生物可降解聚合物基生物复合材料的制作方法

本发明属于生物可降解聚合物材料领域。具体地，本发明涉及聚合物基生物复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、上个世纪，塑料在人类社会发展中发挥了重要作用[1]。大多数塑料材料主要来自化石燃料[2]。根据塑料在各自应用中所使用的聚合物的类型，这些石油衍生的塑料坚固、坚韧、坚硬、耐用、重量相对较轻、价格低廉、寿命长且具有热稳定性和化学稳定性[3]，使其成为诸如包装、建筑、运输、消费品等一次性应用的材料。然而，使用后塑料的无管理且无控制的排放已成为巨大的环境污染负担[4]。

2、近来，致力于以可持续方式管理塑料的努力使得人们对利用生物可降解聚合物和/或生物基聚合物以生产一次性消费品产生了浓厚兴趣[5]，这些聚合物包括聚乳酸(pla)、聚羟基烷酸酯(pha)、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(pbat)、聚丁二酸丁二醇酯(pbs)、聚己内酯(pcl)等。

3、在生物可降解聚合物中，聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(pbat)，一种脂肪族-芳香族共聚聚酯，是最具吸引力的生物可降解聚合物之一，被誉为可取代消费品和包装应用中的一次性塑料。除了生物可降解性之外，pbat相对于一系列商品塑料具有很有竞争力的机械性能，使得其在食品包装和消费品应用中具有吸引力。然而，pbat比低密度聚乙烯贵约三倍，而且刚度/韧性较低，使用温度相对较低，这就阻碍了其在具有成本竞争力的商品塑料领域的广泛应用[6]。

4、在生物复合材料的开发过程中使用生物来源材料作为填料是提高最终产品的模量和降低最终产品成本的有效方法[7]。许多研究人员已经探索将不同的生物来源材料如木质素[8]、几丁质[9]、蚕丝粉[10]、天然纤维[11、12]、咖啡粉[13]、lingo纤维素填料[14]、微藻类生物质[15]、具有可溶物的干酒槽(distillers dried grains)[16]、玉米残渣[17]、其他生物质[18、19]等用于pbat基生物复合材料。典型的疏水性聚合物基材例如pbat与亲水性生物来源纤维基填料之间的界面粘附性差是生物复合材料有待解决的挑战之一。

5、因此，需要具有成本竞争力的生物可降解材料来替代传统塑料，该生物可降解材料具有所需的机械性能和/或热机械性能，可由生物可降解聚合物与可持续的、低成本的且生物可降解的填料制备。

6、提供这些背景信息的目的是为了提供申请人认为的可能与本发明有关的已知信息。无意于承认、也不应解释为任何前述信息构成本发明的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供基于pbat的生物可降解生物复合材料。

2、根据本发明的方面，提供了一种用于制备生物可降解复合材料的组合物，该组合物包含用于制备生物可降解生物复合材料的组合物，该组合物包含：a)按重量计约30％至99.5％的聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(pbat)组分；b)按重量计约0.5％至50％的大麻残渣；和c)任选的按重量计约0.1％至50％的：用一种或多种选自马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯、1,2,4,5-苯四酸酐、丙烯酸、聚丙烯酸、亚甲基二苯基二异氰酸酯、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯的共聚物和/或丙烯酸的共聚物的相容剂(compatibilizer)接枝的pbat，和/或一种或多种选自马来酸酐、1,2,4,5-苯四酸酐、丙烯酸、聚丙烯酸和亚甲基二苯基二异氰酸酯的相容剂。

3、根据本发明的方面，提供了一种生物复合材料，其包含以下或由以下制成：a)按重量计约30％至99.5％的聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(pbat)组分；b)按重量计约0.5％至50％的大麻残渣；和任选的按重量计约0.1％至50％的：用一种或多种选自马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯、1,2,4,5-苯四酸酐、丙烯酸、聚丙烯酸、亚甲基二苯基二异氰酸酯、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯的共聚物和/或丙烯酸的共聚物的相容剂接枝的pbat，和/或一种或多种选自马来酸酐、1,2,4,5-苯四酸酐、丙烯酸、聚丙烯酸和亚甲基二苯基二异氰酸酯的相容剂，其中混合物已被加热。

4、根据本发明的另一方面，提供了一种制备本文所述的生物可降解的生物复合材料的方法，该方法包括：a)使pbat组分与大麻残渣掺和，并任选地与相容剂掺和，以及b)于足以熔融至少pbat的挤出温度挤出所述掺和物(admixture)。

5、根据本发明的另一方面，提供了一种制备本文所述的生物可降解的生物复合材料的方法，该方法包括：a)通过以下步骤制备接枝的pbat：将pbat、一种或多种相容剂和自由基引发剂组合以形成反应混合物，以及熔融加工该反应混合物以形成所述接枝的pbat；以及b)将步骤a)中制备的所述接枝的pbat与pbat组分、大麻残渣和任选的一种或多种增塑剂和/或填料混合，并于足以熔融至少pbat的挤出温度挤出所述混合物。

技术特征：

1.一种用于制备生物可降解的生物复合材料的组合物，所述组合物包含：

2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述pbat组分是聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(pbat)，并且所述组合物包含约0.1％至50％的用一种或多种所述相容剂接枝的pbat。

3.根据权利要求2所述的组合物，还包含按重量计20％至40％的增塑剂。

4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述pbat组分是pbat、淀粉和增塑剂的混合物，其中pbat按重量计为所述组合物的约50％至65％，所述淀粉按重量计为所述组合物的约15％至35％，且所述增塑剂按重量计为所述组合物的约10％至15％。

5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述pbat组分是pbat-热塑性淀粉共混物，其中pbat按重量计为所述组合物的约50％至65％，且所述热塑性淀粉按重量计为所述组合物的约30％至40％。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的组合物，其中，所述大麻残渣包含长度为约75μm至150μm、宽度为约15μm至40μm、并且长宽比为约3.5至5的颗粒。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的组合物，其中所述大麻残渣的密度为约1.0g/cm3至2.0g/cm3。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的组合物，其中所述大麻残渣包含约60％至75％的纤维素、5％至15％的半纤维素和约10％至25％的木质素。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的组合物，其中对所述大麻残渣进行处理以从中去除thc和cbd。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的组合物，还包含按重量计约1％至3％的加工助剂，如单硬脂酸甘油酯和/或硬脂酸。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的组合物，还包含无机填料(如滑石，粘土，硅灰石，蒙脱石，或碱金属或碱土金属的碳酸盐、碳酸氢盐、氧化物或硫酸盐)。

12.由权利要求1至11中任一项所限定的组合物制备的生物复合材料。

13.一种生物复合材料，包含

14.根据权利要求13所述的生物复合材料，其中所述pbat组分是聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(pbat)，并且所述生物复合材料包含约0.1％至50％的用一种或多种所述相容剂接枝的pbat。

15.根据权利要求14所述的生物复合材料，还包含按重量计20％至40％的增塑剂。

16.根据权利要求13所述的生物复合材料，其中所述pbat组分是pbat、淀粉和增塑剂的混合物，其中pbat按重量计为所述组合物的约50％至65％，所述淀粉按重量计为所述组合物的约15％至35％，且所述增塑剂按重量计为所述组合物的约10％至15％。

17.根据权利要求13所述的生物复合材料，其中所述pbat组分是pbat-热塑性淀粉共混物，其中pbat按重量计为所述组合物的约50％至65％，且所述热塑性淀粉按重量计为所述组合物的约30％至40％。

18.根据权利要求13至17中任一项所述的生物复合材料，其中所述大麻残渣包含长度为约75μm至150μm、宽度为约15μm至40μm、并且长宽比为约3.5至5的颗粒。

19.根据权利要求13至17中任一项所述的生物复合材料，其中所述大麻残渣的密度为约.2g/cm3至2.0g/cm3。

20.根据权利要求13至19中任一项所述的生物复合材料，其中所述大麻残渣包含60至75％、5％至15％的半纤维素和约10％至25％的木质素。

21.根据权利要求13至20中任一项所述的生物复合材料，其中对所述大麻残渣进行预处理以去除thc和cbd。

22.根据权利要求13至21中任一项所述的生物复合材料，还包含按重量计约1％至3％的加工助剂，如单硬脂酸甘油酯和/或硬脂酸。

23.根据权利要求13至22中任一项所述的生物复合材料，还包含无机填料(如滑石，粘土，硅灰石，蒙脱石，或碱金属或碱土金属的碳酸盐、碳酸氢盐、氧化物或硫酸盐)。

24.一种制备权利要求13至23中任一项所限定的生物复合材料的方法，所述方法包括：

25.根据权利要求24所述的方法，其中，通过螺杆挤出机以约150℃至220℃的加工温度和约80rpm至120rpm的螺杆转速将所述掺和物挤出。

26.根据权利要求24所述的方法，其中通过螺杆挤出机以约130℃至200℃的加工温度和约380rpm至450rpm的螺杆转速将所述掺和物挤出。

27.根据权利要求24或25所述的方法，其中对所述复合材料进行空气冷却和制粒。

28.一种制备权利要求13至23中任一项所限定的生物复合材料的方法，其中所述复合材料包含用一种或多种相容剂接枝的pbat，所述方法包括：

技术总结
本发明提供了用于制备生物可降解的生物可降解复合材料的组合物，生物可降解复合材料包含聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)组分、大麻粉、以及任选的一种或多种相容剂和/或用一种或多种选自选自马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯、1,2,4,5‑苯四酸酐、丙烯酸、聚丙烯酸、亚甲基二苯基二异氰酸酯、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯的共聚物和/或丙烯酸的共聚物的相容剂接枝的PBAT。本发明还涉及复合材料的制备方法。

技术研发人员：T·H·麦肯宁,A·古普塔
受保护的技术使用者：CTK研究与发展加拿大有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24