对苯二胺的新应用、高分子生物膜及高分子生物膜的制备方法

技术领域

本发明涉及新材料领域，尤其是涉及一种对苯二胺的新应用、高分子生物膜及高分子生物膜的制备方法。

背景技术

农业地膜是农业种植过程中的一项成熟栽培技术，可保持土壤水分、提高水分利用率，缓解干旱半干旱地区土壤缺水问题，同时改善农作物生长环境，有利于作物生长发育，提高作物产量及农业效益，确保了农作物产量的提高，增加了农业生产效益。但是在育苗时一旦种子发芽出苗，要及时的揭掉地膜，否则，很容易高温烫伤种苗；而在作物成熟收获后农膜也就失去了作用，随之而来的就是农膜废弃物污染的问题，由于地膜的一次性使用，每年都会有大量的残膜留在土壤里。

如今市面上常用的是以聚乙烯、聚丙烯等化学物质制成的农用地膜，除了具有保温、除草等功能外，还存在着耐用性差、强度不高、降解难度大时间久等问题。由于其很难降解，且不能回收二次使用，大量地膜碎片会残留在土壤中，不仅会破坏土壤结构，影响作物生长而导致减产，还会造成严重环境污染。这些地膜碎片可在土壤中形成阻隔层，使土壤中的水、气、肥等流动受阻，造成土壤结构板结，严重危害生态环境，造成白色污染。

PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯)、PLA(聚乳酸)、PPC(聚碳酸亚丙酯)是目前解决塑料污染问题的关键替代性材料，其在膜类材料、一次性塑料制品领域已形成了对传统塑料的部分替代。然而，由于三种材料各有自身的一些缺陷，导致其在阻隔性、机械强度、成膜加工性等方面的缺陷。

PBAT、PLA、PPC是目前解决塑料污染问题的关键替代性材料，其在膜类材料、一次性塑料制品领域已形成了对传统塑料的部分替代。然而，由于三种材料各有自身的一些缺陷，导致其在阻隔性、机械强度、成膜加工性等方面需要共混改性。三者都属于高分子材料，之间的相容性相对较差，要实现三者之间的有效融合，添加相容材料、制备聚合物合金是最有效的途径，而常规的相容材料通常是大分子偶联剂如马来酸酐接枝，获取成本较高。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种对苯二胺的新应用、高分子生物膜及高分子生物膜的制备方法，以对苯二胺作为相容剂合成高分子生物膜，取代常规的大分子偶联剂，不仅具有较高的性能，同时成本低廉。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种对苯二胺的新应用，所述对苯二胺作为相容剂用于合成高分子生物膜，所述高分子生物膜包括PBAT、PLA和PPC。

一种高分子生物膜，按重量百分比计，所述高分子生物膜包括：

PBAT：65～75％；

PLA：5～10％；

PPC：10～20％；

对苯二胺1～5％。

进一步地，按重量百分比计，所述高分子生物膜还包括：

色母：1～5％。

一种高分子生物膜的制备方法，包括以下步骤：

S1.按照各组分的重量百分比称取原料并混合均匀，然后将混合后的原料置于双螺杆挤出机造粒，得到混合粒；

S2.将所述混合粒经吹膜机进行吹塑，得到高分子生物膜。

进一步地，在所述步骤S1中，造粒温度为125～160℃。

进一步地，在所述步骤S1中，吹塑温度为150～175℃。

进一步地，所述高分子生物膜的厚度为8～15μm。

本申请基于PBAT、PLA、PPC三种降解聚酯材料都含有酯基的特点，引入对苯二胺作为相容剂，通过胺酯交换反应可以交换其中的羟基，其中酯类反应物的羟基被胺类反应物的氨基所取代形成具有酰胺键的化合物，实现三者之间的链段镶嵌，进而提升三者之间的相容性，实现使用三者共混合所制备降解地膜在吹塑成膜、机械性能、水蒸气阻隔性以及功能期等方面的全面提升，同时相比于常规的相容剂成本更为低廉。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例一的产品的红外光谱图。

图2为本发明实施例一的产品的DSC曲线图。

图3为胺酯交换反应示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种对苯二胺的新应用，所述对苯二胺作为相容剂用于合成高分子生物膜，所述高分子生物膜包括PBAT、PLA和PPC。

一种高分子生物膜，按重量百分比计，所述高分子生物膜包括：

PBAT：65～75％；

PLA：5～10％；

PPC：10～20％；

对苯二胺1～5％。

进一步地，按重量百分比计，所述高分子生物膜还包括：

色母：1～5％。

一种高分子生物膜的制备方法，包括以下步骤：

S1.按照各组分的重量百分比称取原料并混合均匀，然后将混合后的原料置于双螺杆挤出机造粒，得到混合粒；

S2.将所述混合粒经吹膜机进行吹塑，得到高分子生物膜。

进一步地，在所述步骤S1中，造粒温度为125～160℃。

进一步地，在所述步骤S1中，吹塑温度为150～175℃。

进一步地，所述高分子生物膜的厚度为8～15μm。

实施例一

一种高分子生物膜，包括以下重量百分比的原料：

PBAT 70％，PPC 20％，PLA 5％，相容剂(对苯二胺)5％，通过双螺杆挤出造粒，造粒温度：140-160℃，将造好的混合粒经吹膜机吹塑，吹塑温度：160-175℃，形成厚度10微米的全生物降解地膜(产品1)。

实施例二

一种高分子生物膜，包括以下重量百分比的原料：

PBAT 65％，PPC 20％，PLA 5％，黑色母5％，相容剂(对苯二胺)5％，通过双螺杆挤出造粒，造粒温度：140-160℃，将造好的混合粒经吹膜机吹塑，吹塑温度：160-175℃，形成厚度11微米的全生物降解地膜(产品2)。

实施例三

一种高分子生物膜，包括以下重量百分比的原料：

PBAT 70％，PPC 20％，PLA 7％，相容剂(马来酸酐接枝)3％，通过双螺杆挤出造粒，造粒温度：130-150℃，将造好的混合粒经吹膜机吹塑，吹塑温度：155-160℃，形成厚度11微米的全生物降解地膜(产品3)。

实施例4

一种高分子生物膜，包括以下重量百分比的原料：

PBAT 65％，PPC 20％，PLA 7％，黑色母5％，相容剂(马来酸酐接枝)3％，通过双螺杆挤出造粒，造粒温度：130-150℃，将造好的混合粒经吹膜机吹塑，吹塑温度：155-160℃，形成厚度12微米的全生物降解地膜(产品4)。

实施例5

一种高分子生物膜，包括以下重量百分比的原料：

PBAT 75％，PPC 18％，PLA 5％，相容剂(马来酸酐接枝)2％，通过双螺杆挤出造粒，造粒温度：125-145℃，将造好的混合粒经吹膜机吹塑，吹塑温度：150-160℃，形成厚度11微米的全生物降解地膜(产品5)。

实施例6

一种高分子生物膜，包括以下重量百分比的原料：

PBAT 69％，PPC 20％，PLA 5％，黑色母5％，相容剂(马来酸酐接枝)1％，通过双螺杆挤出造粒，造粒温度：125-145℃，将造好的混合粒经吹膜机吹塑，吹塑温度：150-160℃，形成厚度10微米的全生物降解地膜(产品6)。

根据6组实施例所得产品，与对比膜进行性能对比，对比膜是由纯PBAT为原料通过双螺杆挤出造粒，造粒温度：125-145℃，将造好的混合粒经吹膜机吹塑，吹塑温度：150-160℃，形成厚度12微米的纯PBAT膜，其实验对比过程如下：

1.力学性能(拉伸、直角撕裂)：根据GB/T1040.1-2018和QB/T1130-1991要求使用万能拉力测试机分别测试样品的纵向拉伸性能和纵向直角撕裂性能。在拉伸性能测试实验中，将地膜裁剪为10mm宽、130mm长的长条形样品，夹具距离设置为l00mm,试验速度设置为200mm/min。在直角撕裂性能测试实验中，使用模具将地膜裁剪成符合标准要求的样品，夹具距离设置为100m,试验速度设置为200mm/min。每个样品设置5次重复，最终结果取其平均值。

2.水蒸气透过率：根据GBT1037-1988要求使用水蒸气透过率测试仪测试样品的水蒸气透过率。使用取样器将地膜切割成面积为33.2cm

3.老化测试：根据ASTM G155-2013要求对地膜进行了老化处理。本实验置于氙灯老化试验箱中进行，老化周期为暴露在0.51w/(m

4.功能期具体指地膜从铺到田里开始计算至地膜开始初步降解的时间称为功能期，即地膜完全发挥作用的时期。

5.生物降解地膜功能期对应这作物的生长发育期，在作物生长发育前期，地膜的增温保墒能力能够促进作物的发育，因此地膜的功能期越长，对于作物的促进生长时间越长，对作物的生长发育越有力。作物产量具体春玉米，由此可说明该产品具有优秀的水蒸气阻隔性能和力学性能，能够延长地膜的功能期，在作物生长发育前期长时间的保持充足的水热条件，促进生物发育，作物在前期发育拥有充足的生长发育条件，积蓄更多的营养成熟时较具有较短功能期的对比膜产量有显著的增加。

经过以上实验得到6组实施例产品与对比膜的性能参数结果如下表所示：

由上表可以看出，相比于单一原料PBAT材料制备的地膜，本申请实施例制备的产品1-6在拉伸轻度、水蒸气透过率、直角撕裂等方面具有更优异的性能，将其在田地里实际应用后，其发挥作用的时间更长，农产物的产量提高有促进作用。

对苯二胺作为相容剂与PBAT反应生成酰胺键，酰胺键是由一个酰基与一个氨基通过共价键连接而成。酰胺键具有很强的稳定性和刚性，并且酰胺键中的碳氧键比酯键的碳氧键强，不易被水分解，也使酰胺键结构更加稳定，对于维持生物大分子的结构和功能至关重要。而马来酸酐接枝作为相容剂，与PBAT反应形成酯键，而酯键则由酸与醇通过酯化反应形成。酯键相对较稳定，但比酰胺键更容易断裂。因此以对苯二胺作为相容剂反应制备的薄膜较马来酸酐接枝作为相容剂的薄膜结构更加稳定，因此薄膜的力学性能更强，水蒸气阻隔性能更加优秀。

以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。