[发明专利]一种高强高阻隔生物降解薄膜的制备方法

说明书

本发明利用电子束辐照实现纳米纤维素的表面活化和接枝改性，有效改善了纳米纤维素在聚合物基体中的分散性和相容性，完成共混加工后制备薄膜，随后将薄膜采用电子束辐照交联，形成以纳米纤维素作为交联点的三维交联网络，这样制备的薄膜强度高，透明性好，并拥有良好的阻隔性。

技术领域

本发明属于生物降解材料领域，特别涉及一种高强高阻隔生物降解薄膜的制备方法。

背景技术

在提倡绿色经济、碳循环的大背景下，人们对材料的关注点逐渐转向无毒、生物可降解性等属性，而比较典型的，例如聚己二酸对苯二甲酸丁二酯和聚乳酸，便是近年来受到广泛关注并应用于包装、农业等领域的热门材料。

聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯(PBAT)是由石油基资源制成的脂肪族芳香族共聚酯，兼有脂肪族聚酯的降解性和芳香族聚酯较好的力学性能。

聚乳酸(PLA)是以木薯、高粱、玉米、秸杆等农作物为原料，经过发酵、纯化、聚合等生产工艺制成的一类生物高分子材料，其生产能耗较以石油产品为原料生产的合成类聚合物能耗低30％～50％。

然而，市面上的薄膜大多为聚乙烯、聚丙烯材质，由于其诞生的年代更加久远，其性能研究和制备工艺都更为成熟。所以相较之下，以全生物降解塑料制备的薄膜或多或少仍存在一定的缺陷，如：

1. 全生物降解薄膜的强度与阻隔性与传统聚乙烯薄膜差距较大，为了改善薄膜阻隔性，往往需加入片层纳米填料，这些填料与聚合物基质的相容性较差，因此填料往往会显著降低薄膜的力学强度，并降低薄膜的透明度，如CN214395794U公开的一种生物降解可堆肥高阻隔的复合薄膜材料，借助镀铝PBAT层实现薄膜的高阻隔性，复合工艺较为复杂，不透光，难以适用于单层薄膜或有透明度要求的应用场合，以及CN106957514B提供的一种具有高水蒸气阻隔性的PBAT基生物降解复合材料，该材料的水汽阻隔性能良好，其中所述无机材料桥接的方式虽改善了阻隔性，但因无机材料与聚合物基底间无化学键作用，聚合物分子链易结晶从而导致薄膜的透明性较差；

2. 工艺复杂、加工成本高，其中包括了降解材料的制备过程以及薄膜的加工过程，例如CN111234279B采用三官能团交联剂与可降解聚合物共混后加工成聚合物厚膜，双向拉伸得到双向取向薄膜，随后采用电子束辐照交联后得到薄膜材料，该薄膜体系力学强度明显提升，但薄膜阻隔性能不足，依赖双向拉伸工艺与电子束辐照交联，配方成本较高，且薄膜制备工艺和设备要求较高，相应的加工成本提高。

总体来说，工艺复杂和加工成本高仍是制约生物降解薄膜的主要因素。从加工工艺方面来看，主要由拉伸（单向拉伸或双向拉伸）、吹塑、压模、流延等几种工艺，通常来说，通过双向拉伸获得的薄膜力学性能、光学特性均比较理想，但拉伸工艺设备价格高，导致得到的产品价格更高；吹塑工艺成本低，但造成生物降解聚合物熔体破裂或薄膜制品缺陷；模压或流延成型难以得到厚度较薄的薄膜。

有鉴于此，如何设计一种质量高、工艺简单、成本低的生物降解薄膜制备方法是本发明研究的课题。

发明内容

本发明提供一种高强高阻隔生物降解薄膜的制备方法，为了解决现有高强高阻隔高透明度的生物降解薄膜生产成本高工艺复杂的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高强高阻隔生物降解薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步，改性纳米纤维素的制备：

将纳米纤维素粉末与液体交联剂加入高速混合机中，在1000-1500rpm转速下，充分搅拌均匀后静置2-4h，之后使用电子加速器对充分浸润液体交联剂的纳米纤维素粉末进行辐照，激发纳米纤维素产生自由基并引发液体交联剂接枝到纳米纤维素上，辐照剂量为2-20kGy，得到改性纳米纤维素，