本發(fā)明屬于高分子材料加工領域，更具體的說涉及一種可生物降解的改性聚乳酸膠帶及其制備方法。

背景技術：

常見聚合物材料的廢棄物在給環(huán)境帶來負面影響外，除了本身不可自然降解，不良增塑劑和防老劑的使用進一步添加了其危害度。綠色材料的開發(fā)和研究將有助于緩解這些實際生產和應用中的問題。

綠色可降解材料來源廣泛、耗能低、易回收循環(huán)利用率高，在生產、使用、廢棄及回收利用處理過程中，可做到資源和能源的節(jié)約，廢棄后能以較快速度降解或再利用，不造成對生態(tài)平衡的破壞，同時這種材料對人體無害。生物質材料PLA和PBSA正是符合這些要求的理想材料之一。

聚乳酸(PLA)是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物，原料來源充分而且可以再生。PLA的生產過程無污染，而且產品可以生物降解，實現(xiàn)在自然界中的循環(huán)，因此是理想的綠色高分子材料。盡管PLA具有優(yōu)良的力學性能，但因脆性大而限制了其在許多方面的應用。丁二酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯共聚物(PBSA)是一種熱塑性脂肪族聚酯，具有可生物降解性，可熔融加工性，良好的機械性能、耐熱性和耐化學腐蝕性。

膠帶在人們日常生活中應用非常廣泛，隨著人們對環(huán)保意識的不斷增強，環(huán)保可降解型的膠帶研發(fā)也逐漸受到青睞?，F(xiàn)階段，國內對可降解膠帶的研發(fā)較少，市場上也少有較成熟的產品推出。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)將PBSA按一定質量比添加到PLA可有效改善PLA制備薄膜過程中存在的缺陷。納米纖維素由于其質輕且具有優(yōu)良的可生物降解性、可再生性，用其作為PLA的填充材料，可以提高PLA復合材料的力學性能和阻隔性能，并改善PLA的熱學性能及降解性能。此外，TPS的添加不僅降低了PLA材料產品的成本，更有可能進一步提高其降解速率。并且通過加入有機硅單體(KH570)及外加水性多異氰酸酯(GH)固化劑對丙烯酸酯壓敏膠改性，制備得到的膠粘劑的綜合性能相對最好。

本發(fā)明的目的是針對上述需求，提供一種可生物降解的改性聚乳酸膠帶，該新型膠帶選才合理，不僅安全可降解，還能滿足持黏性和剝離強度的要求。

本發(fā)明的另一目的是提供一種制備上述膠帶的方法。

為實現(xiàn)上述目的，針對聚乳酸自身的加工特性，選用PBSA、TPS及納米纖維素按一定質量比與其共混熔融進行改性，制備出混合材料以改善PLA加工中存在的缺陷。

本發(fā)明所述可降解的改性聚乳酸膠帶，其特征在于，所述的可降解膠帶包括基材層、膠黏劑層。所述的膠黏劑層位于基材層表面，所述的基材層為無毒、無污染的可降解混合材料，所述的膠黏劑為改性的耐高溫丙烯酸酯壓敏膠。

所述的基材為聚乳酸(PLA)、10-20％丁二酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯共聚物(PBSA)、0-3％納米纖維素和0-30％熱塑性淀粉(TPS)(均相對于PLA質量而言)，基材膜厚度為20μm-150μm，所述的膠黏劑為壓敏膠。改性PLA基材膜的制備工藝路線如附圖2所示。

所述的膠黏劑進一步選自改性耐高溫的壓敏膠，主要是采用半連續(xù)種子乳液聚合法，通過加入有機硅單體(KH570)及外加水性多異氰酸酯(GH)固化劑對丙烯酸酯壓敏膠改性，制備的一種改性丙烯酸酯壓敏膠。

本發(fā)明更優(yōu)選的改性耐高溫丙烯酸酯壓敏膠黏劑，其單體組成如下：

通過加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷及水性多異氰酸酯對丙烯酸酯壓敏膠改性得到。

本發(fā)明所述可降解膠帶的制備方法，步驟和條件如下：

第一步：制備改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑，該膠黏劑將進一步通過以下工藝獲得：

步驟1.將單體[60％丙烯酸丁酯(BA)、16％丙烯酸-2-乙基己酯(2-EHA)、12％醋酸乙烯酯(VAc)、4％丙烯酸羥乙酯(HEA)、8％丙烯酸(AA)、0～1％γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)、0.7％水性多異氰酸酯(GH)(相對于總單體質量而言)]、添加1.2％烷基酚聚氧乙烯醚/十二烷基硫酸鈉(OP-10/SDS)復配乳化劑到36％的去離子水(均相對于總單體質量而言)混合攪拌均勻，得到預乳化液；

步驟2.添加0.2％的NaHCO3到28％的去離子水(均相對于總單體質量而言)中配制緩沖溶液，加入到裝有冷凝管、溫度計、攪拌器和恒壓漏斗的四口燒瓶中，升溫至80℃，開始滴加1/3預乳化液和1/3引發(fā)劑(APS)，滴畢后保溫0.5h；

步驟3.同時滴加剩余的引發(fā)劑和含鏈轉移劑(NDM)的預乳化液[w(NDM)＝0.08％(相對于總單體質量而言)]，3～4h滴畢；

步驟4.升溫至85～90℃，保溫1～2h，降溫出料。

所述的改性丙烯酸酯壓敏膠安全環(huán)保，使用方便，該改性膠粘劑的綜合性能相對最好。

第二步：用ZBQ-4型涂膜器在改性PLA基材膜的表面涂布改性丙烯酸酯壓敏膠，得到涂布完膠黏劑的薄膜膠帶。

所述的改性PLA基材膜厚度為20μm-150μm；

第三步：涂布完膠黏劑的薄膜膠帶，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸膠帶。

本發(fā)明獲得如下有益效果

1、可降解改性聚乳酸膠帶具有可生物降解性，廢棄后堆肥處理，在自然環(huán)境下可降解為水和二氧化碳，對環(huán)境不造成威脅。

2、聚乳酸以玉米、小麥、土豆、甜菜等天然植物及其蓮、葉、根等有機廢棄物為原料，可經發(fā)酵聚合而制成，因此可替代不可再生的石油資源，節(jié)約能源。

3、可降解的改性聚乳酸膠帶毒性小，利于環(huán)保。

4、經改性的丙烯酸壓敏膠耐高溫且環(huán)保。

5、經改性的PLA基材膜相關性能有所改善，和純PLA基材膜相比，膜的拉伸強度和斷裂伸長率有所提升，其最大值分別為61.03MPa，4.1％；其次耐水性能也有所改善，耐水性R值最大可至0.97；分析共混基材的熱穩(wěn)定性能時發(fā)現(xiàn)其玻璃化轉變溫度變化不大，因此改性PLA基材膜的耐熱性比較穩(wěn)定；此外，基材中添加適量的熱塑性淀粉也加速了膠帶廢棄后的降解速率，相比不加淀粉的基材，其降解速率提高了1.2％。

6、所述的改性聚乳酸膠帶其最大剝離強度為0.32KN/m，膠合強度也達到最大值5.57MPa。常溫下也無脫膠，殘留膠現(xiàn)象。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例可降解的改性聚乳酸膠帶的剖視圖，該新型膠帶包括基材層和膠黏劑層，所述的基材層為無毒、無污染的可降解混合材料，所述的膠黏劑為可降解的改性丙烯酸酯壓敏膠。

圖2為改性PLA基材膜的制備工藝路線圖。

具體實施方式

實施例1：

在膜厚度為20μm的基材層[w(PBSA)＝10％、w(TPS)＝20％、w(納米纖維素)＝1％(均相對于PLA質量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑，膠黏劑的用量為20g/m2，得到涂布完膠黏劑的薄膜。

所述的改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.2％(均相對于總單體質量而言)；

涂布完膠黏劑的薄膜膠帶，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸膠帶。

實施例2：

在膜厚度為20μm的基材層[w(PBSA)＝10％、w(TPS)＝10％、w(納米纖維素)＝1％(均相對于PLA質量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑，膠黏劑的用量為40g/m2，得到涂布完膠黏劑的薄膜。

所述的改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.3％(均相對于總單體質量而言)；

涂布完膠黏劑的薄膜膠帶，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸膠帶。

實施例3：

在膜厚度為20μm的基材層[w(PBSA)＝20％、w(TPS)＝20％、w(納米纖維素)＝2％(均相對于PLA質量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑，膠黏劑的用量為20g/m2，得到涂布完膠黏劑的薄膜。

所述的改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.3％(均相對于總單體質量而言)；

涂布完膠黏劑的薄膜膠帶，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸膠帶。

實施例4：

在膜厚度為20μm的基材層[w(PBSA)＝20％、w(TPS)＝30％、w(納米纖維素)＝1％(均相對于PLA質量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑，膠黏劑的用量為40g/m2，得到涂布完膠黏劑的薄膜。

所述的改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.2％(均相對于總單體質量而言)；

涂布完膠黏劑的薄膜膠帶，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸膠帶。

實施例5：

在膜厚度為80μm的基材層[w(PBSA)＝10％、w(TPS)＝10％、w(納米纖維素)＝1％(均相對于PLA質量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑，膠黏劑的用量為20g/m2，得到涂布完膠黏劑的薄膜。

所述的改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.3％(均相對于總單體質量而言)；

涂布完膠黏劑的薄膜膠帶，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸膠帶。

實施例6：

在膜厚度為80μm的基材層[w(PBSA)＝10％、w(TPS)＝20％、w(納米纖維素)＝3％(均相對于PLA質量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑，膠黏劑的用量為40g/m2，得到涂布完膠黏劑的薄膜。

所述的改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.2％(均相對于總單體質量而言)；

涂布完膠黏劑的薄膜膠帶，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸膠帶。

實施例7：

在膜厚度為80μm的基材層[w(PBSA)＝20％、w(TPS)＝10％、w(納米纖維素)＝1％(均相對于PLA質量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑，膠黏劑的用量為20g/m2，得到涂布完膠黏劑的薄膜。

所述的改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.2％(均相對于總單體質量而言)；

涂布完膠黏劑的薄膜膠帶，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸膠帶。

實施例8：

在膜厚度為80μm的基材層[w(PBSA)＝20％、w(TPS)＝10％、w(納米纖維素)＝3％(均相對于PLA質量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑，膠黏劑的用量為40g/m2，得到涂布完膠黏劑的薄膜。

所述的改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.3％(均相對于總單體質量而言)；

涂布完膠黏劑的薄膜膠帶，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸膠帶。

實施例9：

在膜厚度為150μm的基材層[w(PBSA)＝10％、w(TPS)＝20％、w(納米纖維素)＝1％(均相對于PLA質量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑，膠黏劑的用量為20g/m2，得到涂布完膠黏劑的薄膜。

所述的改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.4％(均相對于總單體質量而言)；

涂布完膠黏劑的薄膜膠帶，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸膠帶。

實施例10：

在膜厚度為150μm的基材層[w(PBSA)＝10％、w(TPS)＝5％、w(納米纖維素)＝2％(均相對于PLA質量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑，膠黏劑的用量為40g/m2，得到涂布完膠黏劑的薄膜。

所述的改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.4％(均相對于總單體質量而言)；

涂布完膠黏劑的薄膜膠帶，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸膠帶。

實施例11：

在膜厚度為150μm的基材層[w(PBSA)＝20％、w(TPS)＝5％、w(納米纖維素)＝2％(均相對于PLA質量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑，膠黏劑的用量為20g/m2，得到涂布完膠黏劑的薄膜。

所述的改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.3％(均相對于總單體質量而言)；

涂布完膠黏劑的薄膜膠帶，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸膠帶。

實施例12：

在膜厚度為150μm的基材層[w(PBSA)＝20％、w(TPS)＝10％、w(納米纖維素)＝1％(均相對于PLA質量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑，膠黏劑的用量為40g/m2，得到涂布完膠黏劑的薄膜。

所述的改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.3％(均相對于總單體質量而言)；

涂布完膠黏劑的薄膜膠帶，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸膠帶。

實施例13：

在膜厚度為150μm的基材層[w(PBSA)＝20％、w(TPS)＝15％、w(納米纖維素)＝1％(均相對于PLA質量而言)]表面涂布改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑，膠黏劑的用量為20g/m2，得到涂布完膠黏劑的薄膜。

所述的改性丙烯酸酯壓敏膠膠黏劑中w(GH)＝0.7％、w(KH-570)＝0.4％(均相對于總單體質量而言)；

涂布完膠黏劑的薄膜膠帶，置于80℃烘箱烘烤4min，得到可完全降解的改性聚乳酸膠帶。

雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施方案對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。