一种耐用硬质PBAT复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种耐用硬质PBAT复合材料，其特征在于：至少包括植物纤维，所述植物纤维的尺寸为厘米级，所述植物纤维包括棕榈、椰丝、黄麻、芦苇中任一种或几种。通过采用本发明专利技术的技术方案，通过添加厘米级的植物纤维，在PBAT基体中形成“钢筋混凝土”结构，以植物纤维作为支撑，增强了复合材料的力学强度以及模量，达到了硬质的效果。同时在PBAT复合材料降解过程中，通过封端疏水剂延缓PBAT树脂基体水解减缓配合植物纤维的支撑作用，使材料降解过程中的力学性能损失速率降低，达到耐用效果。达到耐用效果。达到耐用效果。

【技术实现步骤摘要】
一种耐用硬质PBAT复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及可降解
，具体地，涉及一种耐用硬质PBAT复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年，随着对环境保护的重视，尤其是白色污染问题越来越严重，可降解塑料受到了广泛重视。全生物降解塑料因其可以在自然环境下较快的降解，最后全部成为CO2和有机物，并基本对土壤基本无污染，故全生物可降解材料成为解决传统塑料难以回收和丢弃后污染环境的有效途径之一。
[0003]目前市场上主要的可降解材料主要为PLA，PBAT，PBS，PHA等等。其中PBAT由于其优良的来源，较高的产量，较低的加工温度以及优良的降解性能而备受关注。
[0004]PBAT因为其本身的软质的性质广泛应用在可降解膜袋等领域。随着社会对于环保要求的日益严格，注塑、吹塑成型的可降解型材需求量越来越大，因此对PBAT基材料采用无机物或有机物填充的方式来提高其硬度和模量，来提高其挺度。例如中国专专利技术专利CN115109392A中采用添加无机填充物的方式，增加了PBAT材料的刚性，提高了制品的模量，提升产品硬挺度；中国专利CN112625304A中采用添加淀粉的方式来改善PBAT复合材料的拉伸强度。周承伟等，填充复合材料PBAT的降解性能研究，塑料科技，2013.9，Vol.41 No.9中公开了在PBAT中加入淀粉作为填料进行实验，研究发现，淀粉填充的PBAT体系相比较于滑石粉和碳酸钙作为填料，具有更强的吸水性，且淀粉含量越高，降解速率和降解速度越快，当淀粉含量大于8％之后，复合材料在1个月之后就可能发生明显地生物降解。显然，通过添加无机物的方法一方面能够提高PBAT复合材料的强度，另一方面能够增加其降解性能，使之符合环保的要求。但是，由于无机物或植物纤维的添加均采用粉料，导致PBAT复合材料的降解速率加快。具体原因在于，PBAT复合材料的降解行为符合表面侵蚀机理，是由表面上的PBAT接触水分，酯键断裂而开始逐步降解。表面的PBAT降解后内部的作为填料的无机物粉料的比表面积大吸水性强，导致内部的PBAT也随之降解。显然，为了提高PBAT复合材料降解速率而添加无机物的方法，虽然能够提高降解率，但是，对于PBAT复合材料本身而言，无机填料的大量添加使其在PBAT材料发生部分降解后，由于内部缺乏支撑结构，导致材料力学性能快速下降，同时由于降解速度过快大大缩短了材料的使用寿命。
[0005]通过对现有技术的分析，采用粉状的无机物或植物纤维类作为填料导致的PBAT材料降解速度过快，从而使其在制备完成后的应用中出现了仓储期、货架期、使用期均大幅缩短。且，另一方面，单独添加粉状无机物或植物纤维类填充剂，导致PBAT材料的内部支撑力下降，从而使其力学强度下降，PBAT材料表现出质软、不耐用的缺点。而且，现有技术通常采用淀粉作为填充剂，成本相比较植物纤维高，经济并不节约。
[0006]因此，提供一种兼具较长仓储期、货架期、使用期和使用寿命，且又能够保持其降解性能的硬质PBAT同时，在其出现部分降解后还能保持一定的力学强度，降低原料成本是一个亟需解决的行业难题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种耐用硬质PBAT复合材料及其制备方法，通过植物纤维搭建内部支撑骨架结构，同时通过疏水改性剂封端PBAT的羟基延缓其水解，解决了PBAT复合材料加入填料后快速降解力学失效导致仓储及使用周期较短的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案，一种耐用硬质PBAT复合材料，至少包括植物纤维，所述植物纤维的尺寸为厘米级。
[0009]优选地，所述植物纤维包括棕榈、椰丝、黄麻、芦苇中任一种或几种。
[0010]优选地，所述植物纤维的尺寸为20
‑
0.5厘米；所述植物纤维与PBAT的质量比为0.5
‑
3。
[0011]优选地，为了延缓降解速率，所述PBAT复合材料的包括封端疏水剂；以质量百分比计，所述封端疏水剂添加量为PBAT的5
‑
15％。
[0012]优选地，所述封端疏水剂为碳二亚胺类物质，包括聚碳化二亚胺、N，N
′‑
二异丙基碳二亚胺、N，N
′‑
二叔丁基碳二亚胺、N，N
′‑
二(2，6
‑
二异丙基苯基)碳二亚胺中的任一种。
[0013]优选地，按质量份计，包含：所述植物纤维30
‑
70份，所述封端疏水剂2
‑
5份，抗氧剂0.5
‑
1份，相容剂5
‑
10份，PBAT 23
‑
55份。
[0014]优选地，所述相容剂为马来酸酐接枝PBAT、多官能团环氧增容剂(ADR)中的任意一种或两种的组合；和/或，所述抗氧剂为抗氧剂1076和抗氧剂168以质量比为1∶1比例复配得到。
[0015]其中，ADR在PBAT体系中，通过原位界面反应可与基体形成铰结，ADR官能团与聚合物降解过程中生成的官能团发生反应，并与分子量降低产生竞争效应，导致生物降解延迟，使PBAT降解率大大降低，减缓了降解过程。
[0016]优选地，所述马来酸酐接枝PBAT采用马来酸酐和PBAT熔融接枝后挤出得到；和/或，所述多官能团环氧增容剂为巴斯夫4368或巴斯夫4370。
[0017]本专利技术通过添加厘米级的植物纤维，而非粉料的植物纤维，一方面能够PBAT基体中形成“钢筋混凝土”结构，以植物纤维作为支撑；另一方面，能够在PBAT复合材料进行长期使用造成磨损后，内部的植物纤维由于其较长的尺寸因素，比表面积远远小于粉料，降低了其吸水量，从而降低其降解速率；同时由于封端疏水基的加入，PBAT的吸水率大大降低，也使得与PBAT绞缠在一起的植物纤维的表面不能够大量的接触到水分，从而进一步地大大降低了植物纤维的吸水率，延缓了植物纤维的降解速率。因此，虽然封端疏水基和植物纤维的复合作用，使得PBAT复合材料不仅获得了刚性支撑，同时还延缓了降解速率，获得了更长的使用周期。
[0018]而本专利技术提供的耐用硬质的PBAT复合材料中，耐用是指在保持PBAT复合材料的力学性能和降解性能的前提下，延缓降解速度，延长使用期限，具有较长的仓储期、货架期、使用期和使用寿命。硬质是指其在加入了厘米级的植物纤维后，以植物纤维作为支撑，在PBAT基体中形成“钢筋混凝土”结构而提高了PBAT复合材料的力学强度。
[0019]另一方面，现有技术中，制备PBAT复合材料一般选用双螺杆挤出机，由于现有技术一般添加的植物纤维为粉料或者为毫米级的短纤维，但是，对于本专利技术而言，添加厘米级尤其是1厘米以上的长纤维时，存在喂料难的问题，即使在小于1cm的植物纤维的添加量也不
能超出PBAT质量的40％。因此本专利技术结合中国专利CN109382927A提供的纤维增强复合材料制造机或潍坊云鼎YD03型纤维增强复合材料制造机来解决上述问题。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐用硬质PBAT复合材料，其特征在于：至少包括植物纤维，所述植物纤维的尺寸为厘米级。2.根据权利要求1所述的耐用硬质PBAT复合材料，其特征在于：所述植物纤维的尺寸为0.5～20厘米；所述植物纤维与PBAT的质量比为0.5～3∶1。3.根据权利要求1或2所述的耐用硬质PBAT复合材料，其特征在于：所述植物纤维包括棕榈、椰丝、黄麻、芦苇中任一种或几种。4.根据权利要求1或2所述的耐用硬质PBAT复合材料，其特征在于：还包括封端疏水剂；以质量百分比计，所述封端疏水剂添加量为PBAT的5
‑
15％。5.根据权利要求4所述的耐用硬质PBAT复合材料，其特征在于：所述封端疏水剂为碳二亚胺类物质，包括聚碳化二亚胺、N，N
′‑
二异丙基碳二亚胺、N，N
′‑
二叔丁基碳二亚胺、N，N
′‑
二(2，6
‑
二异丙基苯基)碳二亚胺中的任一种。6.根据权利要求4所述的耐用硬质PBAT复合材料，其特征在于：按质量份计，包含：所述植物纤维30
‑
70份，所述封端疏水剂2
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：黄骏成，谢良科，那海宁，朱锦，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：