性能要求，大幅度降低了PBAT的使用成本，具有良好的应用前景，同时大大降低了原料成本。
在一些可选的实施例，通过采用独特的捏炼工艺，去除了降解产气对材料力学性能不良影响，减少了空隙率；
在一些可选的实施例，通过在连续相和分散相“海岛”结构中引入表面活性剂，不仅改善了无机粉体和PBAT相容性，使改性后材料大大优于PBAT材料原有的延展性和断裂伸长率，同时提高了材料体系生物降解速率，兼具光、氧化和生物降解功能。
实施例3
本实施例公开了一种生物降解环保材料的制备方法，如图1所示，一种生物降解环保材料，所述生物降解环保材料的分子结构为海相与岛相两相互穿的网状分子结构，生物降解PBAT树脂与经表面活性剂改性后的无机粉体反复的链接缠绕和捏炼后形成所述海相与岛相两相互穿的网状分子结构的海相结构，经表面活性剂改性后的无机粉体形成所述海相与岛相两相互穿的网状分子结构的岛相结构；所述表面活性剂层连接所述岛相和海相；
包括：45wt％的无机粉体、45wt％的PBAT树脂、0.675wt％的表面活性剂。
优选的，所述无机粉体为硅酸钙；所述无机粉体粒径目数>3000目。
优选的，还包括：0.225wt％的分散剂、0.45wt％的润滑剂、0.225wt％的抗氧剂和0.225wt％增容剂；所述增容剂包括ADR。
优选的，所述表面活性剂包括有机硅材料。
优选的，所述有机硅材料为液体六甲基二硅氮烷。
优选的，所述材料板材制品的拉伸强度最大为23.3MPa，断裂伸长率最大为435％。
一种生物降解环保材料的制备方法，包括：
将所述无机粉体，输送至导热油加热型高速反应釜内，以表面活性剂为改性剂，以高速涡流形态反复对撞摩擦对所述无机粉体进行反应改性处理，获得第二无机粉体；使所述第二无机粉体外部具备所述表面活性剂改性层；
向所述高速反应釜内加入PBAT与所述第二无机粉体，进行链接缠绕，制得聚合物一；
将所述聚合物一输送至捏炼机内，进行共晶捏炼处理，制得具有海岛分子结构的聚合物二；所述捏炼负压为5.0×104Pa；
将所述聚合物二，输送至面磨热切造粒室内造粒，再经间接水冷滚筒式冷却器内冷却，分筛得最终产物，并将所述最终产物真空包装和储存；
将所述颗粒物一经过挤出、注塑制备板材材料。
优选的，所述材料原料包括：45wt％的无机粉体、50wt％的PBAT树脂、0.675wt％的表面活性剂、0.225wt％的分散剂、0.45wt％的润滑剂和0.225wt％的抗氧剂。
优选的，所述改性处理时间为15min。
优选的，所述链接缠绕的温度为170℃；所述链接缠绕时间为35min。
优选的，所述捏炼机内包括双强力型桨叶；所述桨叶捏炼转速为110r/min；所述捏炼所需时间35min；所述捏炼温度为170℃。
在一些可选的实施例，以生物降解塑料聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)为基材，以45-50wt％表面改性的碳酸钙为填充物制备出具有较好吹膜性能的可降解高填充复合材料。研究结果表明，随着碳酸钙添加量的增加，碳酸钙/PBAT复合材料的纵向拉伸性能出现先降低后提高再降低的趋势，而表面活性改性剂以及增容剂的使用则可以明显提高碳酸钙/PBAT(45-50wt％)复合材料的拉伸性能，且在表面活性剂与增容剂使用量一定时，复合材料的拉伸性能达到最佳。
在一些可选的实施例，通过采用独特的捏炼工艺，去除了降解产气对材料力学性能不良影响，减少了空隙率；
在一些可选的实施例，通过在连续相和分散相“海岛”结构中引入表面活性剂，不仅改善了无机粉体和PBAT相容性，使改性后材料大大优于PBAT材料原有的延展性和断裂伸长率，同时提高了材料体系生物降解速率，兼具光、氧化和生物降解功能。
实验例1
为了更好的验证生物降解环保材料，未添加无机粉料的PBAT材料，加工方法和其余原料同实施例1。
实验例2
为了更好的验证生物降解环保材料，未添加表面活性剂对无机粉体改性处理材料，加工方法和其余原料同实施例1。
实验例3
为了更好的验证现有捏炼工艺对膜材性能影响，设立实验例2采用CN 111944280A-一种含有改性硅灰石的PBAT复合材料及其制备方法公开的方法中双螺杆制备多功能降解材料，配方同实施例1。
对实施例1及实验例1-3进行SEM测试，测试结果如图3至5所示，实施例1 SEM图均匀无气泡，且能清晰分辨出“岛相”碳酸钙粉末、“海相”PBAT树脂和活性剂改性层；实验例2能分辨出“岛相”碳酸钙粉末、“海相”PBAT树脂；实验例3具有较多气泡，由PBAT和碳酸钙分解产生。
对实施例1及实验例1-3进行力学测试，结果如下表所示，实施例1较未添加填料实验例1和未进行填料改性的实验例2拉伸强度和断裂伸长率有较大提升，解决了加工PBAT膜困难的问题，并已经取得接近PE膜材的性能，具有重要实际价值；实施例1解决了现有技术中膜材降解和空隙率问题，较实验例3明显提高了力学性能。
实验项目 实施例1 实验例1 实验例2 实验例3
横向拉伸强度/MPa 19.5 15.2 13.4 8.2
横向断裂伸长率/％ 518 440 282 245
纵向拉伸强度/MPa 22.3 17.2 19.2 14.1
纵向断裂伸长率/％ 490 462 312 180
对实施例1及实验例1-3进行堆肥降解实验，结果如下表：
实施例1降解速度明显快于现有技术添加改性硅灰石的实验例3及未加碳酸钙无机粉料的实验例1，说明改性碳酸钙可以促进PBAT降解且降解速率优于改性硅灰石。
残余质量/％ 实施例1 实验例1 实验例2 实验例3
30d 52 83 63 89
60d 4.4 41 31 58
120d 0.5 2.3 9 33
180d 0.52 0.11 0.51 5
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种生物降解环保材料，其特征在于，包括：45wt％-50wt％的无机粉体、45wt％-55wt％的PBAT树脂和0.675wt％-1.5wt％的表面活性剂；所述生物降解环保材料具有海相结构与岛相结构两相互穿的网状分子结构；其中，所述无机粉体经所述表面活性剂改性得改性无机粉体，所述岛相结构由所述改性无机粉体组成，所述网状分子结构由所述改性无机粉体与所述PBAT树脂经反复链接缠绕和捏炼后形成。
2.根据权利要求1所述的生物降解环保材料，其特征在于，所述无机粉体包括碳酸钙、碳酸镁和硅酸钙；所述无机粉体的粒径>3000目。
3.根据权利要求1所述的生物降解环保材料，其特征在于，还包括：0.225wt％-0.5wt％的分散剂、0.45wt％-1wt％的润滑剂、0.225wt％-0.5wt％的抗氧剂和0.225wt％-0.5wt％增容剂。
4.根据权利要求3所述的生物降解环保材料，其特征在于，所述增容剂包括ADR。
5.根据权利要求1所述的生物降解环保材料，其特征在于，所述表面活性剂包括有机硅材料。
6.根据权利要求5所述的生物降解环保材料，其特征在于，所述有机硅材料至少包括液体六甲基二硅氮烷、正十八烷基三氯硅烷和十六烷基三甲氧基硅烷中的一种。
7.一种生物降解环保材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1将无机粉体输送至导热油加热型高速反应釜内，以表面活性剂为改性剂，以高速涡流形态反复对撞摩擦对所述无机粉体进行反应改性处理，获得第二无机粉体；所述第二无机粉体外部具备表面活性剂改性层；
步骤2向所述高速反应釜内加入PBAT，并与所述第二无机粉体进行链接缠绕，制得聚合物一；
步骤3将所述聚合物一输送至捏炼机内，进行共晶捏炼处理，制得具有海岛分子结构的聚合物二；其中，捏炼机内压力为负压；
步骤4将所述聚合物二输送至面磨热切造粒室内造粒，再经间接水冷滚筒式冷却器内冷却，分筛得颗粒物一，并将所述颗粒物一进行真空包装和储存，制得生物降解环保材料。
8.根据权利要求7所述的生物降解环保材料的制备方法，其特征在于，步骤1中改性处理时间为15min-20min；步骤2中链接缠绕的温度为160℃-180℃、时间为30min-40min；步骤3中桨叶捏炼转速为100r/min-120r/min，捏炼时间30min-40min，捏炼温度为150℃-180℃；步骤3所述负压为100-1.01×105Pa。
9.一种生物降解环保材料的应用，其特征在于，将权利要求1-6任一项所述生物降解环保材料或权利要求7-8任一项所述方法制备的生物降解环保材料经过压延、吹塑或双向拉伸制成材料薄膜制品；或将所述生物降解环保材料经过挤出、吹塑或注塑制成材料板材或容器。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述材料薄膜制品的横向拉伸强度≥19.5MPa，纵向拉伸强度≥22.3MPa，横向断裂伸长率≥518％，纵向断裂伸长率≥490％。
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