本發明涉及復合薄膜領域，具體涉及一種阻隔性pbat復合薄膜及其制備方法與應用。
背景技術：
：隨著科學與社會的發展，環境和資源問題越來越受到人們的重視。以石油為原料的傳統塑料材料應用廣泛，但其使用后很難回收利用，大量塑料廢棄物因其不可降解性造成了嚴重的“白色污染”問題。目前使用的塑料薄膜其主要成分是聚乙烯、聚氯乙烯等，百年不降解，由此帶來的污染問題已嚴重制約了我國的可持續發展。因此，可生物降解尤其是完全生物降解塑料薄膜的發展具有重要意義。聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯(pbat)是一種聚酯類生物降解塑料，由己二酸丁二醇酯(pba)和對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)組成的共聚物。pbat兼具脂肪族聚酯(pba)的降解性能和芳香族聚酯(pbt)的力學性能，優秀的柔軟性和延展性使其適用于食品包裝和農用薄膜，是目前市場應用非常活躍的降解材料之一。但其分子結構上存在固有缺陷，導致其阻隔性較差，限制了其在包裝領域的應用和推廣。共混摻雜納米填料，尤其是納米片層填料填充聚合物體系，利用聚合物與填料良好的界面作用以及納米片層填料在聚合物基體中引起氣體滲透的“多路徑效應”或“納米阻隔墻”，可以有效地改善聚合物基體的阻隔性能，具有重要的應用意義。因此，通過一定的方法對層狀納米無機物及pbat改性，在提高層狀納米無機物與pbat基體相容性的同時，改善復合薄膜的水蒸氣阻隔性，最終制備得到兼具優異阻隔性和生物降解性的pbat/層狀納米無機物復合塑料薄膜，促進其廣泛地應用。技術實現要素：現有生物降解薄膜阻隔效果太差，極大的限制了應用，本發明提供了一種阻隔性pbat復合薄膜，該復合薄膜在保證完全生物降解的基礎上，有目的性地提高薄膜的阻隔性，完善其綜合性能，促進其在食品包裝、醫藥領域和農用地膜等方面的應用。本發明的另一目的在于提供上述完全生物降解的阻隔性pbat復合薄膜的制備方法。本發明的再一目的在于提供上述阻隔性pbat復合薄膜的應用。本發明的目的通過下述技術方案實現。一種阻隔性pbat復合薄膜，該復合薄膜的制備原料包括以下質量份的成分：優選的，所述的阻隔性pbat復合薄膜，與不含填料的純生物降解地膜相比，水蒸氣透過率減小。所述的阻隔性pbat復合薄膜，基體材料為pbat，是完全生物降解材料，最終降解產物為水和二氧化碳，對環境沒有污染傷害。優選的，所述的層狀納米無機填料為蒙脫土(mmt)、石墨(gs)、氧化石墨(go)、石墨烯、云母等，以及其相應的進一步改性產品。所述的阻隔性pbat復合薄膜填料的改性，包括十六烷基三甲基溴化銨(ctab)、十六烷基三甲基氯化銨(ctac)、十二烷基磺酸鈉(sds)、十八烷基胺(oda)等有機插層劑對蒙脫土、石墨、氧化石墨、石墨烯、云母等進行改性。優選的，所述的流平劑為有機硅類、丙烯酸酯類，如異佛爾酮、二丙酮醇、solvesso150、聚二甲基硅氧烷和聚甲基苯基硅氧烷等中的一種以上。優選的，所述的消泡劑為乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯復合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、單硬脂酸甘油酯、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷等中的一種以上。以上所述的一種阻隔性pbat復合薄膜的制備方法，包括以下步驟：將pbat粒料烘干，層狀納米無機填料烘干、研磨后，再加入流平劑、消泡劑、溶劑，溶解、攪拌，最后采用流延法制得阻隔性pbat復合薄膜。優選的，所述溶劑為chcl3和ch2cl2中的一種或兩種。優選的，所述攪拌的時間為2-5h。優選的，所述流延法為溶液流延法，在溶液流延法制備阻隔性pbat復合薄膜后，采用水洗的方法揭膜。優選的，所述流延法流延后，使溶劑在常溫下揮發干凈，得到阻隔性pbat復合薄膜。優選的，使用型號為ym11的透濕杯，通過蒸發法測定阻隔性pbat復合薄膜的水蒸氣透過率。以上所述的一種阻隔性pbat復合薄膜在包裝領域、農用地膜等中的應用。本發明相對于現有技術具有如下的優點及效果：本發明將層狀納米無機填料加入到pbat薄膜中，通過改變水蒸氣通過路徑達到阻隔的效果，操作簡單；采用溶液流延法制備薄膜，操作方便，實驗條件簡單，可行性高；采用ch2cl2全部或部分取代chcl3做溶劑，減少了常用流延法有機溶劑的毒性，提高了安全性；通過水洗法揭膜，減少了添加劑的用量，安全高效，保證了薄膜的完整性。附圖說明圖1為阻隔性pbat/ommt復合薄膜的透濕量曲線圖。圖2為阻隔性pbat/改性go復合薄膜的透濕量曲線圖。圖3為阻隔性pbat/云母復合薄膜的透濕量曲線圖。圖4為阻隔性pbat/mmt/gs復合薄膜的透濕量曲線圖。具體實施方式下面結合實施例與附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。實施例1阻隔性pbat/ommt復合薄膜，其原料見表1，制備方法如下：(1)ommt(有機蒙脫土)的制備：取mmt3g，ctab(十六烷基三甲基溴化銨)0.9g，100ml去離子水，依次加入250ml三口燒瓶中，60℃油浴攪拌12小時，然后離心洗滌，60℃干燥，研磨得到ommt；(2)將表1中的各原料在80℃烘箱中烘干4h；(3)準備5個250ml錐形瓶，依次編號為0、1、2、3、4，對應于不同的反應體系，分別加入相應的原料；(4)攪拌溶解5h；(5)待pbat完全溶解，ommt(有機蒙脫土)均勻分散時，將溶液流延在相應的玻璃模具上；(6)待溶劑ch2cl2完全揮發后，得到阻隔性pbat/ommt復合薄膜；(7)將玻璃板浸潤在自來水中，使制備的復合薄膜濕潤，然后輕輕將薄膜揭起；(8)將薄膜平整懸掛在通風處自然晾干，備用。表1測定本實施例所得薄膜的水蒸氣阻隔性能。水蒸氣阻隔性能的測試方法參照gb/t2679.3-1995，采用蒸發法，具體步驟如下：(1)取透濕杯5個，向清潔、干燥的杯體內注入10ml水。(2)將試樣測試面朝下放置在杯體上，裝上墊圈和壓環，旋上螺帽，再用乙烯膠帶從側面封住杯體、橡膠墊圈、壓環組成的試驗組合體。(3)將試驗組合體水平放置在已達到溫度為38℃，濕度為2％，氣流速度0.5m/s的試驗箱內，經過0.5h平衡后，按編號在箱逐一秤量，精確至0.001g。(4)經過1h的試驗后，再按同一順序秤量。如需在箱外秤量，秤量時環境溫度與規定的試驗溫度差異不大于3℃。試樣透濕量按下式計算：式中：wvt每平方米每天的透濕量，單位為g/(m2·d)δm同一試驗組合體二次秤量之差，單位為gs試樣試驗面積，單位為m2t試驗時間，單位為h實驗所得結果如圖1所示。pbat/ommt復合薄膜的透濕量數據如表2所示：表2樣品編號01234薄膜厚度/um1313131313ommt含量/wt％00.5123透濕量g/m2*24h1382.852883.5491081.0991042.0231084.717相對百分比/％036.1121.8224.6521.56根據實驗結果可知，ommt的加入，可以有效地提高pbat薄膜的水蒸氣阻隔性能。與純pbat薄膜的空白樣對比，不同量ommt的加入，使復合薄膜的水蒸氣透過率均在一定程度上明顯下降。其中，當ommt為pbat含量的0.5％時，水蒸氣阻隔效果最明顯，相對與空白樣下降36.11％，性能良好。實施例2阻隔性pbat/改性go復合薄膜，其原料見表3，制備方法如下：(1)改性go的制備：采用hummer氧化法制備得到go，取go3g，ctab(十六烷基三甲基溴化銨)0.9g，100ml去離子水，依次加入250ml三口燒瓶中，60℃油浴攪拌12小時，然后離心洗滌，60℃干燥，研磨得到改性go；(2)將表3中的各原料在60℃烘箱中烘干8h；(3)準備5個250ml錐形瓶，依次編號為0、1、2、3、4，對應于不同的反應體系，分別加入相應的原料；(4)攪拌溶解3h；(5)待pbat完全溶解，改性go均勻分散時，將溶液流延在相應的玻璃模具上；(6)待溶劑chcl3完全揮發后，得到阻隔性pbat/改性go復合薄膜；(7)將玻璃板浸潤在自來水中，使制備的復合薄膜濕潤，然后輕輕將薄膜揭起；(8)將薄膜平整懸掛在通風處自然晾干，備用。表3測定本實施例所得薄膜的水蒸氣阻隔性能，水蒸氣阻隔性能的測試方法同實施例1的，實驗所得結果如圖2所示。pbat/改性go復合薄膜的透濕量數據如表4所示：表4樣品編號01234薄膜厚度/um1112111212改性go含量/wt％00.5123透濕量g/m2*24h1293.8451110.0441232.3371079.6521068.074相對百分比/％014.214.7516.5517.45根據實驗結果可知，改性go的加入，可以有效地提高pbat薄膜的水蒸氣阻隔性能。與純pbat薄膜的空白樣對比，不同量改性go的加入，使復合薄膜的水蒸氣透過率均在一定程度上明顯下降。其中，當改性go為pbat含量的3％時，水蒸氣阻隔效果最明顯，相對與空白樣下降17.45％，性能良好。實施例3阻隔性pbat/云母復合薄膜，其原料見表5，制備方法如下：(1)將表5中的各原料在70℃烘箱中烘干5h；(2)準備4個250ml錐形瓶，依次編號為0、1、2、3，對應于不同的反應體系，分別加入相應的原料；(3)攪拌溶解2h；(4)待pbat完全溶解，云母均勻分散時，將溶液流延在相應的玻璃模具上；(5)待溶劑ch2cl2完全揮發后，得到阻隔性pbat/云母復合薄膜；(6)將玻璃板浸潤在自來水中，使制備的復合薄膜濕潤，然后輕輕將薄膜揭起；(7)將薄膜平整懸掛在通風處自然晾干，備用。表5測定本實施例所得薄膜的水蒸氣阻隔性能，水蒸氣阻隔性能的測試方法同實施例1的，實驗所得結果如圖3所示。pbat/云母復合薄膜的透濕量數據如表6所示：表6樣品編號0124薄膜厚度/um11121213云母含量/wt％00.5210透濕量g/m2*24h1364.9421046.5461108.0541143.331相對百分比/％023.3318.8216.24根據實驗結果可知，云母的加入，可以有效地提高pbat薄膜的水蒸氣阻隔性能。與純pbat薄膜的空白樣對比，不同量云母的加入，使復合薄膜的水蒸氣透過率均在一定程度上明顯下降。其中，當云母為pbat含量的0.5％時，水蒸氣阻隔效果最明顯，相對與空白樣下降23.33％，性能良好。實施例4阻隔性pbat/mmt/gs復合薄膜，其原料見表7，制備方法如下：(1)將表7中的各原料在80℃烘箱中烘干6h；(2)準備3個250ml錐形瓶，依次編號為0、1、2，對應于不同的反應體系，分別加入相應的原料；(3)攪拌溶解3h；(4)待pbat完全溶解，mmt和石墨粉(gs，8000目，麥克林)均勻分散時，將溶液流延在相應的玻璃模具上；(5)待溶劑完全揮發后，得到阻隔性pbat/mmt/gs復合薄膜；(6)將玻璃板浸潤在自來水中，使制備的復合薄膜濕潤，然后輕輕將薄膜揭起；(7)將薄膜平整懸掛在通風處自然晾干，備用。表7測定本實施例所得薄膜的水蒸氣阻隔性能，水蒸氣阻隔性能的測試方法同實施例1的，實驗所得結果如圖4所示。pbat/云母復合薄膜的透濕量數據如表8所示：表8樣品編號012薄膜厚度/um111212mmt+gs總含量/wt％048透濕量g/m2*24h1636.2011390.9721206.045相對百分比/％014.9926.29根據實驗結果可知，mmt和gs的共混加入，可以有效地提高pbat薄膜的水蒸氣阻隔性能。與純pbat薄膜的空白樣對比，不同量mmt和gs的加入，使復合薄膜的水蒸氣透過率均在一定程度上明顯下降。其中，當mmt和gs總量為pbat含量的8％時，水蒸氣阻隔效果最明顯，相對于空白樣下降26.29％，性能良好。當前第1頁12