一種可生物降解薄膜及其制備方法與流程

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導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>有機(jī)化合物處理,合成應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明屬于可生物降解制品領(lǐng)域，更具體地，涉及一種可生物降解薄膜及其制備方法，該可生物降解薄膜具有保溫保濕性，尤其可作為可生物降解的農(nóng)用薄膜如農(nóng)用地膜應(yīng)用。

背景技術(shù)：

目前使用地膜對農(nóng)田進(jìn)行保溫保濕，已經(jīng)成為確保農(nóng)業(yè)高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的重要方法之一。然而一般的農(nóng)用地膜多為PE等難降解的高分子材料，隨著地膜覆蓋年限的延長，如果殘留的地膜得不到及時的清理或回收，土壤中的殘膜量將會不斷地增加，從而造成土壤結(jié)構(gòu)破壞、肥力水平降低，甚至引起地下水難以下滲、土壤次生鹽堿化等嚴(yán)重后果。近年來，隨著可生物降解材料在地膜方面的應(yīng)用，對解決這些問題取得了很大的成效，尤其是在環(huán)境友好方面，使用可生物降解地膜對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。PBAT成膜性、阻隔性較好，是一種較為理想的地膜材料。而為了適應(yīng)需求，PBAT基地膜材料在現(xiàn)有基礎(chǔ)上還需進(jìn)一步增強(qiáng)其機(jī)械性能。一般的增強(qiáng)方法如共混和直接交聯(lián)等，都無法使拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率同時增加，增大拉伸強(qiáng)度則斷裂伸長率會降低，增大斷裂伸長率則拉伸強(qiáng)度會降低。此外，引入其他助劑或者共混物對PBAT進(jìn)行增強(qiáng)，生產(chǎn)工藝更加復(fù)雜，成本也會提高。

電子束輻照是一種簡單清潔的技術(shù)，通過電子束輻照，可以使對其有響應(yīng)的物質(zhì)發(fā)生交聯(lián)或降解從而對該材料進(jìn)行改性。若能通過這種方法對PBAT進(jìn)行改性，將對PBAT材料的機(jī)械強(qiáng)度產(chǎn)生影響。目前，對電子束輻照在材料增強(qiáng)方面的研究還較少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種可生物降解薄膜及其制備方法，其中通過對PBAT基薄膜制備方法中關(guān)鍵的后處理工藝即電子束輻照工藝(尤其是電子束的輻照劑量)等進(jìn)行改進(jìn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠有效解決可生物降解薄膜(包括PBAT薄膜、交聯(lián)PBAT薄膜、共混PBAT薄膜)拉伸強(qiáng)度低、斷裂伸長率小等問題，通過對可生物降解薄膜進(jìn)行電子束照輻照，使其發(fā)生交聯(lián)和降解作用，交聯(lián)的作用是提高其拉伸強(qiáng)度，降解產(chǎn)生的分子量較小的分子起到潤滑的作用，增加其斷裂伸長率，產(chǎn)生同時增大可生物降解薄膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的效果，并且本發(fā)明能夠在不引入其他助劑或者共混物的情況下對PBAT進(jìn)行增強(qiáng)，制備工藝簡便可行，不影響生成薄膜的生物安全性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種可生物降解薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將包括PBAT顆粒在內(nèi)的原料進(jìn)行擠出造粒，得到母粒；

(2)將所述步驟(1)得到的所述母粒進(jìn)行吹塑成型，得到薄膜；

(3)將所述步驟(2)得到的所述薄膜置于電子加速器下進(jìn)行電子束輻照，從而制備得到可生物降解薄膜。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(3)中，所述電子束輻照的輻照劑量不超過200kGy。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(1)中，所述原料還包括PLA顆粒、抗氧劑、以及交聯(lián)劑中的至少一種。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(1)中，所述原料僅包括PBAT顆粒，該P(yáng)BAT顆粒為無填充的聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(1)中，所述原料包括：

占所述原料質(zhì)量百分比為97～100％的PBAT顆粒；

占所述原料質(zhì)量百分比為0～3％的交聯(lián)劑。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(1)中，所述原料包括：

占所述原料質(zhì)量百分比為20～100％的PBAT顆粒；

占所述原料質(zhì)量百分比為0～80％的PLA顆粒；

占所述原料質(zhì)量百分比為0～3％的抗氧劑。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(1)中，所述原料包括：

占所述原料質(zhì)量百分比為20～100％的PBAT顆粒；

占所述原料質(zhì)量百分比為0～80％的PLA顆粒；

占所述原料質(zhì)量百分比為0～3％的抗氧劑；

占所述原料質(zhì)量百分比為0～3％的交聯(lián)劑。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(1)中，所述原料在進(jìn)行擠出造粒前，還經(jīng)過干燥處理；所述干燥是在40～85℃下干燥4～8h，然后冷卻。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述交聯(lián)劑為三烯丙基異氰脲酸酯(TAIC)，所述抗氧劑為抗氧劑1010。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(1)中，所述擠出造粒是采用雙螺桿擠出機(jī)，該雙螺桿擠出機(jī)料筒各段的溫度依次為170℃、180℃、185℃、185℃、175℃、165℃、以及155℃；

所述步驟(2)中，所述吹塑成型是采用塑料吹膜機(jī)，該塑料吹膜機(jī)料筒各段的溫度依次為150℃、160℃、165℃、170℃、以及165℃。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(3)得到的所述可生物降解薄膜的厚度最小為6μm。

按照本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了利用上述制備方法制備得到的可生物降解薄膜。

通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，是首先用現(xiàn)有吹膜技術(shù)分別制備PBAT薄膜和改性PBAT薄膜，然后將上述薄膜置于電子束輻照發(fā)生裝置中，使其經(jīng)受一定劑量的電子束輻照；PBAT在電子束輻照過程中會同時發(fā)生交聯(lián)和降解兩個過程，交聯(lián)使其拉伸強(qiáng)度增大，降解的效果是產(chǎn)生小分子使其斷裂伸長率增大。本發(fā)明所得PBAT薄膜和改性PBAT薄膜，其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率相比輻照之前能夠同時提高，本改性方法可有效解決可生物降解薄膜(如可生物降解農(nóng)用地膜)機(jī)械強(qiáng)度不足的問題，同時提高其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率，且不需加入其它助劑，工藝簡單，便于大規(guī)模生產(chǎn)。

本發(fā)明制備得到的PBAT薄膜和改性PBAT薄膜，其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率相比輻照之前能夠同時提高，提高程度受電子束輻照劑量影響。本發(fā)明通過將電子束輻照的輻照劑量控制為0～200kGy(尤其控制在50kGy～100kGy的范圍內(nèi)；電子束輻照的輻照劑量率可優(yōu)選為10～100kGy/r)，能夠同時提高PBAT基薄膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果。

(1)通過電子束輻照可以使薄膜中的PBAT同時發(fā)生交聯(lián)和降解作用，交聯(lián)作用使其拉伸強(qiáng)度得到提升，降解產(chǎn)生的小分子又能夠起到潤滑劑的作用使其斷裂伸長率明顯增大，結(jié)果是同時增大了PBAT薄膜、交聯(lián)PBAT薄膜和共混PBAT薄膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率。

(2)制備的可降解薄膜其厚度最低能達(dá)到6μm，透光率好，節(jié)約成本。

(3)通過電子加速器產(chǎn)生的電子束作為輻射源對可生物降解地膜進(jìn)行增強(qiáng)，輻射過程無污染，且工藝簡單，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明的制備方法，包括以下步驟：

(1)PBAT薄膜、交聯(lián)PBAT薄膜和共混PBAT薄膜在制備過程中使用到的原料的質(zhì)量百分比為：

(2)按上述質(zhì)量百分比稱取PBAT、PLA、抗氧劑、交聯(lián)劑，并根據(jù)其物性在40～85℃下干燥4～8h，冷卻至室溫，備用。

(3)將上述PBAT顆粒，通過雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出造粒，得到PBAT母粒；將上述PBAT、交聯(lián)劑通過雙螺桿擠出機(jī)混合后進(jìn)行擠出造粒，得到交聯(lián)PBAT母粒；將上述PBAT、PLA、抗氧劑通過雙螺桿擠出機(jī)混合后進(jìn)行擠出造粒，得到共混PBAT母粒。

(4)將步驟(3)中所得母粒加入到塑料吹膜機(jī)中吹塑成型，得到PBAT薄膜、交聯(lián)PBAT薄膜和共混PBAT薄膜。

(5)將步驟(4)中所得的PBAT薄膜、交聯(lián)PBAT薄膜和共混PBAT薄膜直接進(jìn)行電子束輻照，即得到電子束輻照后的PBAT薄膜、電子束輻照后的交聯(lián)PBAT薄膜和電子束輻照后的共混PBAT薄膜。

優(yōu)選地，電子束輻照的輻照劑量范圍為0～200kGy。

優(yōu)選地，所用PBAT為無填充的100％聚對苯二甲酸/己二酸丁二酯；所用PLA為聚乳酸；所用交聯(lián)劑為三烯丙基異氰脲酸酯(TAIC)，一種常用的無毒交聯(lián)劑；所用抗氧劑為抗氧劑1010。

優(yōu)選地，所述PBAT母粒的物質(zhì)的質(zhì)量百分比組成為100％PBAT；所述交聯(lián)PBAT母粒的物質(zhì)的質(zhì)量百分比組成為97～100％的PBAT和0～3％的交聯(lián)劑；所述共混PBAT母粒的物質(zhì)的質(zhì)量百分比組成為20～100％的PBAT、0～80％的PLA和0～3％的抗氧劑。

以下為具體實(shí)施例：

實(shí)施例1：

一種改性PBAT薄膜，輻照劑量為20kGy。

所述改性PBAT薄膜具體實(shí)施過程和步驟包括：

(1)將PBAT顆粒在鼓風(fēng)干燥箱中60℃干燥4h。通過雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出造粒，設(shè)定擠出機(jī)1-7區(qū)溫度依次為170、180、185、185、175、165、155℃。得到PBAT母粒，85℃干燥8h。

(2)將上述母粒加入到塑料吹膜機(jī)中吹塑成型，吹膜機(jī)1-5區(qū)溫度一次設(shè)定為150、160、165、170、165℃，得到PBAT薄膜。

(3)將步驟(2)中所得的PBAT薄膜分別平鋪裝入聚乙烯袋中，將此袋置于電子加速器下室溫直接進(jìn)行電子束輻照，輻照劑量為20kGy。

實(shí)施例2：

一種改性PBAT薄膜，輻照劑量為50kGy。

所述改性PBAT薄膜具體實(shí)施過程和步驟包括：

(2)將上述母粒加入到塑料吹膜機(jī)中吹塑成型，吹膜機(jī)1-5區(qū)溫度一次設(shè)定為150、160、165、170、165℃，得到PBAT薄膜。

(3)將步驟(2)中所得的PBAT薄膜分別平鋪裝入聚乙烯袋中，將此袋置于電子加速器下室溫直接進(jìn)行電子束輻照，輻照劑量為50kGy。

實(shí)施例3：

一種改性PBAT薄膜，輻照劑量為100kGy。

所述改性PBAT薄膜具體實(shí)施過程和步驟包括：

(2)將上述母粒加入到塑料吹膜機(jī)中吹塑成型，吹膜機(jī)1-5區(qū)溫度一次設(shè)定為150、160、165、170、165℃，得到PBAT薄膜。

(3)將步驟(2)中所得的PBAT薄膜分別平鋪裝入聚乙烯袋中，將此袋置于電子加速器下室溫直接進(jìn)行電子束輻照，輻照劑量為100kGy。

實(shí)施例4：

一種改性PBAT薄膜，輻照劑量為150kGy。

所述改性PBAT薄膜具體實(shí)施過程和步驟包括：

(2)將上述母粒加入到塑料吹膜機(jī)中吹塑成型，吹膜機(jī)1-5區(qū)溫度一次設(shè)定為150、160、165、170、165℃，得到PBAT薄膜。

(3)將步驟(2)中所得的PBAT薄膜分別平鋪裝入聚乙烯袋中，將此袋置于電子加速器下室溫直接進(jìn)行電子束輻照，輻照劑量為150kGy。

實(shí)施例5：

一種改性PBAT薄膜，輻照劑量為200kGy。

所述改性PBAT薄膜具體實(shí)施過程和步驟包括：

(2)將上述母粒加入到塑料吹膜機(jī)中吹塑成型，吹膜機(jī)1-5區(qū)溫度一次設(shè)定為150、160、165、170、165℃，得到PBAT薄膜。

(3)將步驟(2)中所得的PBAT薄膜分別平鋪裝入聚乙烯袋中，將此袋置于電子加速器下室溫直接進(jìn)行電子束輻照，輻照劑量為200kGy。

實(shí)施例6：

一種改性PBAT薄膜，包括PBAT、交聯(lián)劑三烯丙基異氰脲酸酯(TAIC)。輻照劑量為20kGy。

所述改性PBAT薄膜具體實(shí)施過程和步驟包括：

(1)將PBAT顆粒在鼓風(fēng)干燥箱中60℃干燥4h。稱取擠出實(shí)驗(yàn)?zāi)噶?，各物質(zhì)占母料的質(zhì)量百分比為：97％的PBAT，3％的TAIC，通過雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出造粒，設(shè)定擠出機(jī)1-7區(qū)溫度依次為120、125、130、135、140、140、135℃。得到混合母粒，85℃干燥8h。