功能母粒及其制备方法和应用与流程

本发明涉及降解材料领域，特别是涉及一种功能母粒及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，生物降解塑料的发展与日俱增，应用不断扩大，在包装材料，一次性餐具，农用地膜和日用制品等领域开始逐步取代传统塑料。

2、在生物降解高分子塑料中，目前使用较多的为生物质粉体、聚乳酸(pla)、聚己内酯(pcl)、聚羟基烷基酸酯(pha)、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(pbat)、聚丁二酸丁二醇酯(pbs)和聚丁二酸己二酸丁二醇酯(pbsa)等等。其中，聚乳酸经由生物质粉体发酵、单体聚合等过程得到，为一类脂肪族聚酯，其力学性能与聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)树脂相当，但其较脆，热变形温度低，对加工成型设备需要特殊的要求。而聚羟基烷基酸酯可由生物工程或者化学工程合成得到，虽然热变形温度较高，但同样存在脆性缺陷，难以吹塑制成薄膜。其他种类的生物降解高分子塑料还可能存在降解时间长，加工困难的问题。可见，目前的生物降解高分子塑料可能存在降解时间长，脆性大，力学性能差，加工难度大，性能单一，综合性能不能满足实际应用要求的问题。

3、在材料领域，将两种以上的材料复合在一起制备复合材料，可以保持各组分材料性能的优点，而且通过各组分性能的互补和关联可以获得单一组成材料所不能达到的综合性能。但在完全生物降解复合材料中，其主要原料成分包含两类或者三类以上聚酯，配方设计中存在不可避免的相容性问题，或者在加工过程中出现难分散，导致特种功能需求的产品的品质不稳定的问题，一直困扰着相关研究人员。加入完全生物降解功能母粒，可保证完全生物降解前提下提高的配方中各类组分的相容问题，但功能母粒在制备过程中也存在大量功能助剂和基体聚合物难以相容的问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述问题，提供一种功能成分和基体聚合物相容性或者分散性好，彼此有效融合，并且能够定向功能化设计的功能母粒，使其能够用于生物降解聚酯的改性与加工。

2、技术方案如下：

3、一种功能母粒，包括如下质量百分比的组分：

4、生物质脂肪族聚酯 10％～20％；

5、功能填料 50％～60％；以及

6、改性助剂 30％～40％；

7、所述功能填料为至少含有羟基、亚氨基或氨基的多官能团化合物；

8、所述改性助剂选自取代芳基磷酸酯盐、苯乙烯基硬段和二烯烃软段共聚物、马来酸酐接枝聚合物、环氧类化合物、酰胺类化合物、脂肪酸盐和高分子蜡中的至少一种。

9、在其中一个实施例中，所述改性助剂选自马来酸酐接枝聚合物、氨基环氧硅烷和硬脂酸盐中的至少一种。

10、在其中一个实施例中，所述功能填料为醇类化合物或胺类化合物；

11、所述醇类化合物的分子量≤1000g/mol；

12、所述胺类化合物的分子量≤1000g/mol。

13、在其中一个实施例中，所述功能填料选自复合流动改性剂、脂肪酸、脂肪酸酰胺、环氧类化合物、异氰酸酯类化合物、受阻酚类化合物、受阻胺类化合物和碳化二亚胺类化合物中的至少一种。

14、在其中一个实施例中，所述生物质脂肪族聚酯选自聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸己二酸丁二醇酯和聚羟基烷基酸酯中的至少一种。

15、在其中一个实施例中，在190℃/2.16kg条件下，所述生物质脂肪族聚酯的熔融指数为8g/10min～60g/10min。

16、在其中一个实施例中，所述的功能母粒还包括无机填料。

17、在其中一个实施例中，所述的功能母粒包括如下质量百分比的组分：

18、

19、在其中一个实施例中，所述无机填料选自纳米碳酸钙、纳米滑石粉、纳米氧化钙、纳米氧化镁、纳米氧化钛、纳米氧化铝和纳米氧化锌中的至少一种。

20、本发明还提供如上所述的功能母粒的制备方法，包括如下步骤：

21、将各组分共混，在100℃～210℃条件下造粒。

22、本发明还提供一种生物可降解聚酯复合材料，包括如下质量百分比的组分：

23、脂肪族聚酯 10％～40％；

24、脂肪族-芳香族共聚酯 50％～88％；

25、如上所述的功能母粒 2％～30％。

26、在其中一个实施例中，所述的生物可降解聚酯复合材料还包括生物质材料、填料和助剂中的至少一种。

27、在其中一个实施例中，所述的生物可降解聚酯复合材料包括如下质量百分比的组分：

28、

29、在其中一个实施例中，所述生物质材料选自淀粉、咖啡渣、秸秆和竹粉中的至少一种。

30、在其中一个实施例中，所述填料选自碳酸钙、滑石粉、硫酸钡和高岭土中的至少一种。

31、在其中一个实施例中，所述助剂选自抗uv剂、抗水解剂、成核剂、交联剂、扩链剂、抗静电剂、增韧剂、相容剂、催化剂、偶联剂和润滑剂中的至少一种。

32、在其中一个实施例中，所述助剂选自抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076、水滑石化合物和纳米级无机粉中的至少一种。

33、在其中一个实施例中，所述脂肪族聚酯选自聚乳酸(pla)、聚羟基烷基酸酯(pha)、聚丁二酸丁二醇酯(pbs)、聚丁二酸己二酸丁二醇酯(pbsa)和聚己二酸丁二醇酯中的至少一种。

34、在其中一个实施例中，所述脂肪族-芳香族共聚酯选自聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(pbat)、聚琥珀酸对苯二甲酸丁二醇酯和聚癸二酸对苯二甲酸丁二醇酯(pbst)中的至少一种。

35、本发明还提供如上所述的生物可降解聚酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

36、将各组分干燥、共混和吹膜；

37、其中，干燥的温度为70℃～100℃；

38、吹膜的温度为120℃～140℃。

39、在其中一个实施例中，干燥的时间为1～10h。

40、本发明还提供如上所述的生物可降解聚酯复合材料的应用，技术方案如下：

41、一种降解塑料制品，其包含如上所述的生物可降解聚酯复合材料，或根据如上所述的制备方法制得的生物可降解聚酯复合材料。

42、优选地，所述降解塑料制品为薄膜类降解塑料制品。

43、在其中一个实施例中，所述降解塑料制品为缠绕功能性薄膜、地膜、塑料袋或手套。

44、本发明具有如下有益效果：

45、使母粒的功能性能够有效体现的关键在于功能填料成分和基体树脂必须能够有效融合。本发明通过设计以生物质脂肪族聚酯为基体，配以特定的改性助剂和至少含有羟基、亚氨基或氨基的多官能团功能填料制备降解母粒，通过各组分之间的协同作用，功能填料成分和基体树脂之间相容性好，分散性好。并且，通过改变功能填料的种类，能够赋予降解母粒不同的功能，满足定向功能化设计的目的。另外，该功能母粒品质均一、稳定。

46、本发明提供的功能母粒的制备方法操作简单，包括直接将各原料进行混合挤出、热压或密炼以及造粒，设计多计量称和强密炼功能的工艺包，能够避免常规双螺杆挤出机中强烈剪切效果导致的材料降解，且制造成本远远低于常规双螺杆造粒成本。即，本发明提供的功能母粒的制备方法具有材料利用率高，收率高，成本低，环保，适合放大化生产等优势。

47、本发明提供的功能母粒能够提升助剂在改性产品生产中的分散性，以及提升各个原料的相容性，将其用于产品改性或者直接吹膜，都能够赋予成品以特定功能或者提升并稳定成品性能，提高了吹膜加工的灵活性，避免了目前生产产品特性单一的问题，以及不能在连续生产过程实现生产多功能吹膜产品的问题，且可根据不同薄膜的要求，将本发明各种功能的降解母粒进行复配使用，制备具有多功能的薄膜材料。

48、进一步地，将本发明提供的功能母粒与脂肪族聚酯和脂肪族-芳香族共聚酯共同作用制备聚酯复合材料/合金，能够避免单一组分在第一次热历史过程中的高分子断链和分解的问题，能够优化材料制造成本，提高产品收率。本发明促进了改性助剂在高分子中的均匀分散和促进各种原料的相容，进而提高高分子的力学性能和/或加工性能(比如爽滑性)以及成膜性能。此外，功能母粒中特定的功能也能够有效地赋予终产品当中，这可能是由不同高分子之间相互渗透缠结所产生的效果。