CN116515259A - 一种基于pbat和pla的可降解塑料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PBAT和PLA的可降解塑料，其成分包括PBAT、PLA、PE、植物纤维、改性聚丙烯酸、聚乙烯蜡、助剂；其中，所述改性聚丙烯酸是丙烯酸、丙烯酸酯以及丙烯醇的无规共聚物。其产品含有PBAT、PLA和PE三种聚合物，并且混合有可降解的植物纤维，以及其他小分子，通过改性聚丙烯酸的加入，使得上述成分相互之间，可以形成具有强相互作用的体系，从而成分的分布更为均匀，使得该组合物在极端天气下长期放置后，也能呈现稳定均一的相态，维持优异的性能。

Description

一种基于PBAT和PLA的可降解塑料及其制备方法

技术领域

本发明属于可降解塑料领域，具体涉及一种基于PBAT和PLA的可降解塑料及其制备方法。

背景技术

塑料制品的日益泛滥极大地增加了环保处理的压力，一般的塑料制品化学性质及其稳定，在填埋处理后的几十年甚至更久后，也不会降解，依然保持原状，这主要是因为传统的塑料制品中的高聚物结构，如PE等，其C-C共价键性能非常稳定，不易断裂所致。因此，对可降解塑料的研发迫在眉睫。

可降解塑料一般分为光降解塑料、生物降解塑料、水降解塑料等几大类。其中，光降解塑料是将光敏剂掺在塑料中，在太阳光照射作用下，塑料逐渐分解。但其缺点是，降解时间受到太阳光和气候环境的影响，因此无法控制；生物降解塑料是指能被自然界中存在的微生物，如细菌、霉菌和藻类等，在一定条件下分解为低分子化合物的塑料；水降解塑料是一种在水中可以溶解的塑料，原因是其中添加了吸水性物质。

基于PBAT和聚乳酸(PLA)类的塑料制品，是可生物降解塑料中的典型代表。PBAT由对苯二甲酸丁二醇酯这一刚性链段，和己二酸丁二醇酯这一柔性链段组成。故其材料特性中，既具有脂肪族聚酯良好的生物可降解性能和柔韧性，又具有芳香族聚酯的良好力学性能、冲击性能和耐热性；并且由于其含有苯环结构，还使得材料兼具有良好的耐水性，因此特别适合作为地膜类材料；而PLA是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源(如玉米)所提出的淀粉原料制成，其通过淀粉原料经由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌种发酵制成高纯度的乳酸，再通过化学合成方法合成为一定分子量的聚合物，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。

另外，二者的熔融温度不是特别高，均低于200℃，因此适合挤出机的熔融加工工艺。一般地，为了平衡PBAT和PLA的力学性能和成本问题，生产商通常会将其与传统经济的塑料(如PE、PP等)，以及纤维和其他助剂进行共混加工。

然而，多相聚合物在熔融共混的过程中，由于结构上的差异会带来性能上的不同，如相容性、分散性方面极易收到影响；并且高聚物与小分子的固体颗粒共混也会导致极大概率的混合不均，造成后续成型使用后，使用寿命或力学性能的折损。

因此，亟需找到一种方法，来克服上述缺陷。

发明内容

为了克服目前技术中所存在的缺点和不足，本发明公开了一种基于PBAT和聚乳酸的可降解塑料，其主体材料包括PBAT、PLA和PE三种聚合物，并混合了植物纤维，以及若干种小分子的助剂，通过改性聚丙烯酸的加入作为分散剂/相容剂。该改性聚丙烯酸，含有若干极性基团(如羟基和羧基)，以及接枝了长烷基支链。其中，极性基团极易与上述聚合物中的相关基团形成氢键作用，从而增加分子间作用力，使得改性聚丙烯酸锚定在相关聚合物上，非极性基团可以具有缠绕和分散小分子颗粒等效果，从而使得上述若干成分在熔融状态下更好地分散，而成品具有稳定均匀的力学性能、可降解性能，并且在极端气候条件下，性能依然可以维持。

本发明的一个目的，在于提供一种基于基于PBAT和PLA的可降解塑料，其特征在于，所述基于PBAT和聚乳酸的可降解塑料的成分包括PBAT、PLA、PE、植物纤维、改性聚丙烯酸、聚乙烯蜡、助剂；

其中，所述改性聚丙烯酸是丙烯酸、丙烯酸酯以及丙烯醇的无规共聚物。

进一步地，所述改性聚丙烯酸中，丙烯酸、丙烯酸酯和丙烯醇的摩尔比例为1:1:1-1:5:5。

其中，所述丙烯酸酯中，其烷基酯部分烷基的长度为C8-C22，从而确保接枝的链段具有明显的长度。

进一步地，所述植物纤维选自椰壳纤维、棕榈丝、麻纤维、竹纤维的一种或多种。

进一步地，所述助剂选自二氧化钛、膨润土、硬脂酸铁的一种或多种。

进一步地，所述二氧化钛、膨润土、硬脂酸铁的比例为1:1:1-1:5:10。

进一步地，所述基于PBAT和PLA的可降解塑料包括如下质量份数的成分：

本发明的另一个目的在于提供上述基于PBAT和PLA的可降解塑料的制备方法，其包括如下步骤：

S1.改性聚丙烯酸的制备：将丙烯酸、丙烯酸酯和丙烯醇，在催化量的BPO下溶于溶剂，然后光照加热反应，除去溶剂后，得到所述改性聚丙烯酸；

S2.将上述成分共混，并通过挤出机进行熔融，然后挤出成型。

进一步地，所述溶剂选自甲苯、二甲苯、三甲苯、四氢呋喃、DMF、DMSO、氯苯、二氯苯、三氯苯的一种或多种。

进一步地，所述熔融的温度为160-170℃。

本发明具有以下有益效果：

本发明所公开的基于PBAT和PLA的可降解塑料，其含有PBAT、PLA和PE三种聚合物，并且混合有可降解的植物纤维，以及其他小分子，通过改性聚丙烯酸的加入，使得上述成分相互之间，可以形成具有强相互作用的体系，从而成分的分布更为均匀，使得该组合物在极端天气下长期放置后，也能呈现稳定均一的相态，维持优异的性能。

具体地，一方面，改性聚丙烯酸具有较长的支链，微观上便于与其他成分进行物理缠结，从而形成更为稳定和紧密的网状结构；另一方面，其分子链段上的大量羧基和羟基，可以与其他成分形成分子间或者分子内的氢键作用力，从而锚定了其他成分，使得体系易于在组合物的熔融状态下，均匀分布在该组合物的各个部位，从而不易出现大面积的相分离情况。

而PBAT、PLA其本身良好的降解特性，也保证了塑料的优异的降解性能。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，列举如下实施例。实施例中所出现的原料、反应和后处理手段，除非特别声明，均为市面上常见原料，以及本领域技术人员所熟知的技术手段。

本发明实施例中所述的PBAT，采购自东莞市广裕塑胶原料有限公司，规格为THJS-6801；

本发明实施例中所述的PE，为LDPE，采购自大庆石化，型号为2426K；

本发明实施例中所述的聚乳酸，采购自广州远达新材料有限公司；

本发明实施例中的丙烯酸酯，为丙烯酸十二酯，采购自山东昌耀新材料有限公司；

本发明实施例中的植物纤维，为椰壳纤维、麻纤维以质量比为1:1共混的纤维；

本发明实施例中的助剂，为二氧化钛、膨润土、硬脂酸铁以质量比为1:1:1共混的混合物。

实施例1

一种基于PBAT和PLA的可降解塑料，其包括如下质量份数的成分：

上述基于PBAT和PLA的可降解塑料的制备方法为：

S1.将丙烯酸、丙烯酸酯和丙烯醇(1:1:1，n/n/n)，在催化量的BPO下溶于足量溶剂甲苯，然后光照加热至回流，反应2h，减压除去溶剂后，得到所述改性聚丙烯酸。

S2.将PBAT、PLA、PE按上述质量份数共混，加入到行星式球磨机中，球磨30min，得到粉末；然后按上述质量份数加入其他所有成分，混合均匀得到混合物。然后将混合物加入到双螺杆挤出机中，进行熔融共混，熔融共混的温度设置为160℃。然后产物经熔融牵条、水冷，再风干、成型，得到产物。

实施例2

一种基于PBAT和PLA的可降解塑料，其包括如下质量份数的成分：

上述基于PBAT和PLA的可降解塑料的制备方法为：

S1.将丙烯酸、丙烯酸酯和丙烯醇(1:5:5，n/n/n)，在催化量的BPO下溶于足量溶剂甲苯，然后光照加热至回流，反应2h，减压除去溶剂后，得到所述改性聚丙烯酸。

S2.将PBAT、PLA、PE按上述质量份数共混，加入到行星式球磨机中，球磨30min，得到粉末；然后按上述质量份数加入其他所有成分，混合均匀得到混合物。然后将混合物加入到双螺杆挤出机中，进行熔融共混，熔融共混的温度设置为170℃。然后产物经熔融牵条、水冷，再风干、成型，得到产物。

实施例3

一种基于PBAT和PLA的可降解塑料，其包括如下质量份数的成分：

上述基于PBAT和PLA的可降解塑料的制备方法为：

S1.将丙烯酸、丙烯酸酯和丙烯醇(1:4:3，n/n/n)，在催化量的BPO下溶于足量溶剂甲苯，然后光照加热至回流，反应2h，减压除去溶剂后，得到所述改性聚丙烯酸。

S2.将PBAT、PLA、PE按上述质量份数共混，加入到行星式球磨机中，球磨30min，得到粉末；然后按上述质量份数加入其他所有成分，混合均匀得到混合物。然后将混合物加入到双螺杆挤出机中，进行熔融共混，熔融共混的温度设置为160℃。然后产物经熔融牵条、水冷，再风干、成型，得到产物。

对比例1

对比例1中的基于PBAT和PLA的可降解塑料的所用成分和质量份数，与实施例1均相同，唯一不同点在于，对比例1中所述基于PBAT和PLA的可降解塑料不含改性聚丙烯酸，而是以等质量份数的常规聚丙烯酸(采购自武汉吉业升化工有限公司，工业级)代替。

对比例2

对比例2中的基于PBAT和PLA的可降解塑料的所用成分和质量份数，与实施例1均相同，唯一不同点在于，对比例2中所述基于PBAT和PLA的可降解塑料不含改性聚丙烯酸，而是以等质量份数的常规聚丙烯酸乙酯(采购自湖北玖***化工有限公司，工业级)代替。

测试例1

将上述实施例1、对比例1-2所得的基于PBAT和PLA的可降解塑料，制备为可降解塑料薄膜(宽幅为1m，厚度为15μm)，各取五个样品，均对其进行力学性能测试。测试方法按照ASTM D638-02塑料拉伸性能测试标准进行。

具体地，将上述新鲜制得的样品，放置在广东省广州市的室外露天环境下60天(日平均气温为33℃，其中晴天合计45天，雨天合计7天，阴天合计8天)，然后再进行力学性能测试并记载数据，看同组五个样品的力学性能差异是否明显。

所得结果如表1所示。

表1实施例1、对比例1-2所得的基于PBAT和PLA的可降解塑料薄膜的力学性能测试

从表1中可以看出，不同组的不同样品，在经户外长时间暴露后，拉伸强度出现了较大的差异，相比于对比例1-2，实施例1的五个样品，平均拉伸强度稍低，说明其整体老化程度稍轻；然而，最重要的是，实施例1中的五个样品的拉伸强度数值较为平稳，样品的拉伸强度最大差值仅为0.7MPa，这说明实施例1中的组合物，成分的分散程度较为均匀，并且经过60天的极端环境后，成分也并未呈现团聚、分相等情况说明其内部不同材料相分离的趋势依然不明显，使用寿命较好。而反观对比例1-2，五个样品的拉伸性能，彼此间呈现较大的差值，最大的差值分别为2.5MPa和3.5MPa，这说明对比例1-2中的组合物，在长期极端气候下，其内部已经出现了成分分布不均的情况，材料内部成分均匀性较差。

测试例2

将上述新制得的实施例1和对比例1-2所得的基于PBAT的可降解塑料薄膜样品各取1个，进行生物降解性能测试。所采用的的测试方法根据自然掩埋法进行，将上述样品埋于试验地中，掩埋深度为10-20cm，并且保证掩埋测试阶段完全避光。掩埋100天后，将样品取出，视觉观察降解程度。所得结果如表2所示。

表2实施例1、对比例1-2所得的基于PBAT和PLA的可降解塑料薄膜的降解情况

从表2来看，实施例1的样品降解均匀性远好于对比例1-2。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种基于PBAT和PLA的可降解塑料，其特征在于，所述基于PBAT和聚乳酸的可降解塑料的成分包括PBAT、PLA、PE、植物纤维、改性聚丙烯酸、聚乙烯蜡、助剂；

其中，所述改性聚丙烯酸是丙烯酸、丙烯酸酯以及丙烯醇的无规共聚物。

2.根据权利要求1所述基于PBAT和PLA的可降解塑料，其特征在于，所述改性聚丙烯酸中，丙烯酸、丙烯酸酯和丙烯醇的摩尔比例为1:1:1-1:5:5。

3.根据权利要求1所述基于PBAT和PLA的可降解塑料，其特征在于，所述植物纤维选自椰壳纤维、棕榈丝、麻纤维、竹纤维的一种或多种。

4.根据权利要求1所述基于PBAT和PLA的可降解塑料，其特征在于，所述助剂选自二氧化钛、膨润土、硬脂酸铁的一种或多种。

5.根据权利要求4所述基于PBAT和PLA的可降解塑料，其特征在于，所述二氧化钛、膨润土、硬脂酸铁的比例为1:1:1-1:5:10。

6.根据权利要求1所述基于PBAT和PLA的可降解塑料，其特征在于，所述基于PBAT和PLA的可降解塑料包括如下质量份数的成分：

7.权利要求1-6任一项所述基于PBAT和PLA的可降解塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.改性聚丙烯酸的制备：将丙烯酸、丙烯酸酯和丙烯醇，在催化量的BPO下溶于溶剂，然后光照加热反应，除去溶剂后，得到所述改性聚丙烯酸；

S2.将上述成分共混，并通过挤出机进行熔融，然后挤出成型。

8.根据权利要求7所述基于PBAT和PLA的可降解塑料的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自甲苯、二甲苯、三甲苯、四氢呋喃、DMF、DMSO、氯苯、二氯苯、三氯苯的一种或多种。

9.根据权利要求7所述基于PBAT和PLA的可降解塑料的制备方法，其特征在于，所述熔融的温度为160-170℃。