[發明專利]一種軟質PBAT基生物可降解發泡材料的制備方法

在審

• 申請號: 202011469333.0
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112694636A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 張須臻;周錦;南婧文;王秀華;施強;黃飛橋
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: C08J9/12
• 分類號: C08J9/12;C08J9/14;C08J9/10;C08J9/08;C08L1/04;C08L67/02;C08B15/02
• 代理公司: 紹興融創專利代理事務所(普通合伙) 33396
• 代理人: 張馳騁

本發明公開了一種軟質PBAT基生物可降解發泡材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：1)通過硫酸酸解法制備纖維素納米晶；2)纖維素納米晶、聚對苯二甲酸己二酸丁二醇酯、擴鏈劑、發泡劑熔融共混得到熔體；3)將步驟2)中熔體減壓降溫擠出。本發明從原理上講以多羥基CNC與PBAT酯基間作用引發物理交聯點，將PBAT分子鏈交聯在一起，使得分子間的作用力增加，分子的相對滑移減弱，使得本發明所制軟質發泡材料比同類PBAT產品具有更好的抗蠕變性能；從工藝上大大簡化了其他化學改性PBAT的工藝流程；從性能上，本發明所制軟質泡沫材料與常規泡沫材料相比具有突出的生物可降解性能，環保優勢明顯。

技術領域

本發明涉及發泡材料領域，具體涉及一種軟質PBAT基生物可降解發泡材料的制備方法。

背景技術

隨著電子信息技術的快速發展，網購、外賣行業飛速崛起，并在我們生活中占據越來越重要的地位，以此產生的快遞物流成為其中重要的一環。為了使產品在運輸過程中避免受損，防撞泡沫成為快遞中必不可少的材料。目前廣泛應用的發泡材料大多是由聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)等制成。其中，PS發泡制品是目前使用量較大的材料，但它降解十分困難，嚴重破壞環境，所以有“白色污染”之稱，PU泡沫片材在發泡過程中會產生對人體有害的異氰酸酯殘留物，且使用之后無法進行回收再利用。這些發泡材料的大量使用且不可降解給環境帶來了巨大壓力，因此制備生物可降解的發泡材料成為目前全社會亟待解決的問題。

目前產業化程度最高的生物可降解材料為聚乳酸和聚對苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)，其中PBAT由于單體均可從石油衍生物中提取，因此，未來發展潛力更大。PBAT已經廣泛應用于垃圾袋、食品包裝袋以及薄膜包裝等包裝材料，并在棉簽等衛生用品領域和生物醫藥領域等均有應用(許新華,張家星.PBAT復合材料的性能和應用[J].安徽化工,2020,225(03):14-18.)。但在當前快遞物流中大量使用的泡沫材料領域尚未得到應用，其主要原因在于PBAT存在蠕變性強、熔體強度低等性能缺陷。制備聚合物發泡材料，通常要在聚合物基體中引入泡孔，常規的方法是加入發泡劑。在氣泡大量形成的過程中，高聚物熔體在氣泡間以間隔膜的形式存在，單位體積內氣泡越多，則熔體間隔膜厚度越薄。因此，商業化泡沫材料的制備要求高分子熔體需有較高的熔體強度，以支撐極薄氣泡間隔膜的形成。在專利CN108264736B中介紹了一種PBAT擠出發泡制備方法，優化了發泡的操作時間和溫度窗口等，但該PBAT發泡材料的抗蠕變性能不高，材料在使用過程中容易發生塑性永久變形，實用性低。

高分子的蠕變性能一般源自分子鏈間的滑移，可在高聚物分子鏈間引入化學或物理交聯點來抑制分子鏈間的滑移，從而有效控制高聚物的蠕變行為。對PBAT而言，由于其脂肪族聚酯的化學敏感性，化學改性容易導致其分子鏈的裂解，使得PBAT性能下降。因此，在PBAT體系中通過物理法引入交聯點成為優選的解決方案。劉偉等將活性硅酸鈣粉體加入PBAT材料中，在PBAT分子間形成臨時物理交聯結構，降低了分子鏈的運動能力，且碳酸鈣粉體能促進PBAT發泡時泡孔異相成核，以此改善PBAT的可發性，制備PBAT發泡材料(劉偉,任粒,張純,等.硅酸鈣對PBAT流變性能與發泡行為的影響[J].工程塑料應用,2017(3):116-120.)。然而，由于PBAT分子鏈柔性顯著，盡管引入成核劑，PBAT的結晶度提升幅度仍非常有限。因此，尋找其他的替代方案，在PBAT體系中引入數量可控、約束力強的物理交聯點，成為PBAT泡沫材料抗蠕變改性的當務之急。

發明內容

本發明針對現有技術中PBAT熔體強度低、易蠕變的不足，提出了一種軟質PBAT基生物可降解發泡材料的制備方法，本發明以CNC為物理交聯劑，由于CNC表面有大量的羥基，CNC可同時與相鄰的PBAT分子中酯鍵形成氫鍵，起到橋連作用，增加PBAT分子間的作用力，使得該發泡材料的抗蠕變性能得到提高，材料的回彈能力增強、使用壽命增加，因此具有更廣泛的用途。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：