Page 81 - 《橡塑技术与装备》2025年2期

工艺与设备
PROCESS AND EQUIPMENTS

土壤表面覆盖，具有增温保墒、抑制杂草等并能生物 解性的相变薄膜。
降解的薄膜，符合国家标准《GB/T35795—2017 全生 以 2,5- 呋喃二甲酸、壳聚糖、丁二酸和乙二醇
物降解农用地面覆盖薄膜》要求。 共聚，并进一步添加石墨烯和二亚苄基山梨糖醇，加
基于聚合物为基础的相变材料，具有优异的机械 工制备性能优良的相变可降解地膜，具体工艺步骤如
性能，耐化学性和良好的热稳定性而被广泛的使用。 下：
比如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、尿素和 （1）可控共聚反应 ：先将 2,5- 呋喃二甲酸与壳
三聚氰胺甲醛等材料（UF 和 MF）。但是，据发现比 聚糖反应，再加入丁二酸和乙二醇反应，并进一步缩
如 UF 和 MF 在使用过程中会释放有害的甲醛。消除 聚得到可降解壳聚糖基共聚物 ；
甲醛又变成另一个难以解决的棘手问题。 （2）可控成型 ：将所得可降解壳聚糖基共聚物和
生物降解高分子材料具有可接受的物理和机械性 石墨烯、二亚苄基山梨糖醇共混，并挤出吹膜成型得
能、无毒性、生物可降解性、可再生性和易于加工性 到具有相变功能的可降解薄膜材料。
等，且与基于石油的聚合物相比所需的能量较少，可 （3）工艺条件为 ：先将 2,5- 呋喃二甲酸与壳
促进环境生态可持续性。壳聚糖是一种环境友好的天 聚 糖 在 室 温 下 保 持 12 h，110~130 ℃ 氮 气 保 护 反 应
然高分子材料，其产量丰富，价格低廉。壳聚糖自身 30~50 min，降温至 20~50 ℃，再加入丁二酸与过量
的分解温度低于熔融温度，所以壳聚糖不能熔融加工， 乙二醇，在 160~190 ℃反应至反应率达 93% 以 上。
限制了其应用。 进一步，将上述所得产品在 90~120 min 内减压至真
2.1.1 具有相变功能降解材料的优势 空度 100~150 Pa，200~220 ℃反应 1.5~2 h，得到可
新的材料配方针对可降解生物基材料的特性和应 降解壳聚糖基共聚物。
用需求，设计和开发新的材料配方，能够实现全生物 2,5- 呋喃二甲酸、壳聚糖、丁二酸与乙二醇的摩
质来源的材料，并能够改善降解速度、增强机械性能 尔比为 5:3-8:3-3.5:6-9，控制 2,5- 呋喃二甲酸、壳
和稳定性等。具有以下优点 聚糖的摩尔分数比有利于提高壳聚糖添加量，又保证
（1）提高相变温度和热容量 ：研究相变材料的物 后续顺利实现体系的熔融加工 ；控制乙二醇的相对重
理和化学性质，提高其相变温度和热容量，以适应不 量份数，有利于控制体系的相变焓。
同的应用需求。 乙二醇的添加量最高不能超过可控共聚反应体系
（2）实现可控释放 ：通过控制材料的相变温度和 总质量的 50%（质量分数 )。壳聚糖的质量最高不能
热容量，实现材料内部药物或其他物质的可控释放， 超过可控共聚反应体系总质量的 10%（质量分数 )。
以满足医疗和食品包装等领域的需求。 通过添加石墨烯和二亚苄基山梨糖醇形成母粒，再进
（3）提高材料的生物相容性 ：在保持材料相变功 一步加工，其中添加的石墨烯和二亚苄基山梨糖醇分
能的前提下，提高其生物相容性，减少对人体和环境 别作为成核剂和形成动态网络的作用，实现了壳聚糖
的不良影响。 共聚物的熔融成型加工为薄膜。其中，石墨烯的相对
（4）实现可大规模生产 ：在材料的配方和制备过 量控制在该混合体系总质量的 1%~5%（质量分数 )，
程中，考虑成本和生产规模的因素，实现可大规模生 二亚苄基山梨糖醇的相对量控制在该混合体系总质量
产，并满足应用需求。 的 3%~4%（质量分数 )。
（5）进一步应用研究 ：在实现基础功能的基础上， 在生物降解塑料的配方上，全部选用了可生物降
进一步开展相关应用研究，如医疗和食品包装等领域 解组份，使后续塑料制品能在 2~18 个月可控完全降解。
的实际应用情况，探索更广泛的应用领域。 具有很好的成膜性，且膜的强度相当好，在加入补强
2.1.2 新型具有相变功能的可降解生物材料 剂及增塑剂后，使主要后续膜的拉伸强度可达 20~36
与地膜的制备工艺 [4] MPa。
具有相变功能生物降解材料制备工艺 ：本工艺通 本工艺已在工业化生产设备上从混料机到造粒机
过共聚反应和可控加工的方法，实现壳聚糖熔融加工， 到吹塑机成功地进行了生产，能连续稳定的造粒，从
扩展了壳聚糖的应用范围，并制备了具有优良相变功 配方到生产工艺及设备选型一整套生产程序已基本定
能和降解性能的相变共聚物，进而制备出具有生物降 型，在技术上是成熟的。

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