【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于生物可降解塑料，涉及一種竹粉增強替代的生物可降解塑料及其制備方法。
技術介紹
1、隨著社會的飛速發展和科學技術的進步，人們對石油的需求量越來越大，但石油是不可再生的資源，石油資源隨著各國的大量使用將面臨枯竭，同時不可降解的石油基塑料廢棄物所造成的如污染土壤水源、占用土地資源、威脅生態環境等一系列問題不斷惡化，引起人們的極大關注，可降解可再生材料的研究成為世界范圍的熱點。
2、聚乳酸是一種以淀粉、纖維素等可再生資源為原料，經水解、發酵、純化、聚合而成的一種脂肪族聚酯，原料來源廣泛，能夠完全生物降解，具有傳統聚烯烴樹脂相似的加工性能，被認為在一次性消費品領域替代不可降解塑料的最佳選擇。
3、竹子是綠色、低碳、可降解的生物質材料。通過“以竹代塑”的技術工藝增加綠色竹產品的使用比例，可以更好地發揮竹子在代替塑料產品方面的突出優勢和作用，以進一步減少塑料使用，促進人類可持續發展。聚乳酸具有優良的生物相容性和可降解性，與竹粉共混制備環境友好型可降解材料，不僅能夠實現材料的完全生物降解，更能減少對不可再生的石油基聚合物的依賴，對解決環境污染問題意義重大。
4、雖然聚乳酸有巨大的市場前景，但其本身硬且脆，物理機械加工性能不理想，這都限制了它的進一步應用。同時，由于聚乳酸的成本與普通石油基塑料相比沒有優勢，造成其大范圍的推廣受到限制；因此，人們開始對如何降低聚乳酸的成本進行了大量的研究，主要是通過生物質原料復合到聚合物基體中形成聚乳酸復合材料的方式來降低聚乳酸的成本；現有技術，大多是生物基質淀粉，
技術實現思路
1、針對現有技術存在的不足，本專利技術的目的在于提供一種竹粉增強替代的生物可降解塑料及其制備方法，本專利技術通過改性竹粉、改性納米碳酸鈣、pbat樹脂和聚乳酸的復配制備得到了一種可完全生物降解的木塑復合增強塑料，實現了對竹粉的高價值利用，符合當前“以竹代塑”的環保理念倡導，不僅大幅降低了聚乳酸基生物可降解塑料的生產成本，而且復合增強改性后的增強塑料具有優異的綜合力學性能，同時還能保留聚乳酸材料和pbat樹脂本身所具有的生物可降解性能，具有極高的社會經濟價值和產業化推廣意義。
2、為達此目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、第一方面，本專利技術提供了一種竹粉增強替代的生物可降解塑料，所述生物可降解塑料包括pbat樹脂、聚乳酸、改性竹粉和改性納米碳酸鈣；
4、所述改性竹粉為堿液和硅烷偶聯劑聯合改性的竹粉；
5、所述改性納米碳酸鈣為硬脂酸包覆改性的納米碳酸鈣。
6、聚乳酸具有優良的生物相容性、生物可降解性，最終的降解產物是二氧化碳和水，不會對環境造成污染；此外，聚乳酸還具有較高的拉伸強度和壓縮模量，但其質硬且韌性較差，缺乏柔性和彈性，極易發生彎曲變形，同時，其耐熱性差、沖擊強度低，限制了其實際應用。pbat樹脂（聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯）是一種熱塑性天然降解塑料，其由聚己二酸丁二醇酯（pba）和聚對苯二甲酸丁二醇酯（pbt）兩種高分子化合物聚合而成的半結晶型共聚物，pbat樹脂集中了pba和pbt的優點，物理和化學性能穩定，既能在自然條件下降解不污染環境同時又具備優異的綜合力學性能，但其結晶性差、熔體強度低。聚乳酸和pbat樹脂有著良好的互補性，本專利技術將二者復配作為聚合物基體材料，從而制備得到了具有優異的綜合力學性能和生物降解性能的復合增強材料。通過調整聚乳酸與pbat樹脂的共混比例可以充分發揮二者的綜合優勢，pbat樹脂的流動性較好，可以改善聚乳酸的加工性能，也可以降低聚乳酸的熔體黏度，使其更易加工成各種形狀，包括薄膜、注塑制品和吹塑制品等。同時，pbat樹脂的加入還可以改善聚乳酸韌性不佳的問題，提高復合增強塑料的抗沖擊性和斷裂韌性。
7、竹粉作為眾多天然植物纖維中的一種，其來源廣泛，具有較好的長徑比、比強度高和價廉質輕等優勢。本專利技術使用竹粉填充改性聚合物基體，不僅可以充分利用竹資源，而且可以替代部分聚乳酸和pbta樹脂，從而減少了聚乳酸和pbta樹脂的用量，起到降低生產成本的作用。但由于竹粉表面存在大量羥基和羧基等親水性基團，導致其與聚合物基體之間的界面相容性較差，因此本專利技術通過堿液和硅烷偶聯劑對竹粉進行表面改性處理，通過對竹粉與聚合物基體的界面特性進行調控來提高二者之間的界面相容性。
8、一方面，堿處理可以溶解竹粉纖維中的半纖維素和木質素等無定形成分，使得竹粉表面變得粗糙，有利于其與聚合物基體之間的機械嚙合，從而提高了竹粉與聚合物基體之間的界面結合強度；另一方面，堿液會削弱竹粉纖維分子內部的氫鍵作用，增大竹粉纖維分子間距，提高竹粉纖維的可及性，使得硅烷偶聯劑更容易滲入到竹粉纖維內部。但堿處理后的竹粉表面極性并未明顯降低，與聚合物基體之間的界面結合性能的提升有限。因此，本專利技術在堿處理的基礎上通過硅烷偶聯劑浸泡對竹粉進行二次改性，硅烷能夠有效進入竹粉纖維的結晶區和非結晶區，與羥基發生取代反應，形成柔韌的界面層，從而有效傳遞載荷、分散應力，以達到提高聚合物基體力學性能的作用。因此，本專利技術通過對竹粉進行堿液和硅烷偶聯劑聯合表面改性，不僅提高了竹粉與聚合物基體之間的界面相容性，增強了二者之間的界面結合強度；還可以顯著提高生物可降解塑料的綜合力學性能。
9、本專利技術將納米碳酸鈣作為增強填料加入到生物可降解塑料中，可以有效改善生物可降解塑料的力學性能。對于一些塑料熔體黏度低、結晶速率快的聚合物，納米碳酸鈣的加入可有效改善材料的加工性能。此外，納米碳酸鈣具有很好的剛性、熱穩定性等，當其在聚合物基體中均勻分散時，復合材料能結合二者的優點，使復合材料的綜合性能得到提高。
10、未改性處理的納米碳酸鈣的表面存在大量羥基，這些羥基親水性較強，具有較高的表面自由能和表面活性。因而納米碳酸鈣容易發生團聚，納米碳酸鈣的使用尺寸遠大于制備時的尺寸，從而限制了納米碳酸鈣對聚合物基體的力學增強作用。因此，本專利技術通過硬脂酸包覆對納米碳酸鈣進行表面改性，硬脂酸屬于陰離子表面活性劑，其分子一端長鏈烷基結構與聚合物分子結構類似，與聚合物基體材料有較好相容性；另一端為羥基等極性基團，可與納米碳酸鈣表面發生物理或化學吸附，通過硬脂酸鈣改性后的納米碳酸鈣表面由親水疏油變為親油疏水，活化指數達94%以上，可在聚合物基體中形成穩定的混容體系，從而提高了其與聚合物基體之間的界面相容性及分散均勻性，使得制備得到的生物可降解塑料的拉伸強度得到大幅提升。
11、本專利技術通過改性竹粉、改性納米碳酸鈣、pbat樹脂和聚乳酸的復配制備得到了一種可完全生物降解的木塑復合增強塑料，實現了對竹粉的高價值利用，符合當前“以竹代塑”的環保理念倡導，不僅大幅降低了聚乳酸基生物可降解塑料的生產成本，而且復合增強改性后的增強塑料具有優異的綜合力學性能，同時還能保留聚乳酸材料和pbat樹脂本身所具有的生物可降解性能，具有極高的社會經濟價值和產業化推廣意義。
12、作為本專利技術一種優選的技術方案，所述生物可本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種竹粉增強替代的生物可降解塑料，其特征在于，所述生物可降解塑料包括PBAT樹脂、聚乳酸、改性竹粉和改性納米碳酸鈣；
2.根據權利要求1所述的生物可降解塑料，其特征在于，所述生物可降解塑料包括如下重量份的各組分：
3.一種權利要求1或2所述的生物可降解塑料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述改性竹粉采用如下方法制備得到：
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅰ）中，所述堿液的質量分數為5-15wt%；
6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅱ）中，所述硅烷偶聯劑的乙醇水溶液中的硅烷偶聯劑的濃度為1-10g/L；
7.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅲ）中，向所述分散液中滴加5-15wt%的堿液以將所述分散液的pH值調整至9-10；
8.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述改性納米碳酸鈣采用如下方法制備得到：
9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述納米碳酸鈣粉
10.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述雙螺桿擠出機的螺桿轉速為80-100rpm；
...【技術特征摘要】
1.一種竹粉增強替代的生物可降解塑料，其特征在于，所述生物可降解塑料包括pbat樹脂、聚乳酸、改性竹粉和改性納米碳酸鈣；
2.根據權利要求1所述的生物可降解塑料，其特征在于，所述生物可降解塑料包括如下重量份的各組分：
3.一種權利要求1或2所述的生物可降解塑料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述改性竹粉采用如下方法制備得到：
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟（ⅰ）中，所述堿液的質量分數為5-15wt%；
6.根據權利要求4所述的制...
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃仁亮，劉朝輝，韓承志，趙一欣，蘇榮欣，
申請(專利權)人：天津永續新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：
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