一种基于双螺杆共混-溶液浇铸定向成层的Zein/PBAT高阻隔复合膜及其制备方法与流程

本发明属于生物可降解高分子材料，具体涉及一种采用双螺杆共混与溶液浇铸定向成层协同工艺制备的zein/pbat高阻隔复合膜及其制备方法。

背景技术：

1、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯pbat是主流生物可降解高分子材料，具备良好柔韧性、延展性与加工成型性，在农用地膜、食品包装、生物医用材料等领域应用前景广阔。但纯pbat膜阻隔性能不足，水蒸气透过率（wvtr）通常高于150 g/(m2・day)，氧气透过率（otr）超过350 cm3/(m2・day・pa)，难以满足高阻隔使用要求。

2、目前行业内多通过添加无机填料对pbat进行共混改性，以提升其阻隔性能。天然植物蛋白玉米醇溶蛋白zein疏水基团丰富、阻水阻氧性能优异，是理想的有机生物基阻隔填料。然而，未改性zein直接与pbat熔融共混存在三大难题：

3、（1）界面相容性差：共混时易发生宏观相分离，无法形成连续阻隔网络；

4、（2）热加工稳定性不足：zein热变性温度约165 ℃，常规高温挤出易变性聚集；

5、（3）分散均匀性差：传统工艺易团聚形成缺陷通道，降低材料性能。

6、现有技术需对zein进行酶交联、化学改性等预处理，流程复杂、成本高、环保性差，制约规模化应用。因此，开发无需预改性、工艺简洁、高阻隔的pbat复合膜制备技术，成为本领域迫切需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种基于双螺杆共混-溶液浇铸定向成层的zein/pbat高阻隔复合膜及其制备方法。本发明采用低温高剪切熔融共混与溶剂诱导相分离协同工艺，配合环氧大豆油eso界面增容，无需对zein进行化学改性，即可实现zein在pbat基体中均匀分散，并定向形成zein连续阻隔层/pbat支撑层梯度结构，显著提升复合膜的水蒸气阻隔与氧气阻隔性能。

2、为解决现有技术存在的不足，本发明采取的技术方案为：

3、一种基于双螺杆共混-溶液浇铸定向成层的zein/pbat高阻隔复合膜的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）按比例称取未改性玉米醇溶蛋白zein粉末与聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯pbat颗粒，添加环氧大豆油eso作为增溶剂，混合均匀后备用；

5、（2）将步骤（1）所得混合物加入锥形同向双螺杆挤出机，在130–150 ℃、200-300rpm条件下进行熔融共混，物料停留时间3-5分钟，制得zein/pbat共混物；

6、（3）将zein/pbat共混物经造粒机切粒，获得zein均匀分散的zein/pbat母粒；

7、（4）称取定量zein/pbat母粒置于二氯甲烷溶剂中，持续搅拌4小时，制备zein/pbat母液；

8、（5）将zein/pbat母液浇铸至培养皿中，待二氯甲烷完全挥发后，形成“zein连续阻隔层/pbat支撑层”结构复合膜；

9、（6）对所得复合膜进行退火处理。

10、上述的基于双螺杆共混-溶液浇铸定向成层的zein/pbat高阻隔复合膜的制备方法，其步骤（1）中，未改性zein与pbat质量比（10–30）:80，zein粒径100目，eso添加量为pbat质量的6 wt%。

11、上述的基于双螺杆共混-溶液浇铸定向成层的zein/pbat高阻隔复合膜的制备方法，其步骤（2）挤出温度145 ℃，转速200 rpm，物料停留时间为3分钟。

12、上述的基于双螺杆共混-溶液浇铸定向成层的zein/pbat高阻隔复合膜的制备方法，其步骤（4）中，zein/pbat母粒与二氯甲烷质量比为1:20。

13、上述的基于双螺杆共混-溶液浇铸定向成层的zein/pbat高阻隔复合膜的制备方法，其步骤（5）在相对湿度≤30%、温度25 ℃条件下挥发24小时。

14、上述的基于双螺杆共混-溶液浇铸定向成层的zein/pbat高阻隔复合膜的制备方法，其步骤（6）退火温度78 ℃，时间10分钟。

15、一种基于双螺杆共混-溶液浇铸定向成层的zein/pbat高阻隔复合膜，其组分包括pbat、未改性zein、eso，各组分质量比为zein:pbat:eso=（10-30）:80:4.8。

16、上述基于双螺杆共混-溶液浇铸定向成层的zein/pbat高阻隔复合膜，其具有“zein连续阻隔层/pbat支撑层”定向梯度结构，最佳水蒸气透过率≥74.1 g/(m2・day)，氧气透过率≥172.7 cm3/(m2・24h・pa)。

17、有益效果

18、（1）阻隔性能大幅提升：高转速共混保证zein均匀分散，溶剂诱导形成连续阻隔层，低湿度挥发减少孔隙，wvtr≥74.1 g/(m2・day)，otr≥172.7 cm3/(m2・24h・pa)。

19、（2）工艺简化：无需zein化学改性，降低成本。

20、（3）工艺协同优势：双螺杆造粒解决分散与热变性问题，溶液浇铸精准构建梯度结构，适配工业化生产。

1.一种基于双螺杆共混-溶液浇铸定向成层的zein/pbat高阻隔复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，未改性zein粉末与pbat颗粒的质量比为（10–30）:80；未改性zein粉末粒径为100目；eso添加量为pbat质量的6 wt%。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，锥形同向双螺杆挤出机的加工温度为145 ℃，转速为200 rpm，物料停留时间为3分钟。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，zein/pbat母粒与二氯甲烷质量比为1:20。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，二氯甲烷在相对湿度≤30%、温度25 ℃条件下挥发24小时。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，退火温度为78 ℃，退火时间为10分钟。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法制备的zein/pbat高阻隔复合膜，其特征在于，组分包括pbat、未改性zein、eso，各组分质量比为zein:pbat:eso=（10-30）:80:4.8。

8.根据权利要求7所述的高阻隔复合膜，其特征在于，该复合膜具有“zein连续阻隔层/pbat支撑层”定向梯度结构，最佳水蒸气透过率≥74.1 g/(m2・day)，氧气透过率≥172.7cm3/(m2・24h・pa)。