一种高流动性生物可降解PBAT材料

技术领域

本发明涉及一种高流动性改性生物可降解聚酯PBAT，具有高流动性并且可完全生物降解，可以应用于熔喷非织造布、过滤、高速纺及静电纺丝等领域。

背景技术

聚对苯二甲酸/己二酸丁二醇酯(PBAT)是一种完全生物降解的聚酯材料，可被微生物代谢分解，最终成为二氧化碳和水。聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯（PBAT）是一种非常环保的高分子聚合物，它在成膜、生物降解、加工处理等方面都有较大优势。PBAT 既具备PBA 嵌段的生物降解性，又含有 PBT 嵌段的优良力学性能，由于PBAT的柔软度和可塑性，可以广泛地用于食品、农业领域，因此近些年PBAT都是一种备受青睐的可降解材料。PBAT具有低密度、高热稳定性和可降解等生物塑料特性被广泛应用于许多领域，特别是在食品包装方面。在复合柔性包装材料中，PBAT 薄膜主要用作包装层和密封层。这意味着PBAT材料要同时具有较高的机械性能和阻隔性能。

PBAT是对苯二甲酸、己二酸和 1，4- 丁二酯的三元共聚酯，结合了脂肪族聚酯的可生物降解性能和芳香族聚酯良好的力学性能，可采用熔融纺丝方法制备成PBAT纤维，具有良好的可生物降解性、力学性能、热稳定性和拉伸回弹性，手感柔软，具有十分重要的市场价值。

CN 114621566A公布了一种PBAT基可生物降解熔喷材料的制备方法，将包含PBAT、解聚剂、促进剂和润滑剂的原料从双螺杆机挤出机中熔融挤出制得PBAT基可生物降解熔喷材料。CN 112795149A公开了一种生物可降解聚酯PBAT复合材料，通过利用对苯二酚中的酚羟基与PBAT中的酯基作用形成氢键，制备出的PBAT改性材料，然后再与有机添加剂吹塑混合制备出的PBAT复合材料具有好的流动性，此PBAT只适合吹塑工艺而非熔融纺丝工艺。关于高流动性PBAT材料用于熔融纺丝的专利非常少，大部分是用于吹塑加工工艺，对流动性要求不高。而CN 114621566A发明公开的PBAT材料需要加入解聚剂、促进剂和润滑剂等，不同种类的添加剂较多。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种经济实惠、无残留，拥有高流动性的PBAT材料的制备方法及应用，可应用于熔喷、过滤、高速纺等工艺。所添加的山梨酸钠或山梨酸钾可用于食品添加，直接接触食品，无毒无公害。本发明采用山梨酸钠或山梨酸钾，以达到可控调整PBAT树脂熔指的效果，这是因为山梨酸钠或山梨酸钾碱性环境下更容易促进PBAT加速降解，从而降低分子量，增加其流动性。另外山梨酸钠或山梨酸钾的加入，一方面与PBAT分子发生反应，使PBAT分子带有阴离子端基，这种分子链末端上的离子性基团可作为PBAT均相成核剂，在较高温度下易迅速形成为一定大小的热力学稳定的晶核，使随后晶核生长迅速进行，大幅度地缩短了结晶诱导期：另一方面，由于PBAT分子链发生断裂引起局部分子量降低，从而因局部结晶加快而促进整个体系结晶，这两方面共同作用使PBAT结晶速度极大提高。

 一种高流动性PBAT材料，按质量份数计，原料组成包括：

PBAT：78-99.8份

抗氧剂：0.1-2份

流动改性剂：0.1-20份

所述的PBAT是以己二酸（AA）、对苯二甲酸（PTA）、丁二醇（BDO）为单体，按照一定比例合成聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯。

所述抗氧剂为生物类抗氧剂，如生物类黄酮，比茶多酚，白藜芦醇，番茄红素，虾青素，叶黄素等。此类抗氧剂为生物基抗氧剂，纯天然成分无毒无公害。

所述流动改性剂为山梨酸钠或山梨酸钾，均为市售。

本发明中，通过添加山梨酸钠或山梨酸钾，在此碱性环境下PBAT能够快速降解，生成新的端羧基，发生水解反应，使高分子链发生断裂，从而有效地降低PBAT的分子量，最终获得高流动性的生物可降解PBAT材料。

为了更好地解决上述的技术问题，获得更好的材料性能，本发明优选采用以下方案：

作为优选，PBAT为熔指为2-6 g/10min；

流动改性剂优选山梨酸钠；

在以上原料优选下，所述的高流动性PBAT，按质量份数计，所述原料组成优选包括：

PBAT：79.4-99.7份

抗氧剂：0.2-0.6份

流动改性剂：0.1-20份

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明通过添加山梨酸钠或山梨酸钾后可以简单高效的调整提升PBAT的熔指，该过程加工工艺简单，反应速度快，清洁无残留，并且成本很低。

本发明生产的超高流动性PBAT具有高流动性，生产工艺简单，清洁无残留，制备成本低，可以应用在熔融纺丝、高速纺丝等领域。

实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。以下各实施例、对比例中用到的所有原料除特殊说明外，均为市售。

实施例及对比例所使用的原材料信息及助剂信息，具体如下：

PBAT ：华峰；

抗氧剂：生物类黄酮；

材料性能表征方法：

熔融指数，210℃，2.16kg。测试前干燥，水分控制0.05%以下。断裂伸长率：50mm/min，采用直径为1.5mm -1.7mm料条测试，标距50mm。纤维平均直径：将所得的材料进行熔融纺丝验证，正常工艺条件下，计算喷丝纤维的平均直径。

按照表1配方比例称取相应材料，混合均匀后加入双螺杆挤出机中进行熔融共混，挤出温度180-210℃，然后拉条冷却切粒及性能测试。

表1 实施例1-6和对比例1-4组分质量份数

实施例1-6和对比例1-4的性能测试结果见表2。

表2 实施例1-6和对比例1-4测试结果

从比例1-6中可以看出，添加山梨酸钠或山梨酸钾对PBAT的熔指有明显的提升作用，随着添加比例的增加，熔指也相应增加。因此山梨酸钠或山梨酸钾使用后对PBAT的熔指有着明显的提升效果，尤其是增加山梨酸钠的含量不仅可以得到超高流动性的PBAT材料，而且材料还保持着相当的韧性，可以顺利的进行熔融纺丝。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。