本發(fā)明屬于材料和化工等技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種評估聚乳酸基三元可降解復合材料紫外老化降解規(guī)律的方法。

背景技術(shù)：

由于高分子材料質(zhì)輕、價廉及易成型的優(yōu)點，在日常生活及商業(yè)中被廣泛應用，使其消耗量激增。然而這些高分子材料多為不可再生的石油基高分子材料，依賴于石油資源且不易降解，這勢必加劇了石油資源短缺的危機，且其廢棄處理所帶來的環(huán)境問題也不容忽視。因此，研究開發(fā)綠色可生物降解的材料迫在眉睫。

聚乳酸(Polylactic Acid或Polylactide，縮寫：PLA)是一種生物可降解性聚酯，由天然可再生的生物質(zhì)經(jīng)過發(fā)酵、純化后得到，且其降解后的產(chǎn)物為水和二氧化碳，對環(huán)境沒有污染。因此，聚乳酸成為替代石油基塑料的最佳選擇之一。

聚乳酸雖然原料來源廣泛、性能優(yōu)良、可生物降解，但是也存在一定的缺點，如生產(chǎn)成本高、性脆、耐熱性差等，尤其是生產(chǎn)成本較高，嚴重限制了聚乳酸的應用發(fā)展。將聚乳酸與其他價格低廉的高分子進行共混是解決這一問題的有效途徑。淀粉、木粉為天然高分子，來源廣泛，價格低廉，且可完全生物降解，降解的產(chǎn)物無毒，將其與聚乳酸共混，不僅可以降低聚乳酸類材料的成本，還保證了產(chǎn)品的可生物降解性。

聚乳酸雖然為可生物降解高分子材料，但是在自然條件下的降解速率很慢，需要幾年甚至幾十年才能完全降解，這不利于其產(chǎn)品的廢棄回收利用。淀粉、木粉的降解速率要遠大于聚乳酸的降解速率，三者復合之后，可以大大提高聚乳酸的降解速率。

淀粉/木粉/聚乳酸復合材料在實際使用過程中，必然會暴露在外面，自然老化現(xiàn)象是不可避免的。自然老化現(xiàn)象的發(fā)生會影響復合材料的使用壽命，因此，有必要對淀粉/木粉/聚乳酸復合材料的老化降解規(guī)律進行研究。而采用人工紫外老化的方法則是一種快速有效的研究淀粉/木粉/聚乳酸復合材料降解規(guī)律的方法。對淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復合材料的紫外老化降解規(guī)律進行研究，不僅可以預測其耐久性，還可以指導調(diào)控淀粉/木粉/聚乳酸復合材料的老化降解速率。同時，這也是推進淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復合材料應用擴大化的研究熱點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，本發(fā)明提供了一種聚乳酸基三元可降解復合材料紫外老化降解規(guī)律的評估方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種聚乳酸基三元可降解復合材料紫外老化降解規(guī)律的評估方法，利用紫外老化的加速降解性，通過監(jiān)測不同老化降解時間后的淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復合材料的力學強度變化，得到力學強度與老化時間之間的關(guān)系，并對其進行擬合，得到一階指數(shù)衰減模型，以此評估聚乳酸基三元可降解復合材料的紫外老化降解規(guī)律。具體實施步驟如下：

一、將聚乳酸基三元可降解復合材料在紫外老化箱中進行紫外老化降解，然后分別在設(shè)定的時間段內(nèi)(300h)依次取出樣品，測試老化降解之后樣品的力學強度。

二、將步驟一中所得到的力學強度對降解時間進行作圖，得到力學強度變化與老化降解時間之間的關(guān)系曲線。

三、對步驟二中的關(guān)系曲線進行非線性擬合，以得到一階指數(shù)衰減函數(shù)，其函數(shù)表達式為：y＝y(tǒng)₀+A*e^(-x/t)，式中：y₀-截距，A-振幅，t-指數(shù)時間常數(shù)。

四、根據(jù)步驟三中得到的一階指數(shù)衰減函數(shù)評估聚乳酸基三元可降解復合材料的紫外老化降解規(guī)律。

上述方法中，所述的聚乳酸基三元可降解復合材料為淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復合材料，其制備方法如下：按比例稱取一定質(zhì)量的淀粉、木粉、聚乳酸，將三者充分混合均勻，將混合物料加入雙螺桿擠出機中進行熔融共混、造粒，再將顆粒狀的共混物加入單螺桿擠出機中擠出成型，得到一定規(guī)則尺寸的淀粉/木粉/聚乳酸三元復合材料樣條，其中：各組分所占的質(zhì)量百分比為：聚乳酸70％，淀粉：9～21％，木粉：9～21％。

上述方法中，所述紫外老化降解條件為：8h紫外和4h凝露為一個循環(huán)；紫外燈為UVA-340；紫外輻照度為0.89W/m²；輻照距離為50mm；紫外老化降解的總時間為900h。

上述方法中，所述力學強度為拉伸強度。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1、本發(fā)明縮短了評估聚乳酸老化降解所需的時間，簡單易行，對于不同成分的聚乳酸基聚合物均可以通過該方法來研究其降解規(guī)律，建立相關(guān)的函數(shù)關(guān)系。

2、聚乳酸基三元可降解復合材料紫外老化降解規(guī)律的評估為估測聚乳酸基復合材料的耐久性提供了一個可行的方法，同時也可以對調(diào)控聚乳酸基復合材料的老化降解速率起到指導作用。

附圖說明

圖1為淀粉/木粉/聚乳酸(9/21/70)三元可降解復合材料的拉伸強度與老化時間之間的非線性擬合函數(shù)曲線；

圖2為淀粉/木粉/聚乳酸(15/15/70)三元可降解復合材料的拉伸強度與老化時間之間的非線性擬合函數(shù)曲線；

圖3為淀粉/木粉/聚乳酸(21/9/70)三元可降解復合材料的拉伸強度與老化時間之間的非線性擬合函數(shù)曲線；

圖4為添加了15％甘油的淀粉/木粉/聚乳酸(21/9/70)三元可降解復合材料的拉伸強度與老化時間之間的非線性擬合函數(shù)曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。

實施例1

一種聚乳酸基三元可降解復合材料紫外老化降解規(guī)律的評估方法，主要包括以下步驟：

(1)按玉米淀粉9％、楊木粉21％、聚乳酸(牌號306D)70％的質(zhì)量百分比稱取三種原料，然后混合均勻，加入雙螺桿擠出機中進行共混、造粒，得到顆粒狀的混合樹脂，其中：雙螺桿擠出機各區(qū)的溫度控制在135℃～150℃～170℃～170℃～135℃，雙螺桿的長徑比為40:1。

(2)將步驟(1)中的樹脂顆粒加入單螺桿擠出機中進行擠出成型，得到一定規(guī)則尺寸的淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復合材料，其中：單螺桿擠出機各區(qū)的溫度控制在150℃～170℃～170℃～120℃，螺桿長徑比為25:1。

(3)將成型后的試樣放入紫外老化箱中，按照ASTM G154 cycle 1的標準設(shè)定紫外老化程序，紫外老化程序如表1所示，總時間為900h。

表1

(4)每經(jīng)過一定時間的老化降解之后(300h)，將老化后的產(chǎn)品取出，測試降解之后樣品的拉伸強度。

(5)將步驟(4)中的拉伸強度對老化時間進行作圖，得到力學強度與老化時間之間的關(guān)系曲線(圖1)。

(6)對步驟(5)中的強度與降解時間之間的關(guān)系曲線進行非線性擬合，得到相關(guān)性大于0.95的一階指數(shù)衰減函數(shù)關(guān)系，即：

y＝22.337*e^(-x/93.639)+23.809，R²＝0.9912；

(7)根據(jù)步驟(6)中得到的一階指數(shù)衰減函數(shù)可以評估淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復合材料的紫外老化降解速率，進一步估測其在自然老化條件下的使用壽命。

實施例2

一種聚乳酸基三元可降解復合材料紫外老化降解規(guī)律的評估方法，主要包括以下步驟：

(1)按玉米淀粉15％、楊木粉15％、聚乳酸(牌號306D)70％的質(zhì)量百分比稱取三種原料，然后混合均勻，加入雙螺桿擠出機中進行共混、造粒，得到顆粒狀的混合樹脂，其中：雙螺桿擠出機各區(qū)的溫度控制在135℃～150℃～170℃～170℃～135℃，雙螺桿的長徑比為40:1。

(2)將步驟(1)中的樹脂顆粒加入單螺桿擠出機中進行擠出成型，得到一定規(guī)則尺寸的淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復合材料，其中：單螺桿擠出機各區(qū)的溫度控制在150℃～170℃～170℃～120℃，螺桿長徑比為25:1。

(3)將成型后的試樣放入紫外老化箱中，按照ASTM G154 cycle 1的標準設(shè)定紫外老化程序，紫外老化程序如表1所示，總時間為900h。

(4)每經(jīng)過一定時間的老化降解之后(300h)，將老化后的產(chǎn)品取出，測試降解之后樣品的拉伸強度。

(5)將步驟(4)中的拉伸強度對老化時間進行作圖，得到力學強度與老化時間之間的關(guān)系曲線(圖2)。

(6)對步驟(5)中的強度與降解時間之間的關(guān)系曲線進行非線性擬合，得到相關(guān)性大于0.95的一階指數(shù)衰減函數(shù)關(guān)系，即：

y＝21.059*e^(-x/131.576)+24.357，R²＝0.9623；

(7)根據(jù)步驟(6)中得到的一階指數(shù)衰減函數(shù)可以評估淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復合材料的紫外老化降解速率，進一步估測其在自然老化條件下的使用壽命。

實施例3

一種聚乳酸基三元可降解復合材料紫外老化降解規(guī)律的評估方法，主要包括以下步驟：

(1)按玉米淀粉21％、楊木粉9％、聚乳酸(牌號306D)70％的質(zhì)量百分比稱取三種原料，然后混合均勻，加入雙螺桿擠出機中進行共混、造粒，得到顆粒狀的混合樹脂，其中：雙螺桿擠出機各區(qū)的溫度控制在135℃～150℃～170℃～170℃～135℃，雙螺桿的長徑比為40:1。

(2)將步驟(1)中的樹脂顆粒加入單螺桿擠出機中進行擠出成型，得到一定規(guī)則尺寸的淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復合材料，其中：單螺桿擠出機各區(qū)的溫度控制在150℃～170℃～170℃～120℃，螺桿長徑比為25:1。

(3)將成型后的試樣放入紫外老化箱中，按照ASTM G154 cycle 1的標準設(shè)定紫外老化程序，紫外老化程序如表1所示，總時間為900h。

(4)每經(jīng)過一定時間的老化降解之后(300h)，將老化后的產(chǎn)品取出，測試降解之后樣品的拉伸強度。

(5)將步驟(4)中的拉伸強度對老化時間進行作圖，得到力學強度與老化時間之間的關(guān)系曲線(圖3)。

(6)對步驟(5)中的強度與降解時間之間的關(guān)系曲線進行非線性擬合，得到相關(guān)性大于0.95的一階指數(shù)衰減函數(shù)關(guān)系，即：

y＝22.913*e^(-x/127.235)+21.867，R²＝0.9654；

(7)根據(jù)步驟(6)中得到的一階指數(shù)衰減函數(shù)可以評估淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復合材料的紫外老化降解速率，進一步估測其在自然老化條件下的使用壽命。

實施例4

一種聚乳酸基三元可降解復合材料紫外老化降解規(guī)律的評估方法，主要包括以下步驟：

(1)按玉米淀粉21％、楊木粉9％、聚乳酸(牌號306D)70％的質(zhì)量百分比稱取三種原料，并加入總質(zhì)量15％的甘油作為增塑劑，然后混合均勻，加入雙螺桿擠出機中進行共混、造粒，得到顆粒狀的混合樹脂，其中：雙螺桿擠出機各區(qū)的溫度控制在135℃～150℃～170℃～170℃～135℃，雙螺桿的長徑比為40:1。

(2)將步驟(1)中的樹脂顆粒加入單螺桿擠出機中進行擠出成型，得到一定規(guī)則尺寸的淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復合材料，其中：單螺桿擠出機各區(qū)的溫度控制在150℃～170℃～170℃～120℃，螺桿長徑比為25:1。

(3)將成型后的試樣放入紫外老化箱中，按照ASTM G154 cycle 1的標準設(shè)定紫外老化程序，紫外老化程序如表1所示，總時間為900h。

(4)每經(jīng)過一定時間的老化降解之后(300h)，將老化后的產(chǎn)品取出，測試降解之后樣品的拉伸強度。

(5)將步驟(4)中的拉伸強度對老化時間進行作圖，得到力學強度與老化時間之間的關(guān)系曲線(圖4)。

(6)對步驟(5)中的強度與降解時間之間的關(guān)系曲線進行非線性擬合，得到相關(guān)性大于0.95的一階指數(shù)衰減函數(shù)關(guān)系，即：

y＝22.720*e^(-x/141.383)+17.383，R²＝0.9997；

(7)根據(jù)步驟(6)中得到的一階指數(shù)衰減函數(shù)可以評估淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復合材料的紫外老化降解速率，進一步估測其在自然老化條件下的使用壽命。