一种PBAT复合材料及其制备方法

一种pbat复合材料及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种pbat复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，出于减少环境中塑料废弃物积累数量的需求，开发环保型生物可降解高分子引起了人们的广泛关注。脂肪族聚酯是一类常见的可生物降解材料，在自然环境下具有良好的生物降解性，但它在性能和加工等方面存在不足之处，比如较低的热稳定性能和力学性能。而芳香族聚酯由于带有苯环这种刚性基团的存在，具有更高的力学强度和热稳定性，但其生物降解性能较差。其中，聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(pbat)以其良好的分子柔韧性和可生物降解性，被认为是聚乙烯等不可降解高分子材料的理想替代品，以pbat为基体开发的生物可降解复合材料已经成为解决白色污染的有效途径之一，但现阶段pbat也普遍存在阻隔性差、加工性较差、粘度高和耐候性差等缺陷。因而，为了使可降解材料能够向各应用领域快速渗透。满足产品的性能要求并具有良好的加工性，很多研究是通过两种或多种不同特性的高分子聚酯复合得到的复合材料弥补各自的不足，来均衡其性能并且具有良好的降解性能，借此通过具有可降解性的复合材料替代传统不可降解的原料。这对于改善环境，节约矿物资源和生态友好的绿色可持续发展具有重大的现实意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种pbat复合材料及其制备方法，所述pbat复合材料具有加工性能好、力学性能高、耐热稳定性强且抗菌环保的特点。
4.本发明的目的通过下述技术方案予以实现：一种pbat复合材料，包括如下重量份的原料：
[0005][0006]
在本发明中，采用pbat为主要原料，通过聚乙交酯、改性脂肪族聚酯、增容剂、耐热剂和抗菌剂的加入制得所述pbat复合材料，所述pbat复合材料的机械性能较好、断裂伸长率高、耐热性能和抗菌性良好，并且具有较宽的热加工窗口以及良好的可纺性。其中，通过聚乙交酯的加入改善反应体系的粘度、断裂伸长率和可纺性，并有效提高所述pbat复合材料的耐热稳定性和降解性；通过改性脂肪族聚酯能够提升复合材料的相容性和加工性能；通过所述增容剂的加入能够有效改善pbat、聚乙交酯和改性脂肪族聚酯之间的相容性，提
高界面附着力；通过耐热剂的加入提高复合材料的耐热稳定性和加工性能；通过抗菌剂的加入使复合材料具有一定的抗菌功效。
[0007]
进一步的，所述增容剂为4，4`-二苯基甲烷二异氰酸酯、2，2'-(1，3-亚苯基)-二噁唑啉(pbo)、2，2一(1，3一亚苯基)一二唑啉(boz)、聚乙酸乙烯酯或环氧笼型聚倍半硅氧烷中的至少一种。
[0008]
进一步的，所述耐热剂为苯基膦酸镧、苯基膦酸铈或磷酸镁中的至少一种。
[0009]
进一步的，所述抗菌剂为壳聚糖、芦丁或姜黄素中的至少一种。
[0010]
进一步的，所述聚乙交酯的制备方法包括如下步骤：将乙交酯、1,4-丁二醇，季戊四醇和辛酸亚锡加入到反应釜中，充气氮气后将反应釜温度升高至100-120℃，维持20-30min，再升高温度至170-180℃，反应2-4h即得到所述聚乙交酯。
[0011]
进一步的，所述聚乙交酯的特性粘度为0.65-0.75η/(dg/l)。
[0012]
在本发明中，通过上述制备方法制得所述聚乙交酯的力学性能和热稳定性均表现较好，并能够将其特性粘度在0.65-0.75η/(dg/l)范围内，采用聚乙交酯和pbat复合能够显著改善pbat粘度高、力学性能和耐热性能的问题。同时通过聚乙交酯的加入显著提高所述pbat复合材料的相容性以及降解速率。
[0013]
进一步的，所述改性脂肪族聚酯的制备包括如下步骤：
[0014]
s1、在反应釜内加入少量的乙二醇，然后按重量份加入对苯二甲酸、乙二醇、乙交酯和催化剂，搅拌一段时间，通入氮气；
[0015]
s2、升高温度至160-190℃反应1-4h，再升高温度至220-240℃进行2-4h的酯化反应，然后继续升高温度至240-260℃，调整压力在80-100kpa条件下保持40-60min，调整压力为-100kpa、温度为260-270℃条件下继续反应至结束，即得到所述改性脂肪族聚酯。
[0016]
更进一步的，在步骤s1中，对苯二甲酸、乙二醇、乙交酯和催化剂的质量比为30-50：35-70：15-30：1-5。
[0017]
更进一步的，在步骤s1中，所述催化剂为2-乙基己酸亚锡、辛酸亚锡或乳酸锡中的至少一种。
[0018]
进一步的，所述改性脂肪族聚酯的数均分子量为7000-20000g/mol。
[0019]
本发明所述改性脂肪族聚酯的制备反应方式如下所示：
[0020][0021]
通过上述制备步骤制得所述改性脂肪族聚酯具有良好的相容性和加工性能，并且通过添加改性脂肪族聚酯有效拓宽了所述复合材料的加工窗口。
[0022]
本发明提供了一种pbat复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0023]
将所得pbat、聚乙交酯和改性脂肪族聚酯放置于70-80℃烘箱汇中干燥8-12h；
[0024]
按比例称取干燥后的pbat、聚乙交酯、改性脂肪族聚酯、增容剂、耐热剂和抗菌剂置于高速搅拌机中混合均匀；
[0025]
将步骤(2)中得到的物料转至双螺杆挤出机注塑挤出，冷却后切片得到所述pbat复合材料。
[0026]
本发明的有益效果在于：本发明公开了一种pbat复合材料及其制备方法，采用pbat为主要原料，通过聚乙交酯、改性脂肪族聚酯、增容剂、耐热剂和抗菌剂的加入制得所述pbat复合材料，所述pbat复合材料的机械性能较好、断裂伸长率高、耐热性能和抗菌性良好，并且具有较宽的热加工窗口以及良好的可纺性。其中，通过聚乙交酯的加入改善反应体系的粘度、断裂伸长率和可纺性，并有效提高所述pbat复合材料的耐热稳定性和降解性；通过改性脂肪族聚酯能够提升复合材料的相容性和加工性能。本发明所述pbat复合材料用于熔融纺丝具有良好的加工性能、耐热稳定性和抗菌性，所得纤维的力学性能优异。
具体实施方式
[0027]
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
[0028]
实施例1
[0029]
本实施例的pbat复合材料，包括如下重量份的原料：
[0030][0031]
进一步的，所述增容剂为4，4`-二苯基甲烷二异氰酸酯。
[0032]
进一步的，所述耐热剂为磷酸镁。
[0033]
进一步的，所述抗菌剂为壳聚糖。
[0034]
进一步的，所述聚乙交酯的制备方法包括如下步骤：将乙交酯、1,4-丁二醇，季戊四醇和辛酸亚锡加入到反应釜中，充气氮气后将反应釜温度升高至100℃，维持20min，再升高温度至170℃，反应3h即得到所述聚乙交酯。
[0035]
进一步的，所述改性脂肪族聚酯的制备包括如下步骤：
[0036]
s1、在反应釜内涂膜少量的乙二醇，然后按重量份加入对苯二甲酸、乙二醇、乙交酯和催化剂，搅拌一段时间，通入氮气；
[0037]
s2、升高温度至160℃反应2h，再升高温度至220℃进行2h的酯化反应，然后继续升高温度至240℃，调整压力在80kpa条件下保持40min，调整压力为-100kpa、温度为260℃条件下继续反应至结束，即得到所述改性脂肪族聚酯。
[0038]
进一步的，在步骤s1中，对苯二甲酸、乙二醇、乙交酯和催化剂的质量比为30：40：15：0.2。
[0039]
进一步的，在步骤s1中，所述催化剂为辛酸亚锡。
[0040]
本实施例上述pbat复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0041]
(1)将所得pbat、聚乙交酯和改性脂肪族聚酯放置于70℃烘箱汇中干燥8h；
[0042]
(2)按比例称取干燥后的pbat、聚乙交酯、改性脂肪族聚酯、增容剂、耐热剂和抗菌剂置于高速搅拌机中混合均匀；
[0043]
(3)将步骤(2)中得到的物料转至双螺杆挤出机注塑挤出，冷却后切片得到所述pbat复合材料。
[0044]
实施例2
[0045]
本实施例的pbat复合材料，包括如下重量份的原料：
[0046][0047]
进一步的，所述增容剂为2，2一(1，3一亚苯基)一二唑啉。
[0048]
进一步的，所述耐热剂为苯基膦酸铈。
[0049]
进一步的，所述抗菌剂为姜黄素。
[0050]
进一步的，所述聚乙交酯的制备方法包括如下步骤：将乙交酯、1,4-丁二醇，季戊四醇和辛酸亚锡加入到反应釜中，充气氮气后将反应釜温度升高至110℃，维持20min，再升高温度至170℃，反应3h即得到所述聚乙交酯。
[0051]
进一步的，所述改性脂肪族聚酯的制备包括如下步骤：
[0052]
s1、在反应釜内涂膜少量的乙二醇，然后按重量份加入对苯二甲酸、乙二醇、乙交酯和催化剂，搅拌一段时间，通入氮气；
[0053]
s2、升高温度至170℃反应3h，再升高温度至230℃进行3h的酯化反应，然后继续升高温度至250℃，调整压力在80kpa条件下保持50min，调整压力为-100kpa、温度为260℃条件下继续反应至结束，即得到所述改性脂肪族聚酯。
[0054]
进一步的，在步骤s1中，对苯二甲酸、乙二醇、乙交酯和催化剂的质量比为40：50：20：0.4。
[0055]
进一步的，在步骤s1中，所述催化剂为乳酸锡。
[0056]
本实施例上述pbat复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0057]
(1)将所得pbat、聚乙交酯和改性脂肪族聚酯放置于80℃烘箱汇中干燥10h；
[0058]
(2)按比例称取干燥后的pbat、聚乙交酯、改性脂肪族聚酯、增容剂、耐热剂和抗菌剂置于高速搅拌机中混合均匀；
[0059]
(3)将步骤(2)中得到的物料转至双螺杆挤出机注塑挤出，冷却后切片得到所述pbat复合材料。
[0060]
实施例3
[0061]
本实施例的pbat复合材料，包括如下重量份的原料：
[0062][0063]
进一步的，所述增容剂为2，2'-(1，3-亚苯基)-二噁唑啉。
[0064]
进一步的，所述耐热剂为苯基膦酸镧。
[0065]
进一步的，所述抗菌剂为芦丁。
[0066]
进一步的，所述聚乙交酯的制备方法包括如下步骤：将乙交酯、1,4-丁二醇，季戊四醇和辛酸亚锡加入到反应釜中，充气氮气后将反应釜温度升高至115℃，维持30min，再升高温度至175℃，反应3h即得到所述聚乙交酯。
[0067]
进一步的，所述改性脂肪族聚酯的制备包括如下步骤：
[0068]
s1、在反应釜内涂膜少量的乙二醇，然后按重量份加入对苯二甲酸、乙二醇、乙交酯和催化剂，搅拌一段时间，通入氮气；
[0069]
s2、升高温度至180℃反应3h，再升高温度至230℃进行3h的酯化反应，然后继续升高温度至250℃，调整压力在90kpa条件下保持50min，调整压力为-100kpa、温度为265℃条件下继续反应至结束，即得到所述改性脂肪族聚酯。
[0070]
进一步的，在步骤s1中，对苯二甲酸、乙二醇、乙交酯和催化剂的质量比为40：60：25：0.3。
[0071]
进一步的，在步骤s1中，所述催化剂为2-乙基己酸亚锡、辛酸亚锡或乳酸锡中的至少一种。
[0072]
本实施例上述pbat复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0073]
(1)将所得pbat、聚乙交酯和改性脂肪族聚酯放置于80℃烘箱汇中干燥10h；
[0074]
(2)按比例称取干燥后的pbat、聚乙交酯、改性脂肪族聚酯、增容剂、耐热剂和抗菌剂置于高速搅拌机中混合均匀；
[0075]
(3)将步骤(2)中得到的物料转至双螺杆挤出机注塑挤出，冷却后切片得到所述pbat复合材料。
[0076]
实施例4
[0077]
本实施例的pbat复合材料，包括如下重量份的原料：
[0078][0079]
进一步的，所述增容剂为聚乙酸乙烯酯。
[0080]
进一步的，所述耐热剂为苯基膦酸。
[0081]
进一步的，所述抗菌剂为壳聚糖。
[0082]
进一步的，所述聚乙交酯的制备方法包括如下步骤：将乙交酯、1,4-丁二醇，季戊四醇和辛酸亚锡加入到反应釜中，充气氮气后将反应釜温度升高至120℃，维持30min，再升高温度至180℃，反应4h即得到所述聚乙交酯。
[0083]
进一步的，所述改性脂肪族聚酯的制备包括如下步骤：
[0084]
s1、在反应釜内涂膜少量的乙二醇，然后按重量份加入对苯二甲酸、乙二醇、乙交酯和催化剂，搅拌一段时间，通入氮气；
[0085]
s2、升高温度至190℃反应3h，再升高温度至240℃进行3h的酯化反应，然后继续升高温度至260℃，调整压力在100kpa条件下保持40min，调整压力为-100kpa、温度为270℃条件下继续反应至结束，即得到所述改性脂肪族聚酯。
[0086]
进一步的，在步骤s1中，对苯二甲酸、乙二醇、乙交酯和催化剂的质量比为50：68：22：0.4。
[0087]
进一步的，在步骤s1中，所述催化剂为2-乙基己酸亚锡。
[0088]
本实施例上述pbat复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0089]
(1)将所得pbat、聚乙交酯和改性脂肪族聚酯放置于70-80℃烘箱汇中干燥8-12h；
[0090]
(2)按比例称取干燥后的pbat、聚乙交酯、改性脂肪族聚酯、增容剂、耐热剂和抗菌剂置于高速搅拌机中混合均匀；
[0091]
(3)将步骤(2)中得到的物料转至双螺杆挤出机注塑挤出，冷却后切片得到所述pbat复合材料。
[0092]
对比例1
[0093]
本对比例与实施例2的区别在于：本对比例所述pbat复合材料的原料中，不含有改性脂肪族聚酯。
[0094]
本对比例的其余内容均与实施例2相同，此处不再赘述。
[0095]
对比例2
[0096]
本对比例与实施例2的区别在于：本对比例所述pbat复合材料的原料中，不含有聚乙交酯。
[0097]
本对比例的其余内容均与实施例2相同，此处不再赘述。
[0098]
对比例3
[0099]
本对比例与实施例2的区别在于：本对比例所述pbat复合材料的原料中，不含有聚乙交酯和改性脂肪族聚酯。
[0100]
本对比例的其余内容均与实施例2相同，此处不再赘述。
[0101]
将上述实施例1-4和对比例1-3制得所述的pbat复合材料进行维卡软化温度测试，所述维卡软化温度按照astm d648标准进行测试。另外，取各实施例和对比例制得的切片采用复合纺丝机(6孔喷丝板，喷丝口直径为1mm)进行熔融纺丝作业后测试纤维的纤度和力学强度，纤度采用gb/t 14343-1993标准进行测试，纤维力学强度测试按照gb/t14344-2008标准进行测试。上述每组实验测三次，实验数据均取平均值，实施例1-4和对比例1-3的测试结果如下表所示。
[0102][0103][0104]
由上表数据可知，实施例1-4制得所述pbat复合材料的维卡软化温度远远高于对比例1-3，说明所述pbat复合材料的耐热稳定好，实施例1-4制得所述pbat复合材料的拉伸强度和断裂伸长率均高于对比例1-3，说明所述pbat复合材料具有良好的拉伸强度和断裂伸长率。在本发明中，通过以pbat为主要原料，并加入聚乙交酯、改性脂肪族聚酯、增容剂、耐热剂和抗菌剂制得所述pbat复合材料，所述pbat复合材料的力学性能较好、断裂伸长率
高、耐热性能和抗菌性良好，并且具有较宽的热加工窗口以及良好的可纺性。
[0105]
上述的具体实施例是对本发明技术方案和有益效果的进一步说明，并非对实施方式的限定。对本领域技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。