[发明专利]一种可生物降解材料，花园水管

说明书

本发明涉及一般软管和软管的连接用具技术领域，尤其涉及一种可生物降解材料，花园水管。本发明利用聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯作为构成花园水管的可生物降解材料，并在聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯中加入纳米二氧化硅，以提高该材料的力学性能。同时利用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅表面进行改性以期提高其疏水性能，增加在聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯中的分散性，以进一步提高材料的力学性能；并且通过调控硅烷偶联剂的种类，包括氨丙基三乙氧基硅烷、γ‑缩水甘油醚氧丙基三氧基硅烷，及上述化合物的用量比例来进一步提高材料的韧性。

技术领域

本发明涉及一般软管和软管的连接用具技术领域，尤其涉及一种可生物降解材料，花园水管。

技术背景

花园水管以用于在园林种植过程中，对花草进行浇水的目的而被制备，花园水管一般由聚合物构成，在长期使用过程中会产生破裂而被丢弃，然而未被妥善处理的花园水管废弃聚合物，其降解周期在100-200年以上，常常造成大面积污染，也限制了此类花园水管制品的市场推广过程。

聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（Poly butyleneadipate-co-terephthalate，PBAT）是一种脂肪-芳香族共聚化合物，由己二酸、对苯二甲酸与1,4-丁二醇共聚而得，参考文献1中的研究指出，PBAT主链上含有多个酯键，是易被水解、光降解、微生物降解过程中进攻的位点，从而使其具有可生物降解的特性，此外，PBAT不具有毒性，其降解后的产物也不会对环境造成影响，并且降解产物可以作为肥料，对于农作物对于花园的观赏植物等的生长有好处，是一种理想的可降解聚合物材料。目前，巴斯夫欧洲公司（BASF）、伊士曼美国公司（Eastman Chemical）、万华化学集团股份有限公司（山东烟台）均致力于推出PBAT相关产品，例如BASF的Ecoflex^®等。

然而PBAT应用于花园水管面临以下挑战：a.可弯曲，以便于灌溉过程中的移动以及灌溉工作完成后的收纳过程；b.耐挤压，因其使用场景经常阻挡交通道路，会被过往的行人、车辆所挤压，需要自身具有一定程度的耐挤压特性才能满足正常使用；c.挤压后回弹，仅耐挤压的花园水管，若随后不能自我消除形变，则会影响水流通过，进而影响灌溉过程。传统的PBAT材料因保证其生物可降解性能，其聚合物中无定型结构（非晶态）比例较高，从而力学性能较差。

纳米二氧化硅（Nano-Silicon Dioxide，NSD），尺寸范围在1~100nm，粒径在0.3μm以下，且NSD纳米的分支状态呈三维链状结构，表面存在不饱和残键和不同键合状态的羟基。NSD作为纳米粉体，其体积效应和量子隧道效应使得其产生渗透作用，与PBAT共混后，可深入到PBAT高分子化合物的π键附近，与高分子化合物的电子云发生重叠，形成空间网状结构，从而大幅度提高了高分子材料的力学强度、韧性、耐磨性和耐老化性等。例如公开号为DE102014104307B4，公开日为2014-10-02的德国发明专利公开了一种软管内衬系统，包括具有内软管薄膜装置、设计为软管薄膜的外薄膜和软管薄膜装置布置在这两者之间并且具有反应性塑料树脂浸渍的载体材料，所述管状内膜装置含有PBAT，在所述管状内膜装置的一层或多层中的至少两层膜中的至少一层中至少添加了二氧化硅颗粒。然而，参考文献2中研究结果表明，NSD由于表面富含羟基，具有很强的亲水性，因此与PBAT的相容性不佳。

纤维素（Cellulose）是自然界中含量最丰富的有机物，是由葡萄糖通过β-D-（1-4）-糖苷键连接而成的聚合物，是植物界中细胞壁的主要成分。已有多种研究将纤维素与聚酯结合制备改性聚酯弹性体材料以提升柔韧性并提高弹性体的可生物降解程度，然而纤维素表面富含的羟基同样与PBAT相容性差，共混过程中容易发生缠结现象。

综上所述，通过调控NSD、纤维素和PBAT的相互作用来实现NSD在PBAT中的均匀分散，从而使制备的花园水管在保留生物可降解性能同时具有高韧性，是目前需要解决的技术问题。

参考文献1：Polymer Degradation and Stability, 2010, 95(2):99-107.