[发明专利]一种生物基高透明度高分子薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种生物基高透明度高分子薄膜及其制备方法，先以A、B和异山梨醇为主要原料先后经酯化或酯交换反应、预缩聚反应和终缩聚反应制得低结晶性生物可降解聚酯，再对低结晶性生物可降解聚酯进行热压处理制得生物基高透明度高分子薄膜，其中，A为呋喃二羧酸或其烷基酯，B为脂肪二元醇；制得的生物基高透明度高分子薄膜材质为低结晶性生物可降解聚酯，熔融焓10J/g；生物基高透明度高分子薄膜的厚度为70～90μm，对波长为400～800nm的可见光的透光率为85％～92％，雾度值≤2％。本发明的制备方法简单高效；采用本发明的方法制得的高分子薄膜具有高透明度和良好的生物降解性能，且整体碳足迹低。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种生物基高透明度高分子薄膜及其制备方法。

背景技术

聚合物经过一个多世纪的蓬勃发展，已经成为现代人类社会最为重要的材料来源之一。在众多的聚合物应用领域中，薄膜类高分子材料发展迅速，广泛应用于包装材料、超市购物袋、植物保护、农业生产以及电子屏幕显示膜等诸多领域。目前，用于包装材料、超市购物袋和植物保护等的塑料薄膜多数以聚烯烃类聚合物为主，其降解周期长，使用量巨大，因而给地表、河流、湖泊和海洋带来了巨大的环境污染。同时，用于电子屏幕显示的膜材料的需求近年逐年迅速增长，主要与全球对智能电子产品(如智能手机、平板电脑)的高消费量密切相关。这些智能设备的液晶显示模块中大量使用了以双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯(BOPET)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)等为基材的光学功能薄膜，例如增亮膜、扩散膜、导电膜和反射膜等。

膜的光学性能直接决定了相关光学功能膜的质量。雾度和透光率通常是衡量薄膜光学质量优劣的最重要的两个性能：透光率表示光线透过介质的能力，指透过测试物体的光通量与其入射光通量的百分率；而雾度是指透射光偏离入射方向2.5°角以上的光通量占总透射光通量的百分数，雾度越大，说明材料内部结晶部分对光线传输的干扰越大。例如，当应用于农业覆膜及植物保护领域时，薄膜的透光率高时，有利于阳光的高效透入，从而提高植物的光合作用效率，增加农作物产量；当应用于电子产品领域时，薄膜的光学性能对液晶显示器的清晰度、亮度及色彩等性能产生重要影响(由于聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)属于半结晶性聚酯，聚合物聚集态中的结晶区域由于干扰光的传播会提高薄膜的雾度，加之其在制备过程中所添加的催化剂和抗氧化剂等添加剂也可能会对雾度值产生负面影响，从而影响显示屏的清晰度)。

上述传统膜材料的广泛应用得益于其较好的综合性能，如力学、热学和光学性能等。然而，目前绝大多数高分子材料的制备高度依赖传统石化能源，不仅消耗大量石油等不可再生资源，还造成高碳排放及严峻的温室效应。同时，众多聚合物品种由于难以在自然环境中降解，已经造成了巨大的环保压力，其物理崩解产生的微塑料正在严重污染土壤、河流、海洋以及整个食物链的安全。因而，开发生物可降解聚合物成为解决上述问题的重要途径之一。从材料的全生命周期评价来看，利用可再生资源，特别是生物质资源，制备功能性材料，并实现其废弃后的循环再生或者生物降解，是未来环境友好型材料的重要发展方向。

由于酯键的可水解性及微生物可侵蚀性，目前已知的生物可降解聚合物主要为聚酯高分子，包括聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和聚羟基丁酸酯等。上述聚合物的化学结构中多包含结构灵活、柔性高的脂肪烷烃片段，较聚烯烃类或者芳香族聚酯而言，其热学性能和力学强度均处于较低水平，使得单一聚合物难以作为薄膜材料使用，多需要利用共混改性、共聚改性、增塑改性以及复合改性等方法引入结构相对刚性的单体或聚合物单元来改善薄膜的综合性能。同时，上述生物可降解聚酯由于具有高含量柔性片段的化学结构特点，使得其通常具有高结晶度，应用在某些需要高透光率的应用领域时，需额外添加改性剂如多官能团化合物实现部分交联以降低其结晶度，增加透光率，然而交联的产生会使得聚合物粘度大幅度提高，从而对加工带来一定困难。