專利名稱：一種完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于高分子材料領(lǐng)域，特別涉及一種完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
聚乳酸(PLA)是一種以谷物淀粉為原料，經(jīng)生物發(fā)酵得到乳酸，再經(jīng)聚合反應(yīng)，最終得到聚乳酸樹脂。它有兩大優(yōu)點(diǎn):第一，可生物降解，在土壤中容易分解為一氧化碳和水，可被植物吸收，循環(huán)利用。第二，為非石油基塑料，來源于植物等可再生資源，在石油能源日趨緊張的情勢下，開發(fā)研究聚乳酸樹脂顯得尤為重要。聚乳酸本身的性能類似于通用塑料聚內(nèi)烯，如模量高、抗張強(qiáng)度大和可加工性能好。但是，聚乳酸的脆性嚴(yán)重，抗沖擊強(qiáng)度小于5KJ / m2，嚴(yán)重的限制了它的廣泛應(yīng)用。因此，針對聚乳酸的脆性嚴(yán)重的缺點(diǎn)，國內(nèi)外在積極地開展改性研究，采用多組分共混改性的方法提高聚乳酸的韌性是目前的主要技術(shù)手段，具有工藝簡單，效果明顯的優(yōu)點(diǎn)。目前市面上也存在著各種聚乳酸與傳統(tǒng)塑料混煉而成的生物降解材料，但由于提高其韌性需加入不少份量的傳統(tǒng)塑料成分，因此不能做到完全降解，實(shí)際上，有很多僅僅屬于表觀崩解而并非真正意義上的生物降解。因此如何使聚乳酸的韌性得到提高而又不影響其生物降解性能是擴(kuò)大聚乳酸應(yīng)用必須解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
綜上所述，本發(fā)明有必要提供一種完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料。進(jìn)一步地，還有必要提供一種所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料的制備方法。進(jìn)一步地，還有必要提供一種所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料的應(yīng)用。

一種完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料，所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料包括如下按重量份數(shù)計(jì)算的組分:高分子量聚乳酸100份；低分子量聚乳酸10 40份；生物降解共聚酯10 30份；增塑劑2 8份；無機(jī)填料5 20份；抗氧劑0.1 0.5份；潤滑劑0.1 1份；所述高分子量聚乳酸的重均分子量為10萬〈Mw彡20萬；所述低分子量聚乳酸的重均分子量為6萬< Mw < 10萬。一種完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料，所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料由如下按重量份數(shù)計(jì)算的組分組成:高分子量聚乳酸100份；低分子量聚乳酸IO 40份；
生物降解共聚酯10 30份；增塑劑2 8份；無機(jī)填料5 20份；抗氧劑0.1 0.5份；潤滑劑0.Γ1份；所述高分子量聚乳酸的重均分子量為10萬〈Mw彡20萬；所述低分子量聚乳酸的重均分子量為6萬< Mw < 10萬。其中，所述生物降解共聚酯可以為由二元羧酸單體與二元醇單體縮合反應(yīng)得到。其中，所述二元羧酸單體可以選自脂肪族二元酸、脂肪族二元酸的酯化衍生物、芳香族二元酸或芳香族二元酸的酯化衍生物中的任意一種或其組合；所述二元醇單體可以選自脂肪族二元醇。其中，所述二元羧酸單體中，可以含有2 22個(gè)碳原子。其中，所述二元醇單體中，可以含有2 22個(gè)碳原子。其中，所述生物降解共聚酯可以為聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、丁二酸丁二醇酯與己二酸丁二醇酯的共聚物(PBSA)或己二酸丁二醇酯與對苯二甲酸丁二醇酯的共聚物(PBAT)。所述PBS的 重均分子量沒有特別的限定，為本領(lǐng)域常用的PBS。通常地，其重均分子量Mw約在10 30萬之間。所述PBSA的重均分子量沒有特別的限定，為本領(lǐng)域常用的PBSA。通常地，其重均分子量Mw約在10 30萬之間。所述PBAT的分子量沒有特別的限定，為本領(lǐng)域常用的PBAT。通常地，其熔體流動(dòng)速率(MFR)為 2 8g/10min(190。C/2.16kg)。其中，所述增塑劑可以選自乙酰檸檬酸三正丁酯、檸檬酸三正丁酯、檸檬酸三乙酯或乙酰檸檬酸三乙酯中的任意一種或其組合。其中，所述無機(jī)填料可以選自碳酸鈣、滑石粉、二氧化硅、鈦白粉、高嶺土、硅藻土中的任意一種或其組合。其中，所述抗氧劑可以選自[β_ (3，5-二叔丁基-4-烴基苯基)丙酸]季戊四醇酯，2，2’-亞甲基-雙(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，亞磷酸4，4-二異叉雙酚(12-14)碳烷基酯，三(2，4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯中的任意一種或其組合。其中，所述潤滑劑可以選自硬酯酸、環(huán)氧大豆油、硬酯酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸鋅、金屬皂的高分子復(fù)合酯、乙撐雙硬脂酰胺、聚乙烯蠟中的任意一種或其組合。所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:按比例將高分子量聚乳酸、低分子量聚乳酸、生物降解共聚酯在混料機(jī)中混合，然后干燥，得到預(yù)混料；將預(yù)混料與增塑劑、無機(jī)填料、抗氧劑、潤滑劑在高混機(jī)中混合，得到混合料；將混合料喂入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融塑化、擠出、造粒即得所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料。其中，雙螺桿擠出機(jī)的設(shè)定溫度為:一區(qū):13(Tl50°C，二區(qū):16(Tl80°C，三區(qū):170^190°C,四區(qū):175 1951:，五區(qū):175 195°C，六區(qū):18(T200°C，七區(qū):180 200。。，八區(qū):180 200°C，九區(qū):18(T200°C，機(jī)頭:175_195°C，螺桿轉(zhuǎn)速:20(T400rpm。其中，所述雙螺桿擠出機(jī)可以為同向平行雙螺桿擠出機(jī)、異向平行雙螺桿擠出機(jī)或錐形雙螺桿擠出機(jī)。其中，所述雙螺桿擠出機(jī)的螺桿長徑比可以40:1、56:1或60:1。所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料在制備生物降解制品中的應(yīng)用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:( I)本發(fā)明所述的完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料，通過對組分的合理選擇，有效地提高了聚乳酸的抗沖擊強(qiáng) 度和拉伸斷裂伸長率，在不影響復(fù)合材料的降解特性的前提下，解決了聚乳酸脆性的嚴(yán)重缺陷，并且高分子量的聚乳酸和低分子量的聚乳酸的混合可以形成雙峰分子量分布，改善加工性能。(2)本發(fā)明選用高分子量聚乳酸與低分子量聚乳酸以一定比例復(fù)配使用，兩者都是聚乳酸，完全相容，高分子量的聚乳酸能夠保證產(chǎn)品的力學(xué)性能，而低分子量的聚乳酸又能保證它的易加工性能，且由于低分子量聚乳酸的加入，起了增塑劑的作用，使得完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料的玻璃化溫度降低，進(jìn)一步改善了復(fù)合材料的韌性。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合一些具體實(shí)施方式
對本發(fā)明所述的完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用做進(jìn)一步描述。具體實(shí)施例為進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明，非限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明所述實(shí)施例所用的物質(zhì)及其來源:高分子量聚乳酸-1:購自美國Natureworks公司，重均分子量為11萬。 高分子量聚乳酸-2:購自美國Natureworks公司，重均分子量為20萬。高分子量聚乳酸-3:購自美國Natureworks公司，重均分子量為40萬。低分子量聚乳酸-1:購自美國Natureworks公司，重均分子量為6萬。低分子量聚乳酸-2:購自美國Natureworks公司，重均分子量為10萬。低分子量聚乳酸-3:購自美國Natureworks公司，重均分子量為2萬。PBSA:Mw=14 15萬，日本昭和高分子公司。PBS:Mw=l(T20萬，安慶和興化工有限責(zé)任公司。PBAT:德國 BASF 公司，商品名 EcoflexO，MFR 為)3g/10min (190。C/2.16kg)。增塑劑、無機(jī)填料、抗氧劑、潤滑劑均為市售產(chǎn)品。本發(fā)明所述實(shí)施例所用的檢測方法或標(biāo)準(zhǔn)是:拉伸強(qiáng)度按IS0527標(biāo)準(zhǔn)測試；斷裂伸長率，按標(biāo)準(zhǔn)IS0527-2/5A/500測試，在23°C下進(jìn)行測試；懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度按IS0180標(biāo)準(zhǔn)測試，懸臂梁缺口的類型為A類缺口 ；實(shí)施例1飛按表I的配比，先將聚乳酸組分與生物降解共聚酯在混料機(jī)中混合，然后干燥，得到預(yù)混料；然后將預(yù)混料與增塑劑、無機(jī)填料、抗氧劑、潤滑劑在高混機(jī)中進(jìn)行機(jī)械共混5分鐘，然后喂入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融塑化、擠出、造粒得到實(shí)施例1飛所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料。
所述雙螺桿擠出機(jī)為同向平行雙螺桿擠出機(jī)，其設(shè)定溫度為:一區(qū):13(T15(TC，二區(qū):16(Tl80°C，三區(qū):17(Tl90°C，四區(qū):175 195°C，五區(qū):175 195°C，六區(qū):18(T200°C，七區(qū):180 200。。，八區(qū):18(T200°C，九區(qū):18(T200°C，機(jī)頭:175_195°C，螺桿轉(zhuǎn)速:300rpm。螺桿長徑比為40:1。表I
權(quán)利要求
1.一種完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于，所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料包括如下按重量份數(shù)計(jì)算的組分: 聞分子量聚乳酸 100份； 低分子量聚乳酸 1(Γ40份； 生物降解共聚酯 1(Γ30份； 增塑劑2 8份； 無機(jī)填料5 20份； 抗氧劑0.Γ0.5份； 潤滑劑0.Γ1份； 所述高分子量聚乳酸的重均分子量為10萬〈Mw彡20萬；所述低分子量聚乳酸的重均分子量為6萬< Mw < 10萬。
2.一種完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于，所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料由如下按重量份數(shù)計(jì)算的組分組成: 聞分子量聚乳酸 100份； 低分子量聚乳酸 1(Γ40份； 生物降解共聚酯 1(Γ30份； 增塑劑2 8份； 無機(jī)填料5 20份； 抗氧劑0.Γ0.5份； 潤滑劑0.Γ1份； 所述高分子量聚乳酸的重均分子量為10萬〈Mw彡20萬；所述低分子量聚乳酸的重均分子量為6萬< Mw < 10萬。
3.如權(quán)利要求1或2所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于，所述二元羧酸單體選自脂肪族二元酸、脂肪族二元酸的酯化衍生物、芳香族二元酸或芳香族二元酸的酯化衍生物中的任意一種或其組合； 所述二元醇單體選自脂肪族二元醇。
4.如權(quán)利要求3所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于，所述生物降解共聚酯為聚丁二酸丁二醇酯PBS、丁二酸丁二醇酯與己二酸丁二醇酯的共聚物PBSA或己二酸丁二醇酯與對苯二甲酸丁二醇酯的共聚物PBAT。
5.如權(quán)利要求1或2所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于，所述增塑劑選自乙酰檸檬酸三正丁酯、檸檬酸三正丁酯、檸檬酸三乙酯或乙酰檸檬酸三乙酯中的任意一種或其組合。
6.如權(quán)利要求1或2所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于，所述無機(jī)填料選自碳酸鈣、滑石粉、二氧化硅、鈦白粉、高嶺土、硅藻土中的任意一種或其組合。
7.如權(quán)利要求1或2所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于，所述抗氧劑選自[β- (3，5-二叔丁基-4-烴基苯基)丙酸)季戊四醇酯，2，2’-亞甲基-雙(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，亞磷酸4，4- 二異叉雙酚(12-14)碳烷基酯，三(2，4- 二叔丁基苯基)亞磷酸酯中的任意一種或其組合。
8.如權(quán)利要求1或2所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于，所述潤滑劑選自硬酯酸、環(huán)氧大豆油、硬酯酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸鋅、金屬皂的高分子復(fù)合酯、乙撐雙硬脂酰胺、聚乙烯蠟中的任意一種或其組合。
9.權(quán)利要求f8中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 按比例將高分子量聚乳酸、低分子量聚乳酸、生物降解共聚酯在混料機(jī)中混合，然后干燥，得到預(yù)混料； 將預(yù)混料與增塑劑、無機(jī)填料、抗氧劑、潤滑劑在高混機(jī)中混合，得到混合料； 將混合料喂入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融塑化、擠出、造粒即得所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料。
10.權(quán)利要求f8中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料在制備生物降解制品中的應(yīng) 用。
全文摘要
本發(fā)明公開一種完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料包括如下按重量份數(shù)計(jì)算的組分高分子量聚乳酸100份；低分子量聚乳酸10~40份；生物降解共聚酯10~30份；增塑劑2~5份；無機(jī)填料5~20份；抗氧劑0.1~0.5份；潤滑劑0.1~1份；所述高分子量聚乳酸的重均分子量為10萬<Mw≤20萬；所述低分子量聚乳酸的重均分子量為6萬≤Mw≤10萬。本發(fā)明所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料具有高韌性，其僅是通過對聚乳酸組成的合理復(fù)配即能實(shí)現(xiàn)，避免了降解材料為了滿足韌性而添加傳統(tǒng)塑料而導(dǎo)致降解性能下降的問題。本發(fā)明所述完全生物降解聚乳酸復(fù)合材料具有更廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C08L67/00GK103113727SQ20131004145
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者熊凱, 焦建, 鐘宇科, 苑仁旭, 趙巍, 徐依斌, 曾祥斌, 蔡彤旻, 夏世勇 申請人:金發(fā)科技股份有限公司, 上海金發(fā)科技發(fā)展有限公司, 珠海萬通化工有限公司