一种具有优异力学性能的全生物降解复合材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有优异力学性能的全生物降解复合材料及其制备方法，属于生物降解复合材料技术领域。该复合材料由以下重量百分数的组分制备得到：15%～75%聚己二酸丁二醇酯‑聚对苯二甲酸丁二醇酯共聚物（PBAT），10%～60%淀粉，5%～25%甘油，0%～5%纳米二氧化硅，0%～20%增容剂。本发明专利技术的全生物降解复合材料安全无毒、力学性能优异且能全部生物降解。该制备方法简单，易于控制和实施，可操作性强，生产成本低廉，能够应用于各种领域。

A kind of biodegradable composite with excellent mechanical properties and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种具有优异力学性能的全生物降解复合材料及制备方法
本专利技术属于生物降解复合材料
，特别涉及一种具有优异力学性能的全生物降解复合材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，越来越严重的污染威胁到人们的生存环境，生物基和生物可降解等环保材料受到了广泛关注和重视。其中，己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯共聚物（PBAT）因其较好的热性能和生物降解性能而备受研究人员青睐，其兼具BA和BT链段的特性：脂肪族链段使其保持良好的柔韧性和断裂伸长率；刚性的苯环结构则可以维持材料一定的强度、热稳定性和冲击性能。然而，目前PBAT价格较高，限制了其大规模市场应用。因此，将聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯与价格低廉的天然高分子共混复合，能够显著降低制品的成本。其中，淀粉是一种来源丰富且可再生的生物降解高分子材料，且热塑性淀粉具有较好的强度。虽然，PBAT与淀粉共混已有相关报道，但是其性能仍然较差。现有的技术中，申请号为201610813912.X的中国专利申请“一种改性蔗渣增强PBAT/淀粉完全生物降解复合材料及其制备方法和应用”公开了一种采用改性蔗渣增强PBAT/淀粉复合材料的方法，相比于没用蔗渣增强的PBAT/淀粉复合材料，其拉伸强度有较大改善，但整体机械性能还不太理想。申请号为201110182095.X的中国专利申请“一种热塑性淀粉和生物降解聚酯/淀粉复合材料及其制备”公开了一种改性热塑性淀粉(TPS)以及含热塑性淀粉(TPS)的复合材料的制备方法，复合材料的加工性和和耐水解性有所改善，但工艺复杂、组分较多，不利于生产应用。申请号为201210556637.X的中国专利申请“一种可生物降解TPS/PBAT复合材料及其制备方法”和申请号为201210553133.2的中国专利申请“可塑性淀粉改性PBAT生物全降解材料的制备方法”公开了两种利用热塑性淀粉对PBAT进行填充和共混改性的制备方法，极大的降低了原材料的成本，但复合材料组分间的相容性及力学性能有待提高。FouratiY,TarrésQ,MutjéP等报道了相容剂对PBAT/热塑性淀粉复合材料性能的影响【PBAT/thermoplasticstarchblends:Effectofcompatibilizersontherheological,mechanicalandmorphologicalproperties.CarbohydratePolymers199,51～57（2018）】，相容剂的种类和含量对复合材料性能影响很大，但复合材料的整体机械性能有待进一步改善。中国是种植大国，淀粉类作物产量巨大，利用淀粉填充改性可生物降解复合材料是一条提高其附加值、降低成本和减少环境污染的有效途径。但是，本领域缺乏一种力学性能优异、制备工艺简单的PBAT/热塑性淀粉复合材料。因此，迫切需要进一步改善复合材料组分间的相容性从而提高其力学性能，且在提升复合材料力学性能的同时，降低原材料成本。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种具有优异力学性能的全生物降解复合材料。本专利技术另一目的在于提供一种具有优异力学性能的全生物降解复合材料的制备方法。本专利技术的目的通过下述方案实现。一种具有优异力学性能的全生物降解复合材料，该复合材料包括以下重量百分数的组分：15%～75%聚己二酸丁二醇酯-聚对苯二甲酸丁二醇酯共聚物（PBAT），10%～60%淀粉，5%～25%甘油，0%～5%纳米二氧化硅，0%～20%增容剂。所述的增容剂为马来酸酐（MAH）和甘油增塑的乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）中的至少一种；其中，甘油增塑的乙烯-乙烯醇共聚物的制备步骤如下：升温油浴搅拌下，加入甘油于乙烯-乙烯醇共聚物颗粒中，恒温后冷却粉碎，即得到甘油增塑的乙烯-乙烯醇共聚物增容剂。所述的一种具有优异力学性能的全生物降解复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将纳米二氧化硅加入到甘油中，将其放入超声波清洗仪中震荡分散均匀，得到含有纳米二氧化硅的甘油；（2）将干燥的淀粉加入高速混合机中，恒定温度，加入步骤（1）中得到的含有纳米二氧化硅的甘油进行共混，然后将共混物装入密封袋中静置塑化，得到热塑性淀粉纳米母料；（3）将聚己二酸丁二醇酯-聚对苯二甲酸丁二醇酯共聚物、增容剂和步骤（2）中得到的热塑性淀粉纳米母料按比例混合均匀，熔融挤出造粒，得到全生物降解复合材料。作为优选，步骤（2）中所述的干燥温度为60～100℃，干燥时间为12～72h，所述的淀粉与甘油的质量比为100:25~100:55。以上所述的一种具有优异力学性能的全生物降解复合材料安全无毒、制备工艺简单、力学性能优异且能生物降解。本专利技术相对于现有技术，具有如下优点及有益效果：1、本专利技术制备的热塑性淀粉纳米母料，纳米二氧化硅能均匀分散于淀粉中，充分发挥纳米二氧化硅对热塑性淀粉的增强作用，有利于改善热塑性淀粉的力学性能。2、本专利技术制备的增容剂能在很大程度上改善PBAT和塑化淀粉间的相容性，从而提高复合材料的力学性能。3、本专利技术的复合材料中的主要成分PBAT和淀粉以及所用增容剂，均能完全降解，属于环保型复合材料。4、本专利技术的复合材料制备方法简单，易于控制，可操作性强，生产成本低廉，生产效率高，易于工业化大规模生产，并且制备的复合材料能够应用各种领域，具有很好的经济效益和广阔的应用前景。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。下列实施例中使用的试剂均可从商业渠道获得，使用前均经过干燥处理。实施例1（1）称取以下重量的原料聚己二酸丁二醇酯-聚对苯二甲酸丁二醇酯共聚物（PBAT）1000g，木薯淀粉178.6g，甘油71.4g，纳米二氧化硅3.6g，塑化的乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）48g。PBAT、木薯淀粉和EVOH原料置于电热鼓风干燥箱中95℃下干燥24h后密封保存。（2）甘油塑化的乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）增容剂的制备将干燥的EVOH粒料装入钢制杯中，并将钢制杯置于185℃的油浴锅中，向钢制杯中加入20%EVOH质量的甘油，根据塑化情况将甘油分多次加入。塑化过程中缓慢搅拌，以使EVOH颗粒完全塑化。（3）PBAT/热塑性淀粉/纳米二氧化硅/EVOH复合材料的制备a）称取71.4g甘油于烧杯中，称取3.6g纳米二氧化硅，将纳米二氧化硅分多次加入到甘油中，在加入的过程中，将其放入超声波清洗仪中震荡分散，且边加边搅拌，直至甘油表面没有粉末状物质，添加完后放在超声波清洗仪中继续震荡60min使其分散均匀；b）将干燥淀粉178.6g放入高速混合机中，分多次加入75g含纳米二氧化硅的甘油进行共混，每次共混5min，继续搅拌10min后得到增塑淀粉并置于电热鼓风干燥箱40℃下塑化24h；c）将步骤b）得到的塑化淀粉粉料加入双螺杆挤出机中，经熔融共混出来的条状物经冷却、切粒后放置于鼓风干燥箱中，在60℃的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有优异力学性能的全生物降解复合材料，其特征在于，该复合材料包括以下重量百分数的组分：15 %～75 % 聚己二酸丁二醇酯-聚对苯二甲酸丁二醇酯共聚物（PBAT），10 %～60 %淀粉，5%～25 %甘油，0 %～5 % 纳米二氧化硅，0 %～20 % 增容剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有优异力学性能的全生物降解复合材料，其特征在于，该复合材料包括以下重量百分数的组分：15%～75%聚己二酸丁二醇酯-聚对苯二甲酸丁二醇酯共聚物（PBAT），10%～60%淀粉，5%～25%甘油，0%～5%纳米二氧化硅，0%～20%增容剂。


2.根据权利要求1所述的一种具有优异力学性能的全生物降解复合材料，其特征在于，所述的增容剂为马来酸酐（MAH）和甘油增塑的乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）中的至少一种；其中，甘油增塑的乙烯-乙烯醇共聚物的制备步骤如下：加入甘油于乙烯-乙烯醇共聚物颗粒中，恒温后冷却粉碎，即得到甘油增塑的乙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文勇，刘圣恭，王志杰，戴炳丰，杨明明，刘家豪，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43