超薄高强高韧生物降解地膜材料及薄膜和制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种超薄高强高韧生物降解地膜材料及薄膜和制备方法及应用，主要解决聚羟基脂肪酸酯加工性能差、薄膜厚度降低困难、力学性能不好的问题。通过采用一种全生物降解地膜材料，按重量份数计包括以下组分：聚羟基脂肪酸酯嵌段共聚物10‑50份，聚对苯二甲酸‑co‑己二酸丁二醇酯30‑70份，增容剂1‑10份，开口剂1‑5份，抗水解剂1‑5份，复合紫外线吸收剂1‑3份，扩链剂0.1‑1份，开口剂1‑3份的技术方案，较好地解决了该问题，可用于超薄高强高韧生物降解地膜的工业化生产中。

Ultra thin, high strength and high toughness biodegradable film material and film, preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
超薄高强高韧生物降解地膜材料及薄膜和制备方法及应用
本专利技术属于生物降解地膜领域，具体渉及一种超薄高强高韧生物降解地膜材料及薄膜和制备方法及应用，具体为一种生物降解地膜用改性聚羟基脂肪酸酯地膜材料及薄膜和制备方法及应用。技术背景近年来，地膜的白色污染成为困扰农民的主要问题，由于目前使用的地膜是不可降解的聚乙烯塑料，其具有极强的分子结构稳定性，在自然条件下基本不能降解。并随着作物生长后残留在土壤中，不断阻碍水分渗透、降低土壤通气性、阻碍根系伸展，影响作物生长，导致作物减产、土地肥力下降等问题。若不采取有效措施，将危及15.5亿亩永久基本农田和粮食安全。开发生物可降解地膜是解决“白色污染”、保护土壤、减轻农民工作量的重要技术。聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoate,PHA)是一类由微生物发酵合成的高分子脂肪族聚酯，具有卓越的生物相容性、生物可降解性等特性，受到越来越多的关注，被认为是一种可以替代传统石油基高分子的生物可降解塑料。然而PHA材料仍存在着热稳定性差、容易水解、加工窗口相对较窄、加工成型困难、结晶速度慢、韧性较差、成本还较高等缺点。
技术实现思路
针对上述问题，我们采用生物可降解聚酯材料对嵌段共聚PHA进行改性，提高其热稳定性以及加工性，从而制备得到厚度小于或等于7微米、强度大于或等于20MPa，断裂延伸率大于700％的生物可降解PHA改性薄膜，从而能够较好的用于生物可降解农用地膜，地膜的比强度大于3.5MPa/μm,地膜的比断裂伸长率大于80％/μm。>本专利技术所要解决的技术问题之一是现有技术中存在的PHA改性材料加工性差的问题，提供一种用于生物可降解地膜的聚羟基脂肪酸酯改性材料，该改性材料具有良好加工性能以及力学性能，具有较高熔体强度和开口性，能够制备得到厚度小于或等于7微米，强度大于20MPa，断裂延伸率大于700％的薄膜，地膜的比强度大于3.5MPa/μm,地膜的比断裂伸长率大于80％/μm。本专利技术所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的用于生物可降解地膜的聚羟基脂肪酸酯改性材料的制备方法。本专利技术所要解决的技术问题之三是提供一种聚羟基脂肪酸酯改性薄膜，由解决技术问题之一所述的用于生物降解地膜的聚羟基脂肪酸酯改性材料制得。本专利技术所要解决的技术问题之四是提供一种与解决技术问题之三相对应的聚羟基脂肪酸酯改性薄膜的制备方法。本专利技术所要解决的技术问题之五是提供一种与解决技术问题之三相对应的聚羟基脂肪酸酯改性薄膜作为全生物降解地膜的应用方法。为了解决上述技术问题之一，本专利技术采用的技术方案为：一种用于生物可降解地膜的聚羟基脂肪酸酯改性材料，按质量份数计包括以下组分：聚羟基脂肪酸酯嵌段共聚物10-50份，聚对苯二甲酸-co-己二酸丁二醇酯30-70份，增容剂1-10份，开口剂1-5份，抗水解剂1-5份，复合紫外线吸收剂1-3份，扩链剂0.1-1份。上述技术方案中，所述的聚羟基脂肪酸酯嵌段共聚物包括聚3-羟基丁酸-嵌-聚4-羟基丁酸(P3HB-b-P4HB)或聚3羟基丁酸-嵌-聚3-羟基脂肪酸，其中，所述的聚3-羟基脂肪酸为4到20个碳原子的3-羟基脂肪酸均聚物或随机共聚物。上述技术方案中，所述的嵌段聚羟基脂肪酸酯重均分子量≥30万，多分散系数DPI≥1.5，进一步优选为重均分子量≥50万，多分散系数DPI≥2。上述技术方案中，所述的增容剂为马来酸酐类、丙烯酸酯类、硅烷偶联剂类以及钛酸酯偶联剂中的一种或者两种以上；优选所述的增容剂选自含有马来酸酐或丙烯酸酯的共聚物或接枝聚合物中的一种或者两种以上；更优选为乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐三元共聚物或/和乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯。上述技术方案中，所述的扩链剂为多种具有与羧基或羟基反应活性的化合物或聚合物以及含有多个环氧官能团的化合物，优选为多官能团的异氰酸酯或多官能团的环氧化合物或聚合物。上述技术方案中，所述的开口剂为乙撑双油酸酰胺和硬脂基芥酸酰胺中的一种或两种；增容剂为带有反应性官能团的苯乙烯类反应性树脂，官能团包括环氧基、酸酐、羧酸中的至少一种；扩链剂为能够与羟基或羰基发生反应的多官能团化合物或聚合物，优选为多官能团的异氰酸酯或多官能团的环氧化合物或聚合物；抗水解剂为能与羧酸反应的化合物或聚合物以及含环氧官能团的化合物，优选为双(2,6-二异丙基苯)碳二亚胺、聚碳化二亚胺以及低分子量环氧预聚物中的至少一种。为了解决上述技术问题之二，本专利技术采用的技术方案为：一种上述解决技术问题之一所述技术方案中任一所述的用于生物可降解地膜的聚羟基脂肪酸酯改性材料的制备方法，包括以下步骤：将所需量的聚羟基脂肪酸酯嵌段共聚物、扩链剂、聚对苯二甲酸-co-己二酸丁二醇酯、增容剂、开口剂、复合紫外吸收剂混合，经双螺杆挤出机共混挤出，得到所述的聚羟基脂肪酸酯改性材料。上述技术方案中，所述双螺杆挤出机挤出机的转速优选为80至300rpm；挤出温度优选为140至190℃。为了解决上述技术问题之三，本专利技术采用的技术方案为：一种聚羟基脂肪酸酯改性薄膜，含有上述解决技术问题之一所述技术方案中任一所述的用于生物可降解地膜的聚羟基脂肪酸酯改性材料。为了解决上述技术问题之四，本专利技术采用的技术方案为：一种上述解决技术问题之三所述技术方案中任一所述的聚羟基脂肪酸酯改性薄膜的制备方法，包括以下步骤：将上述解决技术问题之一所述技术方案中任一所述的用于生物可降解地膜的聚羟基脂肪酸酯改性材料造粒干燥，然后将粒料经过熔融挤出、吹塑，得到所述的聚羟基脂肪酸酯改性薄膜。上述技术方案中，所述的熔融挤出装置优选为单螺杆挤出机。上述技术方案中，所述的熔融挤出装置的挤出温度优选为140至170℃。上述技术方案中，吹塑的吹胀比优选为2：1～6：1。上述技术方案中，得到的所述的聚羟基脂肪酸酯改性薄膜厚度优选小于8微米。为了解决上述技术问题之五，本专利技术采用的技术方案为：一种上述解决技术问题之三所述技术方案中任一所述的聚羟基脂肪酸酯改性薄膜作为全生物降解地膜的应用。相对于现有技术，本专利技术具有的优点为通过在添加上述配方改性后得到的PHA改性料具有良好加工性能和开口性、能够得到厚度小于或等于7微米且力学强度大于20MPa，断裂伸长率大于700％的薄膜材料，地膜的比强度大于3.5MPa/μm,地膜的比断裂伸长率大于80％/μm。本专利技术按以下方法进行性能测定：薄膜厚度：采用GB/T6672-2001标准测试，均匀测10个点取平均值。机械性能：按ISO527-3标准，采用INSTRON公司的3344型薄膜制品试验机测定，处理软件为Bluehill2.31版。将薄膜裁成ISO527-3标准中的Type5型，在上海一恒科学仪器有限公司BluepardBPS-100CB恒温恒湿箱(温度23℃，相对湿度50％)中放置24小时。测试时，初始夹具间距为70mm，测试拉伸速率为500mm/min，每个样品测试5次，取平均值。...

【技术保护点】
1.一种聚羟基脂肪酸酯改性材料，按重量份数计，包括以下组分：聚羟基脂肪酸酯嵌段共聚物10-50份，聚对苯二甲酸-co-己二酸丁二醇酯30-70份，增容剂1-10份，开口剂1-5份，抗水解剂1-5份，复合紫外线吸收剂1-3份，扩链剂0.1-1份。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚羟基脂肪酸酯改性材料，按重量份数计，包括以下组分：聚羟基脂肪酸酯嵌段共聚物10-50份，聚对苯二甲酸-co-己二酸丁二醇酯30-70份，增容剂1-10份，开口剂1-5份，抗水解剂1-5份，复合紫外线吸收剂1-3份，扩链剂0.1-1份。


2.根据权利要求1所述的聚羟基脂肪酸酯改性材料，其特征在于所述的聚羟基脂肪酸酯嵌段共聚物包括聚3-羟基丁酸-嵌-聚4-羟基丁酸或聚3羟基丁酸-嵌-聚3-羟基脂肪酸；进一步优选所述的聚3-羟基脂肪酸为4到20个碳原子的3-羟基脂肪酸均聚物或随机共聚物。


3.根据权利要求1所述的聚羟基脂肪酸酯改性材料，其特征在于所述的聚羟基脂肪酸酯嵌段共聚物重均分子量≥30万，多分散系数≥1.5；进一步优选为重均分子量≥50万，多分散系数≥2。


4.根据权利要求1所述的聚羟基脂肪酸酯改性材料，其特征在于所述的增容剂为马来酸酐类、丙烯酸酯类、硅烷偶联剂类以及钛酸酯偶联剂中的一种或者两种以上，优选所述的增容剂选自含有马来酸酐或丙烯酸酯的共聚物或接枝聚合物中的一种或者两种以上，更优选为乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐三元共聚物或/和乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯；所述的扩链剂为具有与羧基或羟基反应活性基团的化合物或聚合物、含有多个环氧官能团的化合物中的一种或两种以上，优选为多官能团的异氰酸酯、多官能团的环氧化合物或多官能团的聚合物中的一种或两种以上。


5.权利要求1所述的聚羟基脂肪酸酯改性材料，其特征在于所述的开口剂为乙撑双油酸酰...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪学，王子君，况军，周炳，贾钦，陈国强，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11