CN101608058A - 一种全降解仿纸材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全降解仿纸材料及其制备方法，该材料的主要成分是可生物降解的聚乳酸与淀粉，该仿纸材料的制备是将聚乳酸、淀粉，乙烯丙烯酸共聚物，羧甲基纤维素与聚己内酯混合，然后将其他预混好的反应助剂进行共混加工，再放料进入冷却混合机冷却，出料得到降解母料，该母料投入双螺杆挤出机进行熔融剪切与塑化造粒得到粒料，通过片材挤出设备，吹膜设备或流延设备加工制成所需全降解仿纸材料。本发明系全降解材料，安全无毒，成本较低；制备工艺简单，并具有良好的加工性能，可用作部分纸质材料的环保替代品。

Description

一种全降解仿纸材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种全降解仿纸材料及其制备方法，特别涉及一种以聚乳酸加淀粉为基料的全降解仿纸材料及其制备方法。

背景技术

塑料工业的迅速发展，一方面在丰富改善及方便了人们生活的同时，另一方面也给自然带来严重的污染，对时下人类的生存环境，提出了严峻考验。尤其是一次性购物袋的广泛应用，形成了日益严重的“白色污染”，不断侵蚀着地球生态。随着世界上绿色环保意识的不断增强，人们开始规范塑料制品的使用，世界各国也纷纷出台相关的“限塑”法规，来应对这场环境危机。另一方面，科研人员也在不断努力研究新型的可降解材料来代替传统的塑料，尤其是在一次性领域的使用。

传统的塑料是人工聚合的高分子材料，属于非降解物质。目前广义上的降解材料分几大类，一类是可降解或水解的塑料，其主要成分是天然可分解物质如淀粉，将其用于传统塑料改性后制成，该物质具有和原树脂相近的物理机械性能，且价格具有可比性，但由于仅仅是由于部分改性，实际上是不完全降解或部分降解，原树塑料成分并非完全降解，表现为外形的破碎或粒径的减小。

近年来广泛引起关注的另一类降解材料是通过生物发酵或人工合成的脂肪族聚酯或羟基酸酯聚合物及其共混成分，如PCL，PLA，PBS，PHB等，该类降解材料优点是可完全降解，但缺点是造价昂贵，通常为普通塑料的十几乃至几十倍，且有些物理参数如热塑性，延展性等不如传统树脂材料，使其加工受限。

市面上曾出现过用完全降解的天然纤维素材料制作的仿纸容器，但存在性能差，成本高的缺陷，应用有限。此外也见有用淀粉加塑料加工而成的仿纸材料，其性能强于天然纤维素材加工成的仿纸材料，但其降解不完全，且降解时间缓慢。同时，传统造纸行业同样属于能耗高，污染重，有时甚至比与石化高分子行业还严重，因此，上述材料均不是特别理想的仿纸替代材料。

发明内容

本发明目的在于公开一种全降解仿纸材料及其制备方法，本发明由如下技术方案实现。

一种全降解仿纸材料，仿纸材料的原料组份和重量比例为：

聚乳酸24～62重量份，淀粉20～58重量份，乙烯丙烯酸共聚物4～12重量份，羧甲基纤维素3～9重量份，聚己内酯1～4重量份。其他助剂成分：增容剂1.5～2.2重量份；增塑剂1.2～1.8重量份；抗氧剂0.4～0.9重量份；防水剂；0.5～1.2重量份；抗冻剂0.4～0.8重量份；脱膜剂0.1～0.7重量份；润滑剂0.6～1.1重量份。

其中，增容剂可以是乙二醇，二甘醇，丙二醇，山梨醇或甘油，优选乙二醇，山梨醇。增塑剂可以是邻苯二甲酸酯类，如邻苯二甲酸二辛酯(DOP)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)；或是磷酸酯类，如磷酸三甲苯酯TCP，磷酸甲苯二苯酯CDP；或是聚酯类，如己二酸丙二醇聚酯；优选DIDP或己二酸丙二醇聚酯。抗氧剂可以是2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯；或是β-(4-羟基苯基-3，5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯。防水剂可以是石蜡，微晶蜡，液蜡，优选液蜡。抗冻剂可以是甘油，复合甘油或环氧大豆油，优选环氧大豆油。脱模剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙。润滑剂可以为滑石粉或二氧化钛。

本发明上述全降解仿纸材料的制备方法为：

将聚乳酸、淀粉、乙烯丙烯酸共聚物和羧甲基纤维素加入高速混合机进行混合，运行时间为1～2分钟，高速混合机转速为280～320转/分钟，机内温度为95～120℃；再将其余原料加入高速混合机进行高速混合，运行时间为6～12分钟，高速混合机转速为600～800转/分钟；将混合原料进入冷却混合机冷却，运行时间为5～10分钟，冷却混合机的转速为50～100转/分钟；将冷却混合原料投入双螺杆挤出机，熔融剪切塑化造粒，双螺杆挤出机的螺杆转速为350～450转/分钟，剪切塑化温度为140～185℃，脱水排气、增压挤出、冷却即得全降解粒料。

根据实际需要，将降解仿纸粒料送入片材挤出机，吹膜机，流延机等成型设备，进行进一步塑化，增压，冷却牵引，收卷，得到不同规格的降解仿纸成品。

本发明以具有良好生物降解性能的聚乳酸加淀粉为主要成分，辅以羧甲基纤维素，在特定的温度、转速下混炼，通过物理与化学改性，进行分子结构修饰与自组复合，提高其适用性能使其达到耐水、耐油、耐渗漏、抗冲击度高、不变形、柔韧性强的特点，耐高温可达90～105℃、耐低温可达到零下15℃，其降解性能优于现有的淀粉加塑料的仿纸材料和纤维仿纸材料，是部分传统塑料或纸质制品的理想替代品，如一次性餐盒，托盘，可作为快餐行业包装的优选替代材料。本发明组分新颖，配料科学，制品简单，成本较低，适合大规模工业化生产，特别是无毒、无害，可完全生物降解，废弃后可用作堆肥，也可以作为蘑菇类适用菌或其他无土栽培物的培养基组份。本发明的仿纸材料耐水性、耐油性好，可热压成型，可广泛应用于制作各种一次性包装容器，如航空垃圾袋，小商品包装，银行现金袋等以及一次性食品容器，或其他制品。本发明的仿纸材料光洁度柔韧度好，适印性佳，还可以广泛作为各种广告印制载体等。

具体实施方式

实施例1：

聚乳酸60公斤，淀粉20公斤，乙烯丙烯酸共聚物7公斤，羧甲基纤维素5.5公斤，聚己内酯2.8公斤，山梨醇1.7公斤，己二酸丙二醇聚酯1.3公斤，2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)0.5公斤，液蜡0.8公斤，环氧大豆油0.5公斤，硬脂酸钙0.3公斤，滑石粉1.0公斤。

将聚乳酸、淀粉、乙烯丙烯酸共聚物，羧甲基纤维素和聚己内酯加入高速混合机进行混合，运行时间为2分钟，高速混合机转速为290转/分钟，机内温度为110℃；将其余预混好原料加入高速混合机进行高速混合，运行时间为7分钟，高速混合机转速为700转/分钟；放料进入冷却混合机进行冷却，运行时间为8分钟，冷却混合机转速为80转/分钟；即得到所需混合母料；将混合后母料送入由双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机的螺杆转速为360转/分钟，剪切塑化温度为180℃，脱水排气、增压挤出、冷却；将粒料送入片材挤出成型设备，塑化、增压挤出经三辊压光机、切边冷却牵引和收卷成品，成品厚度为0.30～0.35毫米。

实施例2：

聚乳酸50公斤，淀粉30公斤，乙烯丙烯酸共聚物8公斤，羧甲基纤维素7公斤，聚己内酯3.8公斤，山梨醇2.0公斤，磷酸三甲苯酯1.4公斤，2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)0.7公斤，石蜡1.1公斤，环氧大豆油0.7公斤，硬脂酸钙0.6公斤，滑石粉0.8公斤，

将聚乳酸、淀粉、乙烯丙烯酸共聚物和羧甲基纤维素加入高速混合机进行混合，运行时间为2分钟，高速混合机转速为295转/分钟，机内温度为105℃；再将其余预混原料加入高速混合机进行高速混合，运行时间为8分钟，高速混合机转速为700转/分钟；将混合原料进入冷却混合机冷却，运行时间为6分钟，冷却混合机的转速为80转/分钟；将冷却混合母料投入双螺杆挤出机，熔融剪切塑化造粒，双螺杆挤出机的螺杆转速为380转/分钟，剪切塑化温度为150℃，脱水排气、增压挤出、冷却；将原料送入片材挤出机成型设备，塑化、增压，冷却牵引，收卷成品，成品厚度为0.16～0.20毫米。

实施例3：

聚乳酸50公斤，淀粉22公斤，乙烯丙烯酸共聚物10公斤，羧甲基纤维素9公斤，聚己内酯3.2公斤，乙二醇1.8公斤，邻苯二甲酸二辛酯1.6公斤，三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.8公斤，液蜡0.9公斤，甘油或复合甘油0.7公斤，硬脂酸钙0.4公斤，滑石粉或二氧化钛0.8公斤。

将聚乳酸、淀粉、乙烯丙烯酸共聚物和羧甲基纤维素加入高速混合机进行混合，运行时间为1分钟，高速混合机转速为300转/分钟，机内温度为120℃；再将其余预混原料加入高速混合机进行高速混合，运行时间为9分钟，高速混合机转速为750转/分钟；将混合原料进入冷却混合机冷却，运行时间为9分钟，冷却混合机的转速为65转/分钟；将冷却混合母料投入双螺杆挤出机，熔融剪切塑化造粒，双螺杆挤出机的螺杆转速为420转/分钟，剪切塑化温度为160℃，脱水排气、增压挤出、冷却；将粒料送入吹膜设备或流延设备，塑化、增压，冷却牵引，收卷成品，成品厚度为0.10毫米。

Claims (10)

1、一种全降解仿纸材料，其特征在于该仿纸材料的原料组份和重量比例为：

聚乳酸24～62重量份，淀粉20～58重量份，乙烯丙烯酸共聚物4～12重量份，羧甲基纤维素3～9重量份，聚己内酯1～4重量份，其他助剂包括增容剂1.5～2.2重量份，增塑剂1.2～1.8重量份，抗氧剂0.4～0.9重量份，防水剂0.5～1.2重量份；抗冻剂0.4～0.8重量份，脱膜剂0.1～0.7重量份，润滑剂0.6～1.1重量份。

2、如权利要求1所述的全降解仿纸材料，其特征在于该仿纸材料的原料中，所述淀粉为玉米淀粉，稻麦淀粉，木薯淀粉，土豆淀粉或红薯淀粉。

3、如权利要求1所述的全降解仿纸材料，其特征在于该仿纸材料的原料中，增容剂是乙二醇，二甘醇，丙二醇，山梨醇或甘油中的一种；增塑剂是邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异癸酯、磷酸三甲苯酯，磷酸甲苯二苯酯或己二酸丙二醇聚酯中的一种或几种；抗氧剂是2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯或β-(4-羟基苯基-3，5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯中的一种；防水剂是石蜡，微晶蜡或液蜡；抗冻剂是甘油，复合甘油或环氧大豆油；脱模剂是硬脂酸锌或硬脂酸钙；润滑剂是滑石粉或二氧化钛。

4、如权利要求3所述的全降解仿纸材料，其特征在于该仿纸材料的原料为：

聚乳酸60重量份，淀粉20重量份，乙烯丙烯酸共聚物7重量份，羧甲基纤维素5.5重量份，聚己内酯2.8重量份，山梨醇1.7重量份，己二酸丙二醇聚酯1.3重量份，2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)0.5重量份，液蜡0.8重量份，环氧大豆油0.5重量份，硬脂酸钙0.3重量份，滑石粉1.0重量份。

5、如权利要求3所述的全降解仿纸材料，其特征在于该仿纸材料的原料为：

聚乳酸50重量份，淀粉30重量份，乙烯丙烯酸共聚物8重量份，羧甲基纤维素7重量份，聚己内酯3.8重量份，山梨醇2.0重量份，磷酸三甲苯酯1.4重量份，2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)0.7重量份，石蜡1.1重量份，环氧大豆油0.7重量份，硬脂酸钙0.6重量份，滑石粉0.8重量份。

6、如权利要求3所述的全降解仿纸材料，其特征在于该仿纸材料的原料为：

聚乳酸50重量份，淀粉22重量份，乙烯丙烯酸共聚物10重量份，羧甲基纤维素9重量份，聚己内酯3.2重量份，乙二醇1.8重量份，邻苯二甲酸二辛酯1.6重量份，三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.8重量份，液蜡0.9重量份，甘油或复合甘油0.7重量份，硬脂酸钙0.4重量份，滑石粉或二氧化钛0.8重量份。

7、如权利要求1-6所述的全降解仿纸材料，其特征在于，制备全降解仿纸材料的粒料方法为：

将聚乳酸、淀粉、乙烯丙烯酸共聚物和羧甲基纤维素加入高速混合机进行混合，运行时间为1～2分钟，高速混合机转速为280～320转/分钟，机内温度为95～120℃；再将其余原料加入高速混合机进行高速混合，运行时间为6～12分钟，高速混合机转速为600～800转/分钟；将混合原料进入冷却混合机冷却，运行时间为5～10分钟，冷却混合机的转速为50～100转/分钟；将冷却混合原料投入双螺杆挤出机，熔融剪切塑化造粒，双螺杆挤出机的螺杆转速为350～450转/分钟，剪切塑化温度为140～185℃，脱水排气、增压挤出、冷却即得全降解粒料。

8、如权利要求7所述的全降解仿纸材料的制备方法，其特征在于该方法为：

将聚乳酸、淀粉、乙烯丙烯酸共聚物和羧甲基纤维素加入高速混合机进行混合，运行时间为2分钟，高速混合机转速为290转/分钟，机内温度为110℃；将其余预混好原料加入高速混合机进行高速混合，运行时间为7分钟，高速混合机转速为700转/分钟；放料进入冷却混合机进行冷却，运行时间为8分钟，冷却混合机转速为80转/分钟；即得到所需混合母料；将混合后母料送入由双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机的螺杆转速为360转/分钟，剪切塑化温度为180℃，脱水排气、增压挤出、冷却；将粒料送入片材挤出成型设备，塑化、增压挤出经三辊压光机、切边冷却牵引和收卷成品，成品厚度为0.30～0.35毫米。

9、如权利要求7所述的全降解仿纸材料的制备方法，其特征在于该方法为：

将聚乳酸、淀粉、乙烯丙烯酸共聚物和羧甲基纤维素加入高速混合机进行混合，运行时间为2分钟，高速混合机转速为295转/分钟，机内温度为105℃；再将其余预混原料加入高速混合机进行高速混合，运行时间为8分钟，高速混合机转速为700转/分钟；将混合原料进入冷却混合机冷却，运行时间为6分钟，冷却混合机的转速为80转/分钟；将冷却混合母料投入双螺杆挤出机，熔融剪切塑化造粒，双螺杆挤出机的螺杆转速为380转/分钟，剪切塑化温度为150℃，脱水排气、增压挤出、冷却；将原料送入片材挤出机成型设备，塑化、增压，冷却牵引，收卷成品，成品厚度为0.16～0.20毫米。

10、如权利要求7所述的全降解仿纸材料的制备方法，其特征在于该方法为：

将聚乳酸、淀粉、乙烯丙烯酸共聚物和羧甲基纤维素加入高速混合机进行混合，运行时间为1分钟，高速混合机转速为300转/分钟，机内温度为120℃；再将其余预混原料加入高速混合机进行高速混合，运行时间为9分钟，高速混合机转速为750转/分钟；将混合原料进入冷却混合机冷却，运行时间为9分钟，冷却混合机的转速为65转/分钟；将冷却混合母料投入双螺杆挤出机，熔融剪切塑化造粒，双螺杆挤出机的螺杆转速为420转/分钟，剪切塑化温度为160℃，脱水排气、增压挤出、冷却；将粒料送入吹膜设备或流延设备，塑化、增压，冷却牵引，收卷成品，成品厚度为0.10毫米。