CN102241836A - 一种可完全生物降解材料及其生产工艺 - Google Patents

一种可完全生物降解材料及其生产工艺 Download PDF

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徐东
徐永
蔡少君
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Abstract

本发明涉及一种可完全生物降解材料，包含的成分及重量份数为：5-30份聚己内酯、10-60份聚乳酸、10-60份聚丁二酸丁二醇酯、8-75份复合变性淀粉、8-60份无机填料、2-17份分散/生物降解助剂、0.1-0.5份增塑剂。本发明还提供了该材料的生产工艺，它由聚己内酯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、复合变性淀粉、无机填料、分散/生物降解助剂、增塑剂、经搅拌混炼、同向平行双螺杆挤出造粒而成。本发明提供的生物降解材料结合了各成分的优点，满足市场上多种塑料制品，特别是工业、农业、医药及日用包装等领域制品的性能要求，是一种低成本、环境友好的生物降解材料。

Description

一种可完全生物降解材料及其生产工艺
技术领域
本发明涉及一种可完全生物降解材料及其生产工艺。
背景技术
随着科技的飞速发展，高分子材料已经渗透到人们生活的方方面面。但是，在高分子材料制品给我们的生活带来便利的同时，其废弃物的残留和不可降解也对生态环境造成了巨大的威胁。因此，在“环境保护”和“可持续发展”已然成为首要议题的今天，可生物降解材料的研发与工业化生产已成为研究热点之一。目前研究得较多的可生物降解高分子材料有聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)等等，国内外已有多家公司具备这几种聚酯的成熟生产工艺。但是由于其价格比较昂贵，以及部分性能还有待完善，使得这几种聚酯还不能为市场所广泛接受。所以，对以上材料的改性以达到关键性能指标并降低其成本，也就成为了现阶段可生物降解高分子材料的研究重点。
行业中对PCL、PLA及PBS的改性研究已取得了不少成果，但是其部分性能指标还是无法与非可生物降解材料相比，价格也无法接近通用高分子材料制品。这些都大大限制了改性可生物降解高分子材料的实用价值，使得现今可完全生物降解高分子材料制品仍然无法得到推广和量产。
发明内容
本发明提供了一种可完全生物降解材料及其生产工艺，为实现上述发明的目的，本发明是采用以下技术方案来解决的：
一种可完全生物降解材料，包含以下成分及重量份数：
聚己内酯            5-30份；
聚乳酸              10-60份；
聚丁二酸丁二醇酯    10-60份；
复合变性淀粉        8-75份；
无机填料            8-60份；
分散/生物降解助剂   2-17份；
增塑剂              0.1-0.5份。
优选的，所述聚己内酯的数均分子量4-6万。
优选的，所述聚乳酸的分子量为10-15万。
优选的，所述聚丁二酸丁二醇酯的分子量为5-10万。
优选的，所述复合变性淀粉是交联度为5-40％的羟烷基交联改性淀粉，或是取代度为0.07％-0.1％的羟烷基取代改性淀粉。
优选的，所述复合变性淀粉的细度为100-300目，水分含量≤7％。
优选的，所述无机填料是细度在3500目以上的蒙脱土、高岭土、碳酸钙、硫酸钡、滑石粉或云母中的至少一种。
优选的，所述分散/生物降解助剂为丙三醇和植物油。
优选的，所述分散/生物降解助剂中，丙三醇和植物油的质量份数比例为1∶1。
优选的，所述增塑剂是柠檬酸三丁酯、矿物油或乙酸甘油酯中的至少一种。
以及一种可完全生物降解材料的生产工艺，其生产工艺包含如下步骤：
(1)、在干燥设备中分别将聚己内酯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、复合变性淀粉和无机填料干燥至水分烘干。
(2)、取聚己内酯5-30份、聚乳酸10-60份、聚丁二酸丁二醇酯10-60份、复合变性淀粉8-75份、无机填料8-60份、分散/生物降解助剂2-17份、增塑剂0.1-0.5份。
(3)、将上述配比原材料中的复合变性淀粉加入到搅拌混炼机中，加入聚己内酯，使聚己内酯完全熔融到复合变性淀粉中；再加入聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、无机填料、分散/生物降解助剂和增塑剂，在常温下搅拌至混合均匀。
(4)、将混合后的原料加入到同向平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒。
(5)、将造好的粒料在干燥设备中干燥至水分烘干，包装制成共混生物降解材料。
优选的，所述步骤(3)中当搅拌混炼机搅拌温度到90-120℃时加入聚己内酯。
优选的，所述步骤(5)中干燥温度为60-80℃。
由以上技术方案可以看出，本发明采用可生物降解高分子材料PCL、PLA和PBS，与复合变性淀粉及无毒无害的无机填料和其他助剂，经有机复合共混得到可以在土壤、水域或厌氧条件下完全生物降解并可回收利用的环境友好生物降解材料。通过不同配比，能够很好地按要求对材料各方面性能进行调控，并由复合变性淀粉和无机填料的加入大大降低了成本，使得可完全生物降解高分子材料更具实用性。
具体实施方式
以下结合通过实验例以及实施例对本发明进行阐述，然而本发明的保护范围并非仅仅局限于以下实施例。所属技术领域的普通技术人员依据本发明公开的内容，均可实现本发明的目的。
一种可完全生物降解材料，所述可完全生物降解材料包含以下成分及重量份数：
聚己内酯            5-30份；
聚乳酸              10-60份；
聚丁二酸丁二醇酯    10-60份；
复合变性淀粉         8-75份；
无机填料             8-60份；
分散/生物降解助剂    2-17份；
增塑剂               0.1-0.5份。
其中所述聚己内酯的数均分子量4-6万；所述聚乳酸的分子量为10-15万；所述聚丁二酸丁二醇酯的分子量为5-10万；所述复合变性淀粉是交联度为5-40％的羟烷基交联改性淀粉，或是取代度为0.07％-0.1％的羟烷基取代改性淀粉；所述复合变性淀粉的细度为100-300目，水分含量≤7％；所述无机填料是细度在3500目以上的蒙脱土、高岭土、碳酸钙、硫酸钡、滑石粉或云母中的至少一种；所述分散/生物降解助剂为丙三醇和植物油；所述分散/生物降解助剂中，丙三醇和植物油的质量份数比例为1∶1；所述增塑剂是柠檬酸三丁酯、矿物油或乙酸甘油酯中的至少一种。
实施例一：
(1)、在干燥设备中分别将聚己内酯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、复合变性淀粉和无机填料干燥至水分烘干。
(2)、取Mn＝4万的聚己内酯5千克、Mn＝10万的聚乳酸10千克、Mn＝5万的聚丁二酸丁二醇酯10千克、复合变性淀粉8千克、无机填料8千克、分散/生物降解助剂2千克、增塑剂0.1千克。
(3)、将上述配比原材料中的复合变性淀粉加入到搅拌混炼机中，在搅拌温度到90℃时，加入聚己内酯，使聚己内酯完全熔融到复合变性淀粉中；再加入聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、无机填料、分散/生物降解助剂和增塑剂，在常温下搅拌至混合均匀。
(4)、将混合后的原料加入到同向平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒。
(5)、将造好的粒料在60℃的干燥设备中干燥至水分烘干，包装制成共混生物降解材料。
实施例二：
(1)、在干燥设备中分别将聚己内酯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、复合变性淀粉和无机填料干燥至水分烘干。
(2)、取Mn＝6万的聚己内酯30千克、Mn＝15万的聚乳酸60千克、Mn＝10万的聚丁二酸丁二醇酯60千克、复合变性淀粉75千克、无机填料60千克、分散/生物降解助剂17千克、增塑剂0.5千克。
(3)、将上述配比原材料中的复合变性淀粉加入到搅拌混炼机中，在搅拌温度到120℃时，加入聚己内酯，使聚己内酯完全熔融到复合变性淀粉中；再加入聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、无机填料、分散/生物降解助剂和增塑剂，在常温下搅拌至混合均匀。
(4)、将混合后的原料加入到同向平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒。
(5)、将造好的粒料在80℃的干燥设备中干燥至水分烘干，包装制成共混生物降解材料。
实施例三：
(1)、在干燥设备中分别将聚己内酯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、复合变性淀粉和无机填料干燥至水分烘干。
(2)、取Mn＝5万的聚己内酯20千克、Mn＝12万的聚乳酸40千克、Mn＝7万的聚丁二酸丁二醇酯40千克、复合变性淀粉55千克、无机填料40千克、分散/生物降解助剂12千克、增塑剂0.4千克。
(3)、将上述配比原材料中的复合变性淀粉加入到搅拌混炼机中，在搅拌温度到110℃时，加入聚己内酯，使聚己内酯完全熔融到复合变性淀粉中；再加入聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、无机填料、分散/生物降解助剂和增塑剂，在常温下搅拌至混合均匀。
(4)、将混合后的原料加入到同向平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒。
(5)、将造好的粒料在70℃的干燥设备中干燥至水分烘干，包装制成共混生物降解材料。
实施例四：
(1)、在干燥设备中分别将聚己内酯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、复合变性淀粉和无机填料干燥至水分烘干。
(2)、取Mn＝6万的聚己内酯25千克、Mn＝13万的聚乳酸35千克、Mn＝8万的聚丁二酸丁二醇酯45千克、复合变性淀粉45千克、无机填料35千克、分散/生物降解助剂13千克、增塑剂0.4千克。
(3)、将上述配比原材料中的复合变性淀粉加入到搅拌混炼机中，在搅拌温度到100℃时，加入聚己内酯，使聚己内酯完全熔融到复合变性淀粉中；再加入聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、无机填料、分散/生物降解助剂和增塑剂，在常温下搅拌至混合均匀。
(4)、将混合后的原料加入到同向平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒。
(5)、将造好的粒料在70℃的干燥设备中干燥至水分烘干，包装制成共混生物降解材料。
实施例五：
(1)、在干燥设备中分别将聚己内酯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、复合变性淀粉和无机填料干燥至水分烘干。
(2)、取Mn＝4万的聚己内酯25千克、Mn＝11万的聚乳酸30千克、Mn＝8万的聚丁二酸丁二醇酯30千克、复合变性淀粉35千克、无机填料25千克、分散/生物降解助剂10千克、增塑剂0.3千克。
(3)、将上述配比原材料中的复合变性淀粉加入到搅拌混炼机中，在搅拌温度到120℃时，加入聚己内酯，使聚己内酯完全熔融到复合变性淀粉中；再加入聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、无机填料、分散/生物降解助剂和增塑剂，在常温下搅拌至混合均匀。
(4)、将混合后的原料加入到同向平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒。
(5)、将造好的粒料在80℃的干燥设备中干燥至水分烘干，包装制成共混生物降解材料。
实施例六：
(1)、在干燥设备中分别将聚己内酯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、复合变性淀粉和无机填料干燥至水分烘干。
(2)、取Mn＝6万的聚己内酯15千克、Mn＝14万的聚乳酸30千克、Mn＝9万的聚丁二酸丁二醇酯30千克、复合变性淀粉24千克、无机填料24千克、分散/生物降解助剂6千克、增塑剂0.2千克。
(3)、将上述配比原材料中的复合变性淀粉加入到搅拌混炼机中，在搅拌温度到110℃时，加入聚己内酯，使聚己内酯完全熔融到复合变性淀粉中；再加入聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、无机填料、分散/生物降解助剂和增塑剂，在常温下搅拌至混合均匀。
(4)、将混合后的原料加入到同向平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒。
(5)、将造好的粒料在70℃的干燥设备中干燥至水分烘干，包装制成共混生物降解材料。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (13)

1.一种可完全生物降解材料，其特征在于：所述可完全生物降解材料包含以下成分及重量份数：
聚己内酯            5-30份；
聚乳酸              10-60份；
聚丁二酸丁二醇酯    10-60份；
复合变性淀粉        8-75份；
无机填料            8-60份；
分散/生物降解助剂   2-17份；
增塑剂              0.1-0.5份。
2.根据权利要求1所述的可完全生物降解材料，其特征在于：所述聚己内酯的分子量4-6万。
3.根据权利要求1所述的可完全生物降解材料，其特征在于：所述聚乳酸的分子量为10-15万。
4.根据权利要求1所述的可完全生物降解材料，其特征在于：所述聚丁二酸丁二醇酯的分子量为5-10万。
5.根据权利要求1所述的可完全生物降解材料，其特征在于：所述复合变性淀粉是交联度为5-40％的羟烷基交联改性淀粉，或是取代度为0.07％-0.1％的羟烷基取代改性淀粉。
6.根据权利要求1或权利要求5所述的可完全生物降解材料，其特征在于：所述复合变性淀粉的细度为100-300目，水分含量≤7％。
7.根据权利要求1所述的可完全生物降解材料，其特征在于：所述无机填料是细度在3500目以上的蒙脱土、高岭土、碳酸钙、硫酸钡、滑石粉或云母中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的可完全生物降解材料，其特征在于：所述分散/生物降解助剂为丙三醇和植物油。
9.根据权利要求1或权利要求8所述的可完全生物降解材料，其特征在于：所述分散/生物降解助剂中，丙三醇和植物油的质量份数比例为1∶1。
10.根据权利要求1所述的可完全生物降解材料，其特征在于：所述增塑剂是柠檬酸三丁酯、矿物油或乙酸甘油酯中的至少一种。
11.权利要求1所述的可完全生物降解材料的生产工艺，其特征在于生产工艺包含如下步骤：
(1)、在干燥设备中分别将聚己内酯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、复合变性淀粉和无机填料干燥至水分烘干。
(2)、取聚己内酯5-30份、聚乳酸10-60份、聚丁二酸丁二醇酯10-60份、复合变性淀粉8-75份、无机填料8-60份、分散/生物降解助剂2-17份、增塑剂0.1-0.5份。
(3)、将上述配比原材料中的复合变性淀粉加入到搅拌混炼机中，加入聚己内酯，使聚己内酯完全熔融到复合变性淀粉中；再加入聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、无机填料、分散/生物降解助剂和增塑剂，在常温下搅拌至混合均匀。
(4)、将混合后的原料加入到同向平行双螺杆挤出机中进行挤出造粒。
(5)、将造好的粒料在干燥设备中干燥至水分烘干，包装制成共混生物降解材料。
12.根据权利要求11所述的可完全生物降解材料的生产工艺，其特征在于：所述步骤(3)中当搅拌混炼机搅拌温度到90-120℃时加入聚己内酯。
13.根据权利要求11所述的可完全生物降解材料的生产工艺，其特征在于：所述步骤(5)中干燥温度为60-80℃。
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