一种全降解高阻隔性聚酯复合膜材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术属于高分子复合材料技术领域，公开了一种全降解高阻隔性聚酯复合膜材料及制备方法和应用，全降解高阻隔性聚酯复合膜材料包括如下组分：P34HB、PLA、PLLA

【技术实现步骤摘要】
一种全降解高阻隔性聚酯复合膜材料及制备方法和应用


[0001]本专利技术属于高分子复合材料
，特别涉及一种全降解高阻隔性聚酯复合膜材料及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在包装品中，尤其是包装膜领域，目前仍大量使用塑料材料，如PE、PP、PET膜仍是包装膜的主流，以上来自于石油基的塑料材料具有优异的加工性，良好的力学性能，部分材料如PET还具有优越的阻隔性。尽管性能优越，但其非可降解性也带来了系列环境问题。寻找同样具备优异性能，且可全部降解的包装材料，依然是人们努力的方向。
[0003]在目前的可降解材料中，除纸板外，淀粉、聚乳酸等聚酯、生物质纤维仍是主流。淀粉因其便宜的价格和广泛的来源已被深入研究并通过改性与复合制备了多种生活与工业用品，如淀粉基膜、淀粉餐具等。但淀粉有其天然的缺陷，它的力学性能差，性能不稳定，只能运用于对力学性能要求低的领域。而聚乳酸的出现改变了这一现状。聚乳酸(PLA)是脂肪族聚酯，以乳酸(2
‑
羟基丙酸)为基本结构单元。PLA可通过发酵玉米等天然原料制得，也可采用乳酸缩聚制得。PLA及其终端产品可在堆肥条件下自然分解成为CO2和水，降低了固体废弃物排放量，是一种绿色环保的生物来源材料。聚乳酸虽然具有良好的生物可降解性，可加工性，但是其性脆易碎，缺乏弹性和柔韧性，很大程度上限制了聚乳酸的应用，而且，膜主要应用于包装方面，聚乳酸膜材料的阻隔性较差，无法应用于需要较好阻隔性的包装领域。针对聚乳酸膜的强度改性，目前已有了一定的研究，不同的物质通过共混或化学改性的方式加入聚乳酸中。如张伟等(Wei Zhang,Long Chen,Yu Zhang；Polymer.2009，50:1311
‑
1315.)通过聚酰胺弹性体与聚乳酸的共混，使聚乳酸柔韧性大幅提升，却引起了复合材料力学性能的严重下降。
[0004]聚羟基脂肪酸酯PHA是近年兴起的一种新的可降解树脂，是很多微生物合成的一种细胞内聚酯，是一种天然的高分子生物材料，由于其可完全通过发酵制备，其碳中和指数达到100％。PHA同时具有良好的生物相容性能、生物可降解性和塑料的热加工性能，可在部分场景下实现对于塑料的替代。尤其是PHA的第4代产品P34HB，其为3
‑
羟基丁酸和4
‑
羟基丁酸的共聚物，综合来看，此树脂较初代PHA产品具有明显的性能优势，如更优的力学性能和阻隔性。P34HB虽然较初代PHA产品性能有所提高，但其力学性能和阻隔性较PET等高性能塑料仍有较大差距，成本方面也仍较高，性能和成本的优化依然是其使用的关键。
[0005]因此，如何提高可降解膜材料的力学性能和水氧阻隔性是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提供一种全降解高阻隔性聚酯复合膜材料，具有优异的延展性，拉伸强度，抗撕裂性及水氧阻隔性，且能够在较短时间内被全部降解。
[0007]本专利技术的第一方面提供一种全降解高阻隔性聚酯复合膜材料，所述全降解高阻隔性聚酯复合膜材料包括如下组分：P34HB、PLA、PLLA
‑
PBA
‑
PLLA、纳米TiO2、有机锡类催化剂和聚醚多元醇改性片层蒙脱土。
[0008]优选地，按照质量份数计，所述全降解高阻隔性聚酯复合膜材料包括如下组分：P34HB52
‑
75份、PLA 24
‑
36份、PLLA
‑
PBA
‑
PLLA 8
‑
16份、纳米TiO
2 1
‑
2份、有机锡类催化剂0.5
‑
1份和聚醚多元醇改性片层蒙脱土1.2
‑
3份。
[0009]优选地，所述P34HB的分子结构式如下：
[0010][0011]其中，n＝200
‑
400，m＝100
‑
200。
[0012]本专利技术根据n和m的不同，可实现差异化的力学性能和阻隔性，提高m值，可提高材料的柔韧性；提高n值，可提高材料的强度。更为优选地，n＝300
‑
400，m＝100
‑
150。
[0013]优选地，所述PLLA
‑
PBA
‑
PLLA为聚己二酸丁二醇酯左旋聚乳酸的嵌段共聚物，其分子通式为PLLAn
‑
PBAm
‑
PLLAn
’
，n，m，n
’
为各段的聚合度，其分子结构式如下：
[0014][0015]其中，n＝20
‑
32，m＝50
‑
100，n
’
＝20
‑
32。
[0016]本专利技术采用PLLA
‑
PBA
‑
PLLA可大幅提高组分之间的相容性，同时提升复合膜材料的韧性。
[0017]优选地，所述纳米TiO2的粒径为10
‑
200nm，晶型为锐钛型。
[0018]本专利技术采用纳米TiO2可作为成核剂，有效改善P34HB和PLA的结晶速度并完善晶型，其球晶均匀性提升，P34HB的球晶变小，结晶时间缩短20％以上，结晶温度降低10℃左右。
[0019]优选地，所述有机锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡和/或辛酸亚锡。
[0020]本专利技术采用有机锡类催化剂可催化聚酯之间实现酯交换反应，具体而言在体系中可催化PLLA
‑
PBA
‑
PLLA、PLA以及P34HB之间的反应，有利于物质的相容性和均一性的提升。
[0021]优选地，所述PLA的分子量为200000
‑
400000。
[0022]优选地，所述聚醚多元醇改性片层蒙脱土的粒径为200
‑
400目。
[0023]本专利技术的第二方面提供本专利技术所述的全降解高阻隔性聚酯复合膜材料的制备方法，包括如下步骤：
[0024]将所述P34HB、所述PLA、所述PLLA
‑
PBA
‑
PLLA和所述纳米TiO2混合，熔融挤出，得到母料；
[0025]将所述母料、所述有机锡类催化剂和所述聚醚多元醇改性片层蒙脱土混合，熔融流延成膜，得到所述全降解高阻隔性聚酯复合膜材料。
[0026]优选地，所述熔融挤出的参数包括：熔融挤出温度为190
‑
220℃，螺杆转速为150
‑
200rad/min，停留时间为1
‑
2min。
[0027]优选地，所述熔融流延成膜的参数包括：加工温度为185
‑
225℃，流延辊转速为0.8
‑
1.2m/min，牵引辊转速为1.1
‑
1.4m/m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全降解高阻隔性聚酯复合膜材料，其特征在于，所述全降解高阻隔性聚酯复合膜材料包括如下组分：P34HB、PLA、PLLA
‑
PBA
‑
PLLA、纳米TiO2、有机锡类催化剂和聚醚多元醇改性片层蒙脱土。2.根据权利要求1所述的全降解高阻隔性聚酯复合膜材料，其特征在于，按照质量份数计，所述全降解高阻隔性聚酯复合膜材料包括如下组分：P34HB 52
‑
75份、PLA 24
‑
36份、PLLA
‑
PBA
‑
PLLA 8
‑
16份、纳米TiO
2 1
‑
2份、有机锡类催化剂0.5
‑
1份和聚醚多元醇改性片层蒙脱土1.2
‑
3份。3.根据权利要求1所述的全降解高阻隔性聚酯复合膜材料，其特征在于，所述P34HB的分子结构式如下：其中，n＝200
‑
400，m＝100
‑
200。4.根据权利要求1所述的全降解高阻隔性聚酯复合膜材料，其特征在于，所述PLLA
‑
PBA
‑
PLLA为聚己二酸丁二醇酯和左旋聚乳酸的嵌段共聚物，其分子通式为PLLAn
‑
PBAm
‑
PLLAn
’
，n，m，n
’
为各段的聚合度，其分子结构式如下：其中，n＝20
‑
32，m＝50
‑
100，n
’
＝20
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：曾小斌，陈一，曾嘉明，崔建明，孟聪，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：