一种降解塑料材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种降解塑料及其制备方法，通过环境友好型的丙三醇作为聚合平台，将聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸均与丙三醇进行反应，小分子反应快，再结合本申请的高比表面积催化剂的作用，催化酯化反应使得整体的反应时间大大缩短，通过双螺杆熔融反应挤出实现低分子量PBAT与PLA的聚合。本申请还实现了高韧性的生物降解聚合物PBAT与PLA分子链的共聚，不仅解决了PLA韧性差、断裂伸长率低的问题；还同步实现了全降解聚合物与催化剂的复合，大幅增强了其力学性能、显著改善了其热稳定性；另外，该技术可以实现快速连续化生产且不引入不环保的异氰酸基团，真正解决了PLA与PBAT聚合的应用难题。PBAT聚合的应用难题。PBAT聚合的应用难题。

【技术实现步骤摘要】
一种降解塑料材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及降解材料制备领域，具体而言，涉及一种降解塑料材料的制备方法。

技术介绍

[0002]塑料制品如普通PE薄膜埋在地下要经过大约四百年的时间才能腐烂，难以降解的材料会严重污染土壤并对土壤上的植物带来危害。另外，采取焚烧处理方式，也会产生有害烟尘和有毒气体，长期污染环境。塑料由于它自身的不透气性，会影响到土壤内部热的传递和微生物的生长，从而改变土壤的特质，并经过长时间的累积，还会影响到农作物吸收养分和水分，导致农作物减产。废弃在地面上和水面上的塑料袋，容易被动物当作食物吞入，塑料袋在动物肠胃里消化不了，易导致动物肌体损伤和死亡。“白色污染”引起的生态问题的日益凸显，世界各地纷纷展开“禁塑”行动，一场禁塑风暴正在兴起。生物全降解塑料作为一种新型塑料材料，其在土壤中可以被微生物分解为二氧化碳和水，不会残留高分子聚合物成分，是应对塑料污染的一种重要途径，逐步在塑料袋、农用地膜等领域推广应用。
[0003]在全球应对碳中和的大背景下，聚乳酸(PLA)作为一种生物基全降解材料越来越受到人们的青睐，它在全生命周期内不会产生二氧化碳，是实现碳中和的极有发展前景的一种塑料。然而，PLA均聚物质硬而韧性较差，断裂伸长率及冲击强度低，缺乏柔性和弹性，极易弯曲变形，这些缺点极大地限制了PLA的应用。通过对PLA分子链进行改性制备共聚高分子，改性PLA的韧性差、断裂伸长率低的缺点是材料科学与工程领域要重点解决的难题。
[0004]在PLA分子链上引入具有较高柔韧性的PBAT分子链是改善PLA韧性不足同时保持其降解性的重要途径。目前实现PLA分子链与PBAT分子链聚合的方法主要有两种：一、通过扩链剂实现二者分子链的间接聚合；二、通过催化剂在长时间的反应下实现二者分子链的直接聚合。然而，第一种方法使用的扩链剂多含有二异氰酸酯基团，二异氰酸酯的毒性会极大地限制该材料在降解塑料领域的应用；第二种方法聚合反应的两个分子(PLA分子和PBAT分子或端基改性后的二者)均为大分子，聚合反应的速度极为缓慢，反应时间一般需要数h，不适于规模化应用。

技术实现思路

[0005]基于此，为了解决聚乳酸均聚物质硬而韧性较差，断裂伸长率及冲击强度低，缺乏柔性和弹性，极易弯曲变形的问题，本专利技术提供了一种降解塑料材料的制备方法。具体技术方案如下：
[0006]一种降解塑料材料，所述降解塑料材料的化学式如下：
[0007][0008]一种降解塑料材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]将催化剂以及螯合剂溶解于去离子水中，待完全溶解之后将溶液倒入高压反应釜中并密封，然后对反应釜进行加热处理，得到混合物；
[0010]待所述混合物降温至室温后，进行离心分离处理，然后对沉淀物进行洗涤处理，干燥处理，得到高比表面积催化剂；
[0011]将高比表面积催化剂、丙三醇、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸按比例混合，然后加入带有抽气功能的双螺杆挤出机中熔融挤出处理，然后拉条，待温度降至120℃以下过水冷却，再切粒，得到降解塑料材料。
[0012]进一步地，所述螯合剂为柠檬酸或柠檬酸水合物。
[0013]进一步地，所述催化剂为锌盐与锡盐，且按照重量比，所述锌盐与锡盐的比例为1:1。
[0014]进一步地，所述锌盐为氯化锌、醋酸锌、硝酸锌中的一种或多种的混合。
[0015]进一步地，所述锡盐为SnCl4、Sn(Ac)4、Sn(NO3)4中的一种或多种的混合。
[0016]进一步地，所述螯合剂的物质的量与锌离子和锡离子总物质的量的比例为1～3：1。
[0017]进一步地，所述加热处理的温度为150℃
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200℃，所述加热处理的时间为2h
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6h。
[0018]进一步地，所述聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的分子量不超过50000。
[0019]进一步地，所述聚乳酸的分子量不超过50000。
[0020]进一步地，所述熔融挤出处理分为1区、2区、3区、4区以及5区，所述1区的温度为115℃
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125℃，所述2区的温度为160℃
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170℃，所述3区的温度为175℃
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185℃，所述4区的温度为170℃
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180℃，所述5区的温度为165℃
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175℃，且所述3区以及所述4区均设置有抽气孔。
[0021]本申请中通过环境友好型的丙三醇作为聚合平台，将聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸均与丙三醇进行反应，小分子反应快，再结合本申请的高比表面积催化剂的作用，催化酯化反应使得整体的反应时间大大缩短，通过双螺杆熔融反应挤出实现低分子量PBAT与PLA的聚合。本申请还实现了高韧性的生物降解聚合物PBAT与PLA分子链的共聚，不仅解决了PLA韧性差、断裂伸长率低的问题；还同步实现了全降解聚合物与催化剂的复合，大幅增强了其力学性能、显著改善了其热稳定性；另外，该技术可以实现快速连续化生产且不引入不环保的异氰酸基团，真正解决了PLA与PBAT聚合的应用难题。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例2中制备的纳米无机ZnO/SnO2复合催化剂扫描电子显微镜照片；
[0023]图2是本专利技术实施例1
‑
5制备的降解塑料材料与对比例1
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4制备的降解塑料材料的拉伸强度与断裂伸长率的示意图。
具体实施方式
[0024]为了使得本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术的保护范围。
[0025]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0026]需要说明的是，本申请中记载的PBAT指的是聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯，PLA指的是聚乳酸。
[0027]本专利技术一实施例中的一种降解塑料材料，所述降解塑料材料的化学式如下：
[0028][0029]本申请的降解塑料材料以丙三醇为反应平台，大分子PBAT和PLA的端羧基与小分子丙三醇的醇羟基进行催化酯化反应而成，利用小分子酯化反应速率快的特点，快速完成酯化反应实现PBAT分子链与PLA分子链的组合，大大缩短了酯化聚合时间。
[0030]一种降解塑料材料的制备方法，包括以下步骤：
[0031]将催化剂以及螯合剂溶解于去离子水中，待完全溶解之后将溶液倒入高压反应釜中并密封，然后对反应釜进行加热处理，得到混合物；
[0032]待所述混合物降温至室温后，进行离心分离处理，然后对沉淀物进行洗涤处理，干燥处理，得到高比表面积催化剂；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降解塑料材料，其特征在于，所述降解塑料材料的化学式如下：2.一种如权利要求1所述的降解塑料材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将催化剂以及螯合剂溶解于去离子水中，待完全溶解之后将溶液倒入高压反应釜中并密封，然后对反应釜进行加热处理，得到混合物；待所述混合物降温至室温后，进行离心分离处理，然后对沉淀物进行洗涤处理，干燥处理，得到高比表面积催化剂；将高比表面积催化剂、丙三醇、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸按比例混合，然后加入带有抽气功能的双螺杆挤出机中熔融挤出处理，然后拉条，待温度降至120℃以下过水冷却，再切粒，得到降解塑料材料。3.根据权利要求2所述的降解塑料材料的制备方法，其特征在于，所述螯合剂为柠檬酸或柠檬酸水合物。4.根据权利要求2所述的降解塑料材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂为锌盐与锡盐，且按照重量比，所述锌盐与锡盐的比例为1:1。5.根据权利要求4所述的降解塑料材料的制备方法，其特征在于，所述锡盐为SnCl4、Sn(Ac)4、Sn(NO3)4中的一种或多种的混合。6.根据权利要求2所述的降解塑料材料的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：圣桂金，刘远，刘耀春，齐广力，
申请(专利权)人：佛山华南新材料研究院，
类型：发明
国别省市：