一种聚合物材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于高分子聚合物材料领域，具体涉及一种聚合物材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.近年来，在环保监管日益严格、居民环保意识增强的背景下，全球可降解塑料行业发展势头强劲，目前来看，市面上常见的可降解塑料主要包括聚乳酸(pla)、聚丁二酸丁二醇酯(pbs)、对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(pbat)、聚己内酯(pcl)、聚乙醇酸(pga)、聚羟基脂肪酸酯(pha)等，其中pla、pbs、pbat产业化程度较高。
3.pbat属于热塑性生物降解塑料，是己二酸丁二醇酯(pba)和对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)的共聚物，其兼具pba和pbt的特性。目前pbat生产技术难题已基本解决，但在产品应用上，pbat存在耐候性差、水汽阻隔性低、吹膜加工时开口性差等问题，一定程度上限制了其在农用地膜、一次性袋子、胶带粘合剂等领域的应用。pbiat是pbat的改性产品，相比于pbat，pbiat更强劲，生态友好性更高，未来pbiat市场发展空间更为广阔。
4.近年来，随着限塑令逐步推进，我国pbat产业发展迅速，相关在建及拟建项目较多，截止至2020年底，国内pbat在建及拟建产能达到470万吨左右，2021年上半年，国内pbat相关项目数量达到50余个，产能总和约超过510万吨。pbat是目前产业化程度最高的可降解塑料之一，但pbat存在耐候性差、水汽阻隔性低等问题，一定程度上限制了其市场应用。
5.为了响应国家可持续发展的国家战略，找到一种性能更好的可降解材料来拓展应用领域是十分有必要的。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种聚合物材料及其制备方法，以解决现有的生物可降解聚合物材料性能不够优异，应用面狭窄的技术问题。
7.为了解决所述技术问题，本发明一方面提供一种聚合物材料，由如下质量份数组分聚合而成：
8.pbiat 45-90％；
9.pla 0-20％；
10.掺杂剂5-25％；
11.扩链剂0.2-0.5％；
12.偶联剂1-2％。
13.优选地，所述掺杂剂为纳米粉，功能性粉末中的至少一种。
14.优选地，所述纳米粉包括金属纳米材料，无机非金属纳米材料，碳纳米材料中的至少一种。
15.优选地，所述功能性粉末包括增强剂，填充剂，改性助剂中的至少一种。
16.优选地，所述扩链剂为1，4一丁二醇、1，6一己二醇、甘油、三羟甲基丙烷、二甘醇、
三甘醇、新戊二醇、山梨醇、二乙氨基乙醇moca、乙二胺、n，n-二羟基(二异丙基)苯胺，氢醌一二(β一羟乙基)醚中的至少一种。
17.优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂中的至少一种。
18.本发明另一方面提供了一种由所述聚合物材料加工而成的薄膜材料。
19.优选地，所述薄膜材料的加工方式为吹塑。
20.本发明又一方面提供了所述聚合物材料的制备方法，包括如下步骤：
21.将配方量的各组分预混合；
22.将混合好的组分加热聚合；
23.冷却得到聚合物材料。
24.本发明还一方面提供了所述的薄膜材料在透光材料领域的应用。
25.与现有技术相比，本发明采用新型pbiat材料作为主要材料替代传统的pbat材料。相比于pbat材料，pbiat材料碳足迹低，并且在土壤中的自然分解速度更快。此外，由于它比pbat更强韧，因此可以用更少的原材料制造出比pbat更薄更坚韧的产品。因此本聚合物产品的应用面更广，且性能更优异。且本聚合物的主要辅助材料是pla，也是一种降解性良好的聚合物，降解之后剩余的有机原料含量很少，要么是参杂的无机材料不会造成环境污染，要么时聚合反应后就会被反应掉的偶联剂，扩链剂，因此整体的聚合物材料性能良好且降解速度更快，降解更彻底，有害残留更少，是一种绿色环保材料。另外，pbiat和pla都具备良好的生物亲和性，因此在生物材料方面本发明所述的聚合物材料也具备良好的应用前景。最后本发明所述的聚合物材料弹性更好，且耐候性更强，进一步拓展了其应用前景。值得注意的是本技术的pla也可不添加，也就是配方中pla含量为零时，同样能获得良好的技术效果。
26.本发明所述的薄膜材料，由于具备所述聚合物的优异性能，因此具备弹性好，透光性好，用料更省，且生物可降解性更强，生物可亲性更高等优点。
27.本发明所述的聚合物材料的制备方法，工艺简单，条件温和，操作简单，用料环保，适合大规模推广和应用。
28.本发明所述的薄膜材料一方面具备更好的弹性，且更坚韧，因此可以制备出更薄的材料，因此具备更好的透光性能。另外由于用料减少且韧性更强因此可以减少用量的同时保证材料性能，因此可以加入一些改性材料进一步提升光学性能。最终拓展其在透光材料方面的应用。
附图说明
29.图1为本发明实施例所述聚合物材料的制备工艺流程图。
具体实施方式
30.为了便于理解本发明，下面将参照实施例对本发明进行更全面的描述，以下给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。实施例中使用到的各类原料，除非另有说明，均为常见市售产品。
31.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发明的技术领域的
技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/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。
32.本发明实施例中揭露的数值是近似值，而并非确定值。在误差或者实验条件允许的情况下，可以包括在误差范围内的所有值而不限于本发明实施例中公开的具体数值。
33.本发明实施例中揭露的数值范围用于表示在混合物中的组分的相对量以及其他方法实施例中列举的温度或者其他参数的范围。
34.本发明实施例一方面提供了一种聚合物材料，由如下质量份数组分聚合而成：
35.pbiat 45-90％；
36.pla 0-20％；
37.掺杂剂5-25％；
38.扩链剂0.2-0.5％；
39.偶联剂1-2％。
40.在一优选实施例中，所述掺杂剂为纳米粉，功能性粉末中的至少一种。参杂纳米粉可以改变其光学性能，耐磨性能，强度，韧性，甚至导电，亲水等各种性能，使其具备功能性。
41.在进一步优选实施例中，所述纳米粉包括金属纳米材料，无机非金属纳米材料，碳纳米材料中的至少一种。添加不同种类的纳米粉可以获得不同的功能，例如氧化硅纳米粉可以改变其透光性，加入金属纳米粉可以增强其韧性加入银纳米粉可以达到抗菌效果。
42.在进一步优选实施例中，所述功能性粉末包括增强剂，填充剂，改性助剂中的至少一种。例如加入疏水改性助剂可以获得更良好的防水性能。
43.在一优选实施例中，所述扩链剂为1，4一丁二醇、1，6一己二醇、甘油、三羟甲基丙烷、二甘醇、三甘醇、新戊二醇、山梨醇、二乙氨基乙醇moca、乙二胺、n，n-二羟基(二异丙基)苯胺，氢醌一二(β一羟乙基)醚中的至少一种。这些都是常见的扩链剂，扩链剂为含活泼氢的化合物与聚合物单体端基预聚物反应，致使分子链扩散延长，从而实现树脂的固化成形从而改变其耐热性、硬度及弹性。可以根据不同配比来改变扩链剂的种类以及扩链剂的含量。
44.在一优选实施例中，所述偶联剂为硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂中的至少一种。偶联剂用于橡胶工业中，可提高轮胎、胶板、胶管、胶鞋等产品的耐磨性和耐老化性能，并且能减小nr用量，从而降低成本。偶联剂在复合材料中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反应，又能与基体树脂反应，在增强材料与树脂基体之间形成一个界面层，界面层能传递应力，从而增强了增强材料与树脂之间粘合强度，提高了复合材料的性能，同时还可以防止其它介质向界面渗透，改善界面状态，有利于制品的耐老化、耐应力及电绝缘性能。本发明聚合物可以通过偶联剂进一步提升其材料性能，使其进一步发挥其弹性，耐候性，韧性等优势。
45.本发明实施例另一方面提供了一种由所述聚合物材料加工而成的薄膜材料。
46.在一优选实施例中，所述薄膜材料的加工方式为吹塑。吹塑成型为制备薄膜材料最常用的方法，本发明所述的聚合物材料由于具备良好的弹性，韧性，因此可以制备出更薄的薄膜材料同时保证其材料性能，因此具备更广泛的应用前景，且本发明实施例所述的薄膜材料具备良好的生物可亲性，以及更好的生物可降解性，特别适合在农业方面应用，例如
地膜，可以保证透光性，一段时间后还能自我降解，生物可亲性又很好，因此十分适合地膜的应用。当然也适合其他需要降解的材料，例如一次性饭盒儿，方便袋等。
47.本发明实施例又一方面提供了所述聚合物材料的制备方法，包括如下步骤：
48.s01：将配方量的各组分预混合；
49.s02：将混合好的组分加热聚合；
50.s03：冷却得到聚合物材料。
51.具体的在所述步骤s01中，混合方式包括超声，搅拌，震荡，离心，球磨等多种手段中的至少一种。
52.具体的在所述步骤s02中，所述加热聚合的加热方式为逐渐升温，然后保持恒定，所述加热温度为100-300℃。
53.本发明还一方面提供了所述的薄膜材料在透光材料领域的应用。
54.本发明实施例所述的聚合物材料采用新型pbiat材料作为主要材料替代传统的pbat材料。相比于pbat材料，pbiat材料碳足迹低，并且在土壤中的自然分解速度更快。此外，由于它比pbat更强韧，因此可以用更少的原材料制造出比pbat更薄更坚韧的产品。因此本聚合物产品的应用面更广，且性能更优异。且本聚合物的主要辅助材料是pla，也是一种降解性良好的聚合物，剩余的原料含量很少，或者聚合反应后就会被反应掉，因此整体的聚合物材料性能良好且降解速度更快，降解更彻底，残留更少。另外，pbiat和pla都具备良好的生物亲和性，因此在生物材料方面本发明所述的聚合物材料也具备良好的应用前景。最后本发明所述的聚合物材料弹性更好，且耐候性更强，进一步拓展了其应用前景。与传统化学材料相比，使用pbiat的胶带粘合剂预计有助于减少碳排放。pbiat是pbat的改良产品，具有生态友好性高、分解速度快、强韧性好等特点，随着商业化进程加快，pbiat有望逐步替代pbat材料，未来行业发展前景较好。本发明所述的聚合物材料的主材料pbiat生物质含量很高不仅有助于生物降解且pbiat可以通过满足欧盟生物降解塑料监管要求进入欧盟市场。在欧洲，一次性塑料袋只有在生物质含量超过50％的情况下才能使用。高生物质含量的的pbiat，有利于进军欧洲市场。
55.本发明所述的薄膜材料，由于具备所述聚合物的优异性能，因此具备弹性好，透光性好，用料更省，且生物可降解性更强，生物可亲性更高等优点。
56.本发明所述的聚合物材料的制备方法，工艺简单，条件温和，操作简单，用料环保，适合大规模推广和应用。
57.本发明所述的薄膜材料具备更好的弹性，且更坚韧，因此可以制备出更薄的材料，因此具备更好的透光性能。另外由于用料减少且韧性更强因此可以减少用量的同时保证材料性能，因此可以加入一些改性材料进一步提升光学性能。最终拓展其在透光材料方面的应用。
58.以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
59.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。