一种制备可降解复合材料的方法、可降解复合材料和塑料膜

本发明涉及一种制备可降解复合材料的方法、可降解复合材料和塑料膜。

背景技术：

1、高分子材料凭借质轻、易加工、耐温、耐腐蚀等优异性能，广泛应用于高端制造、建筑节能、交通运输、食品包装等诸多核心领域，全面覆盖民众衣食住行场景，是现代社会不可或缺的基础材料。然而，高分子复合材料在自然条件下降解难度大，这些不可降解高分子材料的大规模普及与废弃，引发了全球性的塑料污染危机，成为制约生态可持续发展的核心难题。目前，全球累计生产的高分子材料中，仅9%可实现回收利用、12%通过焚烧处理，绝大部分废塑料直接填埋或进入自然环境。为遏制塑料污染蔓延，全球近90个国家和地区相继出台一次性不可降解塑料制品管控政策，为可降解高分子材料的研发与应用提供了明确的政策导向与市场需求。

2、可降解高分子材料是目前解决塑料污染问题、替代传统通用塑料的核心有效方法。但现阶段，可降解高分子材料的产业化推广与规模化应用仍存在显著瓶颈。目前主流的可降解高分子材料集中在聚酯高分子，主要为脂肪族聚酯，但是该类可降解聚酯分子结构中缺乏刚性芳香环，导致其力学性能、气体阻隔能力与耐热性能均显著低于pet、芳香尼龙、聚碳酸酯等传统高分子材料，性能短板进一步大幅限制了可降解聚酯的产业化应用场景与使用范围。

3、为解决可降解聚酯性能不足，源自海藻、玉米、纤维素等生物质的呋喃二甲酸成为极具应用潜力的改性单体，可有效弥补传统可降解聚酯的性能缺陷。呋喃二甲酸主要包含2,5-呋喃二甲酸、2,4-呋喃二甲酸和3,4-呋喃二甲酸三种类型，其中2,5-呋喃二甲酸（fdca）凭借优异的反应活性、热稳定性和链段刚性，成为目前研究最广泛、最受关注的呋喃二甲酸单体。但是2,5-呋喃二甲酸合成聚酯过程中，程序复杂且容易氧化变色等问题制约了其推广。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种以2,5-呋喃二甲酸为核心的高分子复合材料及其制备方法，结果现在该高分子复合材料有效地弥补了脂肪类高分子力学性能的缺陷，有效解决了传统可降解材料降解过程中碳排放量大的问题，兼顾了材料实用性能与生态环保性能。

2、根据本发明的一方面，提供一种制备可降解复合材料的方法，所述方法包括：

3、步骤（1），将1,4-丁二醇与呋喃二甲酸二甲酯按照摩尔比为1.5:1至2:1进行混合，并且在催化剂和抗氧化剂的作用下进行挤出，以得到呈颗粒形式的混合物；

4、步骤（2），将步骤（1）的呈颗粒形式的混合物与由式1表示的单体化合物按照质量比为5:1至15:1进行混合，并且在缩聚催化剂的作用下进行挤出，以得到呈颗粒形式的可降解复合材料，

5、其中，式1

6、，

7、在式1中，

8、a为或，

9、m选自于2、4、6和8。

10、根据本发明的实施例，步骤（1）中的催化剂可以包括钛酸四丁酯。

11、根据本发明的实施例，基于呈颗粒形式的混合物的总重量，步骤（1）中的催化剂的量可以在1‰至5‰的范围内。

12、根据本发明的实施例，步骤（1）中的抗氧化剂可以包括n,n'-1,6-己二基双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺]和三苯基磷酸酯中的至少一种。

13、根据本发明的实施例，基于呈颗粒形式的混合物的总重量，步骤（1）中的抗氧化剂的量可以在1‰至5‰的范围内。

14、根据本发明的实施例，可以在以下条件下进行步骤（1）中的挤出的步骤：绝压控制在0.002mpa至0.001mpa的范围内，进料段的温度控制在140℃至150℃的范围内，熔融段的温度控制在155℃至175℃的范围内，排气段的温度控制在178℃至185℃的范围内，机头的温度控制在175℃至180℃的范围内；螺杆转速控制在80r/min至120r/min的范围内。

15、根据本发明的实施例，步骤（2）中的缩聚催化剂可以包括三氧化二锑。

16、根据本发明的实施例，基于呈颗粒形式的可降解复合材料的总重量，步骤（2）中的缩聚催化剂的量可以在1‰至5‰的范围内。

17、根据本发明的实施例，所述方法还包括在步骤（2）中加入添加剂，所述添加剂包括硫酸钙。

18、根据本发明的实施例，基于呈颗粒形式的可降解复合材料的总重量，步骤（2）中的添加剂的量可以在5wt%至10wt%的范围内。

19、根据本发明的实施例，可以在以下条件下进行步骤（2）中的挤出的步骤：绝压控制在0.002mpa至0.001mpa的范围内，进料段的温度控制在170℃至190℃的范围内，熔融段的温度控制在170℃至190℃的范围内，排气段的温度控制在190℃至200℃的范围内，机头的温度控制在175℃至195℃的范围内；螺杆转速控制在80r/min至120r/min的范围内。

20、根据本发明的实施例，步骤（1）的呈颗粒形式的混合物与由式1表示的单体化合物的质量比可以在7:1至10:1的范围内。

21、根据本发明的另一方面，提供一种可降解复合材料，所述可降解复合材料通过如上所述的方法制备。

22、根据本发明的又一方面，提供一种塑料膜，所述塑料膜由如上所述的可降解复合材料形成。

23、根据本发明的实施例的制备可降解复合材料的方法及其通过方法得到的可降解复合材料有效地弥补了脂肪类高分子力学性能的缺陷，有效解决了传统可降解材料降解过程中碳排放量大的问题，兼顾了材料实用性能与生态环保性能。

1.一种制备可降解复合材料的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤（1）中的催化剂包括钛酸四丁酯，

3.根据要求1所述的方法，其中，步骤（1）中的抗氧化剂包括n,n'-1,6-己二基双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺]和三苯基磷酸酯中的至少一种，

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在以下条件下进行步骤（1）中的挤出的步骤：

5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤（2）中的缩聚催化剂包括三氧化二锑，

6.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括在步骤（2）加入添加剂，所述添加剂包括硫酸钙，

7.根据权利要求1所述的方法，其中，在以下条件下进行步骤（2）中的挤出的步骤：

8.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤（1）的呈颗粒形式的混合物与由式1表示的单体化合物的质量比在7:1至10:1的范围内。

9.一种可降解复合材料，所述可降解复合材料通过根据权利要求1至8中任一种所述的方法制备。

10.一种塑料膜，所述塑料膜通过根据权利要求9所述的可降解复合材料形成。