一种非透气性生物降解薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及薄膜技术领域，具体涉及一种非透气性生物降解薄膜及其制备方法。

背景技术

众所周知，现在石油资源日益紧缺，油价不断攀升，给人们日常生活、工作带来了诸多不良影响，严重影响了社会经济的发展速度，也是地区之间资源争夺的不安定因素。长期以来，我们所使用的塑料薄膜类制品都是用石油合成树脂，如聚氯乙烯，聚乙烯等材料制成的一次性薄膜类制成品，用完后被废弃为垃圾，这种垃圾需200年左右才能被分解，因此有的被随处丢弃，造成了危害很大的“白色污染”，有的被堆埋、或焚烧，极大的浪费了上亿年才能形成的石油资源，在处理弃置塑料薄膜类制品过程中会产生有害物质直接污染大气或水源，由于石油化工塑料不降解特性，其残留的塑料破坏了土壤结构，使许多良田减产，土壤沙漠化，河流堵塞，造成洪涝灾害。近年来，解决“白色污染”对人类产生的危害正被许多国家政府提到日程议事上，呼声越来越高，各国相继投入了大量的财力物力，并拿出了相应的治理措施，但效果均不明显。“白色污染”正在不断地破环我们赖以生存的自然环境，全世界正在努力的想办法治理或消除“白色污染”给人们带来的危害。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明的目的在于提供一种非透气性生物降解薄膜，以解决现有技术中，塑料薄膜降解能力低，导致造成白色污染的危害。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种非透气性生物降解薄膜，按照重量份数包括以下各组分：

非透气生物降解树脂 70-80份；

可降解阻水剂 4-6份；

改性蒙脱土 3-5份；

添加剂 2-3份。

进一步，按照重量份数计算，所述非透气生物降解树脂包括以下各组分：

玉米淀粉 60-70份；

PBAT 18-22份；

大分子偶联剂 1-2份；

淀粉增塑混料 36-39份。

进一步，所述淀粉增塑混料包括按比例混合的水、引发剂和多元醇，其中水、引发剂和多元醇之间的比例为10：(0.4-0.6)：(1.6-3)。

进一步，所述大分子偶联剂为马来酸酐和顺酐中的一种或两种。

进一步，所述引发剂是由Fe(OH)

进一步，所述多元醇为甘油和聚乙烯醇中的一种或两种。

进一步，所述可降解阻水剂为天冬酰胺基聚环氧琥珀酸。

进一步，所述改性蒙脱土为有机铵盐改性蒙脱土和有机硅氧烷改性蒙脱土中的一种或两种。

进一步，所述添加剂为炭黑、云母和白垩粉一种或多种。添加剂的加入一方面使得薄膜具有较好的机械性能及其它添加的性能，同时又可以降低薄膜的原料成本，而且由于无机添加剂对阻水剂的吸附性，可以使得阻水剂更稳定的在薄膜中存在。

本发明还采用了如下的技术方案：一种非透气性生物降解薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤a，按照重量份数称量非透气生物降解树脂、可降解阻水剂、改性蒙脱土和添加剂，后加入至混料机中混合均匀；

步骤b，将混合均匀后的混合物加入至挤出机内挤出，挤出机内的温度为150-160℃，挤出机的螺杆转速为170-180r/min；

步骤c，挤出后，经过冷却系统冷却至18-25℃，进行电晕处理，切边收卷得到非透气生物降解树脂。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

以非透气生物降解树脂作为主要原料，配合可降解阻水剂、改性蒙脱土和添加剂作为辅助剂，来使本非透气性生物降解薄膜具有较高的降解性能，同时还使其具备优异的力学性能和非透气性能。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

实施例1

一种非透气生物降解树脂，按照重量份数计量包括以下各组分：60份的玉米淀粉，18份的PBAT，1份的马来酸酐，30份的水，0.4份的Fe(OH)

该非透气生物降解树脂的加工方法，包括以下步骤：

1、将玉米淀粉、水、Fe(OH)

2、将上述制备的产物加入至烘干机中进行烘干处理，烘干机的烘干温度为50℃；以除去改性后的玉米淀粉中的水分，同时还便于下一工序的加工；

3、将烘干后的产物加入到制粒机中加工制得粒径为1-2cm的颗粒；将改性的后玉米淀粉加工成一定粒度的颗粒，便于其与后续的组分进行快速的混合，且有利于与后续中的搅拌辅助物进行分离；

4、将上述制备的改性玉米淀粉颗粒与PBAT和马来酸酐加入至混料机中，再加入100-150颗钢珠加入至混料机中混合25min，每个钢珠的粒径为3-4cm；PBAT和马来酸酐均呈与改性玉米淀粉颗粒大小相近的颗粒，通过钢珠的加入来使在单位时间内的混合效率更高，各组分之间的混合后更加的均匀；

5、混合均匀后通过混料机的排料口处设置的过滤网将钢珠滞留在混料机内，再将混合后的混合物加入到双螺杆挤出机中进行挤出加工，双螺杆挤出机的螺杆转速为90r/min，挤出温度为100℃；上一步骤中钢珠在混料机中进行翻滚的过程中使得改性玉米淀粉颗粒、PBAT和马来酸酐上粘附有铁离子，在双螺杆挤出机中进行挤出过程中，能够使还未从双螺杆挤出机内挤出时处于熔融状态的混合物能够进一步塑化，以进一步提高制备的非透气生物降解树脂的塑性。

本发明通过淀粉增塑混料来对玉米淀粉进行改性，形成改性接枝共聚物，以提高玉米淀粉的塑性，使其具有一定的韧性；然后通过大分子偶联剂提高PBAT与改性后的玉米淀粉之间的融合能力，提高非透气生物降解树脂的力学性能；

本发明中的PBAT和玉米淀粉均为可降解物质，能够符合市场需求；

本发明中通过烘干机对改性后的玉米淀粉进行烘干处理，除去改性后的玉米淀粉中的水分，避免水分增加制得的非透气生物降解树脂的脆性；

本发明中通过在混料机中加入大颗粒的钢珠是为了提高改性后的玉米淀粉、PBAT和大分子偶联剂在相同时间内的混合均匀度，同时钢珠在混料机中进行翻滚的过程中引入了铁元素，能够进一步提高制备的非透气生物降解树脂的塑性。

一种非透气性生物降解薄膜，按照重量份数包括以下各组分：70份上述制备的非透气生物降解树脂，4份的天冬酰胺基聚环氧琥珀酸，3份的有机铵盐改性蒙脱土，2份的炭黑。

上述非透气性生物降解薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤a，按照上述重量份数称量非透气生物降解树脂、天冬酰胺基聚环氧琥珀酸、有机铵盐改性蒙脱土和炭黑，后加入至混料机中混合均匀；

步骤b，将混合均匀后的混合物加入至挤出机内挤出，挤出机内的温度为150℃，挤出机的螺杆转速为170r/min；

步骤c，挤出后，经过冷却系统冷却至18℃，进行电晕处理，切边收卷得到非透气生物降解树脂。

实施例2

一种非透气生物降解树脂，按照重量份数包括以下各组分：70份的玉米淀粉，22份的PBAT，2份的马来酸酐，28.7份的水，0.6份的Fe(OH)

该非透气生物降解树脂的加工方法，包括以下步骤：

1、将玉米淀粉、水、Fe(OH)

2、将上述制备的产物加入至烘干机中进行烘干处理，烘干机的烘干温度为60℃；

3、将烘干后的产物加入到制粒机中加工制得粒径为1-2cm的颗粒；

4、将上述制备的改性玉米淀粉颗粒、PBAT和马来酸酐加入至混料机中，再加入100-150颗钢珠加入至混料机中混合30min，每个钢珠的粒径为3-4cm；

混合均匀后通过混料机的排料口处设置的过滤网将钢珠滞留在混料机内，再将混合后的混合物加入到双螺杆挤出机中进行挤出加工，双螺杆挤出机的螺杆转速为100r/min，挤出温度为120℃。

一种非透气性生物降解薄膜，按照重量份数包括以下各组分：80份上述制备的非透气生物降解树脂，6份的天冬酰胺基聚环氧琥珀酸，5份的有机硅氧烷改性蒙脱土，3份的白垩粉。

上述非透气性生物降解薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤a，按照上述重量份数称量非透气生物降解树脂、天冬酰胺基聚环氧琥珀酸、有机硅氧烷改性蒙脱土和白垩粉，后加入至混料机中混合均匀；

步骤b，将混合均匀后的混合物加入至挤出机内挤出，挤出机内的温度为160℃，挤出机的螺杆转速为180r/min；

步骤c，挤出后，经过冷却系统冷却至25℃，进行电晕处理，切边收卷得到非透气生物降解树脂。

实施例3

一种非透气生物降解树脂，按照重量份数包括以下各组分：62份的玉米淀粉，19份的PBAT，1.4份的顺酐，30份的水，0.6份的Fe(OH)

该非透气生物降解树脂的加工方法，包括以下步骤：

1、将玉米淀粉、水、Fe(OH)

2、将上述制备的产物加入至烘干机中进行烘干处理，烘干机的烘干温度为52℃；

3、将烘干后的产物加入到制粒机中加工制得粒径为1-2cm的颗粒；

4、将上述制备的改性玉米淀粉颗粒、PBAT和顺酐加入至混料机中，再加入100-150颗钢珠加入至混料机中混合30min，每个钢珠的粒径为3-4cm；

5、混合均匀后通过混料机的排料口处设置的过滤网将钢珠滞留在混料机内，再将混合后的混合物加入到双螺杆挤出机中进行挤出加工，双螺杆挤出机的螺杆转速为102r/min，挤出温度为104℃。

一种非透气性生物降解薄膜，按照重量份数包括以下各组分：73份上述制备的非透气生物降解树脂，4.5份的天冬酰胺基聚环氧琥珀酸，1份的有机硅氧烷改性蒙脱土，2.5份的有机铵盐改性蒙脱土，2.3份的云母。

上述非透气性生物降解薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤a，按照上述重量份数称量非透气生物降解树脂、天冬酰胺基聚环氧琥珀酸、有机硅氧烷改性蒙脱土、有机铵盐改性蒙脱土和云母，后加入至混料机中混合均匀；

步骤b，将混合均匀后的混合物加入至挤出机内挤出，挤出机内的温度为152℃，挤出机的螺杆转速为173r/min；

步骤c，挤出后，经过冷却系统冷却至20℃，进行电晕处理，切边收卷得到非透气生物降解树脂。

实施例4

一种非透气生物降解树脂，按照重量份数包括以下各组分：64份的玉米淀粉，20份的PBAT，0.8份的顺酐，0.8份的马来酸酐、29.4份的水，0.5份的Fe(OH)

该非透气生物降解树脂的加工方法，包括以下步骤：

1、将玉米淀粉、水、Fe(OH)

2、将上述制备的产物加入至烘干机中进行烘干处理，烘干机的烘干温度为55℃；

3、将烘干后的产物加入到制粒机中加工制得粒径为1-2cm的颗粒；

4、将上述制备的改性玉米淀粉颗粒、PBAT、顺酐和马来酸酐加入至混料机中，再加入100-150颗钢珠加入至混料机中混合30min，每个钢珠的粒径为3-4cm；

5、混合均匀后通过混料机的排料口处设置的过滤网将钢珠滞留在混料机内，再将混合后的混合物加入到双螺杆挤出机中进行挤出加工，双螺杆挤出机的螺杆转速为106r/min，挤出温度为110℃。

一种非透气性生物降解薄膜，按照重量份数包括以下各组分：75份上述制备的非透气生物降解树脂，5份的天冬酰胺基聚环氧琥珀酸，2份的有机硅氧烷改性蒙脱土，2份的有机铵盐改性蒙脱土，0.8份的炭黑，0.8份的云母和0.8份的白垩粉。

上述非透气性生物降解薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤a，按照上述重量份数称量非透气生物降解树脂、天冬酰胺基聚环氧琥珀酸、有机硅氧烷改性蒙脱土、有机铵盐改性蒙脱土、炭黑、云母和白垩粉，后加入至混料机中混合均匀；

步骤b，将混合均匀后的混合物加入至挤出机内挤出，挤出机内的温度为155℃，挤出机的螺杆转速为176r/min；

步骤c，挤出后，经过冷却系统冷却至22℃，进行电晕处理，切边收卷得到非透气生物降解树脂。

实施例5

一种非透气生物降解树脂，按照重量份数包括以下各组分：66份的玉米淀粉，21份的PBAT，1份的顺酐，0.8份的马来酸酐、28.8份的水，0.4份的Fe(OH)

该非透气生物降解树脂的加工方法，包括以下步骤：

1、将玉米淀粉、水、Fe(OH)

2、将上述制备的产物加入至烘干机中进行烘干处理，烘干机的烘干温度为57℃；

3、将烘干后的产物加入到制粒机中加工制得粒径为1-2cm的颗粒；

4、将上述制备的改性玉米淀粉颗粒、PBAT、顺酐和马来酸酐加入至混料机中，再加入100-150颗钢珠加入至混料机中混合30min，每个钢珠的粒径为3-4cm；

5、混合均匀后通过混料机的排料口处设置的过滤网将钢珠滞留在混料机内，再将混合后的混合物加入到双螺杆挤出机中进行挤出加工，双螺杆挤出机的螺杆转速为108r/min，挤出温度为116℃。

一种非透气性生物降解薄膜，按照重量份数包括以下各组分：78份上述制备的非透气生物降解树脂，5.5份的天冬酰胺基聚环氧琥珀酸，2.5份的有机硅氧烷改性蒙脱土，2份的有机铵盐改性蒙脱土，1.4份的炭黑和1.4份的白垩粉。

上述非透气性生物降解薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤a，按照上述重量份数称量非透气生物降解树脂、天冬酰胺基聚环氧琥珀酸、有机硅氧烷改性蒙脱土、有机铵盐改性蒙脱土、炭黑和白垩粉，后加入至混料机中混合均匀；

步骤b，将混合均匀后的混合物加入至挤出机内挤出，挤出机内的温度为158℃，挤出机的螺杆转速为179r/min；

步骤c，挤出后，经过冷却系统冷却至24℃，进行电晕处理，切边收卷得到非透气生物降解树脂。

对比例1

一种非透气生物降解树脂，按照重量份数包括以下各组分：66份的玉米淀粉，21份的PBAT，1份的顺酐，0.8份的马来酸酐、28.8份的水，0.4份的Fe(OH)

该非透气生物降解树脂的加工方法，包括以下步骤：

1、将玉米淀粉、水、Fe(OH)

2、将上述制备的产物加入至烘干机中进行烘干处理，烘干机的烘干温度为57℃；

3、将烘干后的产物加入到制粒机中加工制得粒径为1-2cm的颗粒；

4、将上述制备的改性玉米淀粉颗粒、PBAT、顺酐和马来酸酐加入至混料机中混合30min；

5、将混合后的混合物加入到双螺杆挤出机中进行挤出加工，双螺杆挤出机的螺杆转速为108r/min，挤出温度为116℃。

一种非透气性生物降解薄膜，按照重量份数包括以下各组分：78份上述制备的非透气生物降解树脂，5.5份的天冬酰胺基聚环氧琥珀酸，2.5份的有机硅氧烷改性蒙脱土，2份的有机铵盐改性蒙脱土，1.4份的炭黑和1.4份的白垩粉。

上述非透气性生物降解薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤a，按照上述重量份数称量非透气生物降解树脂、天冬酰胺基聚环氧琥珀酸、有机硅氧烷改性蒙脱土、有机铵盐改性蒙脱土、炭黑和白垩粉，后加入至混料机中混合均匀；

步骤b，将混合均匀后的混合物加入至挤出机内挤出，挤出机内的温度为158℃，挤出机的螺杆转速为179r/min；

步骤c，挤出后，经过冷却系统冷却至24℃，进行电晕处理，切边收卷得到非透气生物降解树脂。

对比例2

一种非透气生物降解树脂，按照重量份数包括以下各组分：70份的玉米淀粉，22份的PBAT，2份的马来酸酐，28.7份的水，0.6份的Fe(OH)

该非透气生物降解树脂的加工方法，包括以下步骤：

1、将玉米淀粉、水、Fe(OH)

2、将上述制备的产物加入至烘干机中进行烘干处理，烘干机的烘干温度为60℃；

3、将烘干后的产物加入到制粒机中加工制得粒径为1-2cm的颗粒；

4、将上述制备的改性玉米淀粉颗粒、PBAT和马来酸酐加入至混料机中混合30min；

5、再将混合后的混合物加入到双螺杆挤出机中进行挤出加工，双螺杆挤出机的螺杆转速为100r/min，挤出温度为120℃。

一种非透气性生物降解薄膜，按照重量份数包括以下各组分：80份上述制备的非透气生物降解树脂，6份的天冬酰胺基聚环氧琥珀酸，5份的有机硅氧烷改性蒙脱土，3份的白垩粉。

上述非透气性生物降解薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤a，按照上述重量份数称量非透气生物降解树脂、天冬酰胺基聚环氧琥珀酸、有机硅氧烷改性蒙脱土和白垩粉，后加入至混料机中混合均匀；

步骤b，将混合均匀后的混合物加入至挤出机内挤出，挤出机内的温度为160℃，挤出机的螺杆转速为180r/min；

步骤c，挤出后，经过冷却系统冷却至25℃，进行电晕处理，切边收卷得到非透气生物降解树脂。

对比例3

一种非透气生物降解树脂，按照重量份数包括以下各组分：70份的玉米淀粉，22份的PBAT，2份的马来酸酐，28.7份的水，0.6份的Fe(OH)

该非透气生物降解树脂的加工方法，包括以下步骤：

1、将玉米淀粉、水、Fe(OH)

2、将上述制备的产物加入至烘干机中进行烘干处理，烘干机的烘干温度为60℃；

3、将烘干后的产物加入到制粒机中加工制得粒径为1-2cm的颗粒；

4、将上述制备的改性玉米淀粉颗粒、PBAT和马来酸酐加入至混料机中，再加入100-150颗钢珠加入至混料机中混合30min，每个钢珠的粒径为3-4cm；

5、混合均匀后通过混料机的排料口处设置的过滤网将钢珠滞留在混料机内，再将混合后的混合物加入到双螺杆挤出机中进行挤出加工，双螺杆挤出机的螺杆转速为100r/min，挤出温度为120℃。

一种非透气性生物降解薄膜，按照重量份数包括以下各组分：80份上述制备的非透气生物降解树脂，6份的天冬酰胺基聚环氧琥珀酸，5份的有机硅氧烷改性蒙脱土。

上述非透气性生物降解薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤a，按照上述重量份数称量非透气生物降解树脂、天冬酰胺基聚环氧琥珀酸和有机硅氧烷改性蒙脱土，后加入至混料机中混合均匀；

步骤b，将混合均匀后的混合物加入至挤出机内挤出，挤出机内的温度为160℃，挤出机的螺杆转速为180r/min；

步骤c，挤出后，经过冷却系统冷却至25℃，进行电晕处理，切边收卷得到非透气生物降解树脂。

根据GB/T 29646-2013中关于生物降解薄膜的国家检测标准如表1

表1

将实施例1-实施例5以及对比例1-对比例3制备的非透气性生物降解薄膜根据GB/T29646-2013进行力学性能，得到如表2所示的结果：

表2

从表2中的数据可以分析出：实施例1-实施例5制得的非透气性生物降解薄膜的力学性能均大于行业标准，且实施例1-实施例5制得的非透气性生物降解薄膜与对比例1-对比例2进行对比，说明在PBAT、大分子偶联剂与改性后的玉米淀粉在混料机中进行混合过程中加入钢珠有利于提高制备后的非透气生物降解树脂的力学性能，从而来达到提高非透气性生物降解薄膜的力学性能。

将实施例1-实施例5以及对比例1-对比例3制备的非透气性生物降解薄膜进行水汽透过性能，得到如表3所示的结果：

表3

从表3中的数据可以分析出：通过可降解阻水剂的加入使得制备的非透气性生物降解薄膜具有良好的非透气性能，且将对比例3与实施例1单独进行对比，添加剂在非透气性生物降解薄膜中不仅有助于增强其机械性能，同时还能够与可降解阻水剂配合，来使可降解阻水剂更加稳定，使非透气性生物降解薄膜的非透气性更佳。

将实施例1-实施例5以及对比例1-对比例3制备的非透气性生物降解薄膜进行降解性能，得到如表4所示的结果：

表4

通过实施例1-实施例5以及对比例1-对比例3制备的非透气生物降解树脂通过12周后的生物降解率能够达到97％以上，能够符合市场需求。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。