一种阻隔性PBAT复合薄膜及其制备方法与应用与流程

本发明涉及复合薄膜领域，具体涉及一种阻隔性pbat复合薄膜及其制备方法与应用。
背景技术：
：随着科学与社会的发展，环境和资源问题越来越受到人们的重视。以石油为原料的传统塑料材料应用广泛，但其使用后很难回收利用，大量塑料废弃物因其不可降解性造成了严重的“白色污染”问题。目前使用的塑料薄膜其主要成分是聚乙烯、聚氯乙烯等，百年不降解，由此带来的污染问题已严重制约了我国的可持续发展。因此，可生物降解尤其是完全生物降解塑料薄膜的发展具有重要意义。聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(pbat)是一种聚酯类生物降解塑料，由己二酸丁二醇酯(pba)和对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)组成的共聚物。pbat兼具脂肪族聚酯(pba)的降解性能和芳香族聚酯(pbt)的力学性能，优秀的柔软性和延展性使其适用于食品包装和农用薄膜，是目前市场应用非常活跃的降解材料之一。但其分子结构上存在固有缺陷，导致其阻隔性较差，限制了其在包装领域的应用和推广。共混掺杂纳米填料，尤其是纳米片层填料填充聚合物体系，利用聚合物与填料良好的界面作用以及纳米片层填料在聚合物基体中引起气体渗透的“多路径效应”或“纳米阻隔墙”，可以有效地改善聚合物基体的阻隔性能，具有重要的应用意义。因此，通过一定的方法对层状纳米无机物及pbat改性，在提高层状纳米无机物与pbat基体相容性的同时，改善复合薄膜的水蒸气阻隔性，最终制备得到兼具优异阻隔性和生物降解性的pbat/层状纳米无机物复合塑料薄膜，促进其广泛地应用。技术实现要素：现有生物降解薄膜阻隔效果太差，极大的限制了应用，本发明提供了一种阻隔性pbat复合薄膜，该复合薄膜在保证完全生物降解的基础上，有目的性地提高薄膜的阻隔性，完善其综合性能，促进其在食品包装、医药领域和农用地膜等方面的应用。本发明的另一目的在于提供上述完全生物降解的阻隔性pbat复合薄膜的制备方法。本发明的再一目的在于提供上述阻隔性pbat复合薄膜的应用。本发明的目的通过下述技术方案实现。一种阻隔性pbat复合薄膜，该复合薄膜的制备原料包括以下质量份的成分：优选的，所述的阻隔性pbat复合薄膜，与不含填料的纯生物降解地膜相比，水蒸气透过率减小。所述的阻隔性pbat复合薄膜，基体材料为pbat，是完全生物降解材料，最终降解产物为水和二氧化碳，对环境没有污染伤害。优选的，所述的层状纳米无机填料为蒙脱土(mmt)、石墨(gs)、氧化石墨(go)、石墨烯、云母等，以及其相应的进一步改性产品。所述的阻隔性pbat复合薄膜填料的改性，包括十六烷基三甲基溴化铵(ctab)、十六烷基三甲基氯化铵(ctac)、十二烷基磺酸钠(sds)、十八烷基胺(oda)等有机插层剂对蒙脱土、石墨、氧化石墨、石墨烯、云母等进行改性。优选的，所述的流平剂为有机硅类、丙烯酸酯类，如异佛尔酮、二丙酮醇、solvesso150、聚二甲基硅氧烷和聚甲基苯基硅氧烷等中的一种以上。优选的，所述的消泡剂为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、单硬脂酸甘油酯、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷等中的一种以上。以上所述的一种阻隔性pbat复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：将pbat粒料烘干，层状纳米无机填料烘干、研磨后，再加入流平剂、消泡剂、溶剂，溶解、搅拌，最后采用流延法制得阻隔性pbat复合薄膜。优选的，所述溶剂为chcl3和ch2cl2中的一种或两种。优选的，所述搅拌的时间为2-5h。优选的，所述流延法为溶液流延法，在溶液流延法制备阻隔性pbat复合薄膜后，采用水洗的方法揭膜。优选的，所述流延法流延后，使溶剂在常温下挥发干净，得到阻隔性pbat复合薄膜。优选的，使用型号为ym11的透湿杯，通过蒸发法测定阻隔性pbat复合薄膜的水蒸气透过率。以上所述的一种阻隔性pbat复合薄膜在包装领域、农用地膜等中的应用。本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：本发明将层状纳米无机填料加入到pbat薄膜中，通过改变水蒸气通过路径达到阻隔的效果，操作简单；采用溶液流延法制备薄膜，操作方便，实验条件简单，可行性高；采用ch2cl2全部或部分取代chcl3做溶剂，减少了常用流延法有机溶剂的毒性，提高了安全性；通过水洗法揭膜，减少了添加剂的用量，安全高效，保证了薄膜的完整性。附图说明图1为阻隔性pbat/ommt复合薄膜的透湿量曲线图。图2为阻隔性pbat/改性go复合薄膜的透湿量曲线图。图3为阻隔性pbat/云母复合薄膜的透湿量曲线图。图4为阻隔性pbat/mmt/gs复合薄膜的透湿量曲线图。具体实施方式下面结合实施例与附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例1阻隔性pbat/ommt复合薄膜，其原料见表1，制备方法如下：(1)ommt(有机蒙脱土)的制备：取mmt3g，ctab(十六烷基三甲基溴化铵)0.9g，100ml去离子水，依次加入250ml三口烧瓶中，60℃油浴搅拌12小时，然后离心洗涤，60℃干燥，研磨得到ommt；(2)将表1中的各原料在80℃烘箱中烘干4h；(3)准备5个250ml锥形瓶，依次编号为0、1、2、3、4，对应于不同的反应体系，分别加入相应的原料；(4)搅拌溶解5h；(5)待pbat完全溶解，ommt(有机蒙脱土)均匀分散时，将溶液流延在相应的玻璃模具上；(6)待溶剂ch2cl2完全挥发后，得到阻隔性pbat/ommt复合薄膜；(7)将玻璃板浸润在自来水中，使制备的复合薄膜湿润，然后轻轻将薄膜揭起；(8)将薄膜平整悬挂在通风处自然晾干，备用。表1测定本实施例所得薄膜的水蒸气阻隔性能。水蒸气阻隔性能的测试方法参照gb/t2679.3-1995，采用蒸发法，具体步骤如下：(1)取透湿杯5个，向清洁、干燥的杯体内注入10ml水。(2)将试样测试面朝下放置在杯体上，装上垫圈和压环，旋上螺帽，再用乙烯胶带从侧面封住杯体、橡胶垫圈、压环组成的试验组合体。(3)将试验组合体水平放置在已达到温度为38℃，湿度为2％，气流速度0.5m/s的试验箱内，经过0.5h平衡后，按编号在箱逐一秤量，精确至0.001g。(4)经过1h的试验后，再按同一顺序秤量。如需在箱外秤量，秤量时环境温度与规定的试验温度差异不大于3℃。试样透湿量按下式计算：式中：wvt每平方米每天的透湿量，单位为g/(m2·d)δm同一试验组合体二次秤量之差，单位为gs试样试验面积，单位为m2t试验时间，单位为h实验所得结果如图1所示。pbat/ommt复合薄膜的透湿量数据如表2所示：表2样品编号01234薄膜厚度/um1313131313ommt含量/wt％00.5123透湿量g/m2*24h1382.852883.5491081.0991042.0231084.717相对百分比/％036.1121.8224.6521.56根据实验结果可知，ommt的加入，可以有效地提高pbat薄膜的水蒸气阻隔性能。与纯pbat薄膜的空白样对比，不同量ommt的加入，使复合薄膜的水蒸气透过率均在一定程度上明显下降。其中，当ommt为pbat含量的0.5％时，水蒸气阻隔效果最明显，相对与空白样下降36.11％，性能良好。实施例2阻隔性pbat/改性go复合薄膜，其原料见表3，制备方法如下：(1)改性go的制备：采用hummer氧化法制备得到go，取go3g，ctab(十六烷基三甲基溴化铵)0.9g，100ml去离子水，依次加入250ml三口烧瓶中，60℃油浴搅拌12小时，然后离心洗涤，60℃干燥，研磨得到改性go；(2)将表3中的各原料在60℃烘箱中烘干8h；(3)准备5个250ml锥形瓶，依次编号为0、1、2、3、4，对应于不同的反应体系，分别加入相应的原料；(4)搅拌溶解3h；(5)待pbat完全溶解，改性go均匀分散时，将溶液流延在相应的玻璃模具上；(6)待溶剂chcl3完全挥发后，得到阻隔性pbat/改性go复合薄膜；(7)将玻璃板浸润在自来水中，使制备的复合薄膜湿润，然后轻轻将薄膜揭起；(8)将薄膜平整悬挂在通风处自然晾干，备用。表3测定本实施例所得薄膜的水蒸气阻隔性能，水蒸气阻隔性能的测试方法同实施例1的，实验所得结果如图2所示。pbat/改性go复合薄膜的透湿量数据如表4所示：表4样品编号01234薄膜厚度/um1112111212改性go含量/wt％00.5123透湿量g/m2*24h1293.8451110.0441232.3371079.6521068.074相对百分比/％014.214.7516.5517.45根据实验结果可知，改性go的加入，可以有效地提高pbat薄膜的水蒸气阻隔性能。与纯pbat薄膜的空白样对比，不同量改性go的加入，使复合薄膜的水蒸气透过率均在一定程度上明显下降。其中，当改性go为pbat含量的3％时，水蒸气阻隔效果最明显，相对与空白样下降17.45％，性能良好。实施例3阻隔性pbat/云母复合薄膜，其原料见表5，制备方法如下：(1)将表5中的各原料在70℃烘箱中烘干5h；(2)准备4个250ml锥形瓶，依次编号为0、1、2、3，对应于不同的反应体系，分别加入相应的原料；(3)搅拌溶解2h；(4)待pbat完全溶解，云母均匀分散时，将溶液流延在相应的玻璃模具上；(5)待溶剂ch2cl2完全挥发后，得到阻隔性pbat/云母复合薄膜；(6)将玻璃板浸润在自来水中，使制备的复合薄膜湿润，然后轻轻将薄膜揭起；(7)将薄膜平整悬挂在通风处自然晾干，备用。表5测定本实施例所得薄膜的水蒸气阻隔性能，水蒸气阻隔性能的测试方法同实施例1的，实验所得结果如图3所示。pbat/云母复合薄膜的透湿量数据如表6所示：表6样品编号0124薄膜厚度/um11121213云母含量/wt％00.5210透湿量g/m2*24h1364.9421046.5461108.0541143.331相对百分比/％023.3318.8216.24根据实验结果可知，云母的加入，可以有效地提高pbat薄膜的水蒸气阻隔性能。与纯pbat薄膜的空白样对比，不同量云母的加入，使复合薄膜的水蒸气透过率均在一定程度上明显下降。其中，当云母为pbat含量的0.5％时，水蒸气阻隔效果最明显，相对与空白样下降23.33％，性能良好。实施例4阻隔性pbat/mmt/gs复合薄膜，其原料见表7，制备方法如下：(1)将表7中的各原料在80℃烘箱中烘干6h；(2)准备3个250ml锥形瓶，依次编号为0、1、2，对应于不同的反应体系，分别加入相应的原料；(3)搅拌溶解3h；(4)待pbat完全溶解，mmt和石墨粉(gs，8000目，麦克林)均匀分散时，将溶液流延在相应的玻璃模具上；(5)待溶剂完全挥发后，得到阻隔性pbat/mmt/gs复合薄膜；(6)将玻璃板浸润在自来水中，使制备的复合薄膜湿润，然后轻轻将薄膜揭起；(7)将薄膜平整悬挂在通风处自然晾干，备用。表7测定本实施例所得薄膜的水蒸气阻隔性能，水蒸气阻隔性能的测试方法同实施例1的，实验所得结果如图4所示。pbat/云母复合薄膜的透湿量数据如表8所示：表8样品编号012薄膜厚度/um111212mmt+gs总含量/wt％048透湿量g/m2*24h1636.2011390.9721206.045相对百分比/％014.9926.29根据实验结果可知，mmt和gs的共混加入，可以有效地提高pbat薄膜的水蒸气阻隔性能。与纯pbat薄膜的空白样对比，不同量mmt和gs的加入，使复合薄膜的水蒸气透过率均在一定程度上明显下降。其中，当mmt和gs总量为pbat含量的8％时，水蒸气阻隔效果最明显，相对于空白样下降26.29％，性能良好。当前第1页12