[发明专利]β-环糊精接枝物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了β‑环糊精接枝物及其制备方法和应用。具体地，β‑环糊精葡萄糖单元中位于C6上的7个伯羟基中的至少2个到3个伯羟基与聚酯进行接枝反应，2个到5个伯羟基被醚化或酰化。β‑环糊精经接枝后不但能在生物降解聚酯中均匀分散，形成阻隔网络，并且葡萄糖单元的疏水化又减少了对水分的吸收，避免了水对生物降解聚酯的增塑和溶胀作用，因而与生物可降解聚酯共混后能大幅度降低地膜制品的降低水蒸气的透过率，克服了现有生物可降级地膜的性能缺陷，显示出了巨大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及β-环糊精与生物可降解聚酯的接枝和小分子的酰化与醚化反应，通过接枝反应提高环糊精与生物降解聚酯的相容性，通过与小分子的取代反应降低自身的亲水性。β-环糊精接枝物与生物可降解聚酯共混得以降低薄膜制品的水蒸气透过率，满足地膜对保湿保墒性能的要求。

背景技术

地膜是农业生产不可或缺的物质资料。地膜覆盖具有增温保墒、防病抗虫和抑制杂草等功能，使作物增产20-50％，提高了农业经济效益。目前地膜主要由低密度聚乙烯(LDPE)通过吹膜工艺制备，但聚乙烯地膜在田间由于紫外线降解、机械破坏等因素造成了大量遗留的残膜。大量残膜影响了土壤的透气性，阻碍了土壤水肥的运移，影响了土壤微生物活动，导致土壤结构破坏、耕地质量下降、影响了农作物根系的生长发育，导致作物减产以及农事操作受阻、次生环境污染等一系列问题，给农业生产和生态环境带来巨大的损失和危害，已成为阻碍农业可持续发展不可忽视的重大问题。目前世界上解决地膜污染的途径有两个，一是回收地膜，二是开发可降解地膜。地膜回收通常采用人工和机械回收的办法，但都无法彻底将残膜清理出来，且小的残膜碎片能在土壤中形成微细颗粒被作物吸收进入食物链，从而造成更为严重的后果。而生物可降解地膜能够实现普通聚乙烯地膜的功能，使用后能在堆肥、土壤、水和活化污泥等环境下被微生物或动植物体内的酶最终分解为二氧化碳和水，具有良好的生物相容性和生物可吸收性，对环境友好，是彻底解决农田残膜污染的最佳途径。

目前国内外已经实现产业化的生物可降解聚酯主要有：聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸(PHA)、聚碳酸亚丙酯(PPC)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)、聚己内酯(PCL)等。PLA和PHA强度高，但为典型的脆性材料，加之熔体强度低难于单独进行熔融吹膜加工，多作为共混组分提高薄膜的刚性，增加共混体系的生物基含量，如BASF公司推出的PBAT/PLA共混吹膜料PPC为完全非晶高分子材料，玻璃化转变温度约为35℃。因而在进行熔融吹膜加工时冷却速度慢，容易造成膜面间的粘合，开口性能差。此外PPC耐紫外性能差，在大田使用中易发生降解，使地膜发生早期开裂，丧失增温保墒功能；但PPC具有较好的气体阻隔性，可以作为薄膜的阻隔层使用。PBAT和PBS在加工性能上与LDPE相似，熔体强度高，特别适合熔融吹膜加工。PBAT和PBS相比具有更好的耐撕裂强度、更低的价格，因而在生物可降解购物袋、垃圾袋、农用地膜等领域得到了更多的应用。

材料的水蒸气透过率(WVTR)是决定地膜增温保墒功能重要指标，例如LDPE的WVTR值一般小于50g/m²·24h，而PBAT则大于1000g/m²·24h。过高的水蒸气透过率将导致地温降低，使种子发芽率低，生长速度慢，严重时还导致减产。因此在保持生物可降解特性的基础上，努力降低生物可降解地膜的WVTR值是实现生物可降解地膜替代LDPE地膜的关键技术之一。

目前性能优异的水蒸气阻隔材料主要有：聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、热致性液晶(LCP，)、PET、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、尼龙、石蜡等。但这些材料均不具有生物可降解性，而且成膜过程多采用流延工艺，设备与加工成本高，因此不适合作为水蒸气阻隔成分在生物可降解地膜中使用。