CN104861600A - 一种聚乳酸可降解复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种聚乳酸可降解复合材料，包括如下质量份的各组分，聚乳酸40-70份，填充料10-50份，甘油2-10份，抗氧剂0.2-2份。为了降低聚乳酸的制造成本，在制备时添加具有较好生物降解性的淀粉作为填充料，由于淀粉资源丰富、价格低廉并且颗粒细腻，因此可以降低聚乳酸的制造成本，但是由于淀粉的添加造成聚乳酸的力学性能不够理想，为了克服这一缺陷，添加纳米纤维素作为添加剂，由于纳米纤维素具有较强的机械强度，弥补了淀粉加入复合材料中导致的力学强度不足的缺点，使得填充较多量淀粉仍然保持较高的力学强度。

Description

一种聚乳酸可降解复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高分子复合材料及其制备方法，尤其涉及一种聚乳酸可降解复合材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)因具有生物可降解性、生物相容性、热塑性、易加工成型和优良的力学性能，而被广泛应用于多个领域，如生物医学方面等。然而，相对于工业上通用的聚合物，聚乳酸的生产成本较高。聚乳酸本身具有一些缺陷如它的力学性能、阻隔性能以及耐热性均较差致使聚乳酸的应用受到了限制。针对聚乳酸的这些缺点，人们开始对聚乳酸进行改性研究，目前应用较多的改性方法主要有共混改性法。但是很难达到理想的制造成本和使用性能。

有鉴于上述现有的聚乳酸制备存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型聚乳酸可降解复合材料及其制备方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的聚乳酸制备存在的缺陷，而提供一种新型聚乳酸可降解复合材料及其制备方法，提高力学性能，降低生产成本，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的聚乳酸可降解复合材料，包括如下质量份的各组分，

更进一步的，前述的聚乳酸可降解复合材料，所述填充料分别为10-30份淀粉和0-20份纳米纤维素。

更进一步的，前述的聚乳酸可降解复合材料，所述抗氧剂为四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯。

聚乳酸可降解复合材料的制备方法，包括如下步骤，

1)按比例称取各组分原料，烘干；

2)将烘干的各原料混合均匀；

3)造粒后切粒，干燥后得到目标产物。

更进一步的，前述的聚乳酸可降解复合材料的制备方法，1)中烘干温度为70℃，烘干24小时。

更进一步的，前述的聚乳酸可降解复合材料的制备方法，3)中造粒采用双螺杆挤出机挤出造粒。

更进一步的，前述的聚乳酸可降解复合材料的制备方法，挤出机螺杆温度为135℃-185℃。

更进一步的，前述的聚乳酸可降解复合材料的制备方法，3)中干燥温度为60℃。

借由上述技术方案，本发明聚乳酸可降解复合材料及其制备方法至少具有下列优点：

本发明聚乳酸可降解复合材料及其制备方法，为了降低聚乳酸的制造成本，在制备时添加具有较好生物降解性的淀粉作为填充料，由于淀粉资源丰富、价格低廉并且颗粒细腻，因此可以降低聚乳酸的制造成本，但是由于淀粉的添加造成聚乳酸的力学性能不够理想，为了克服这一缺陷，添加纳米纤维素作为添加剂，由于纳米纤维素具有较强的机械强度，弥补了淀粉加入复合材料中导致的力学强度不足的缺点，使得填充较多量淀粉仍然保持较高的力学强度。其降解速率可通过淀粉填充量进行调节。聚乳酸可降解复合材料生产成本有效降低，并且力学性能得到了保证，适合大规模的推广应用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,对依据本发明提出的聚乳酸可降解复合材料及其制备方法其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

实施例1

原料组分为：

将纳米纤维素、聚乳酸颗粒、淀粉在真空干燥箱70℃下干燥24小时，按照比例将干燥后的纳米纤维素、聚乳酸颗粒、淀粉、甘油、抗氧剂混合均匀。通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机螺杆温度分别为130℃、165℃、175℃、180℃、180℃、170℃，控制主螺杆转速为80r/min，喂料螺杆转速为10r/min，挤出物经冷却、切粒得到聚乳酸可降解复合材料。将制得的复合材料颗粒于60℃下真空干燥18h，即为目标产物。

实施例2

原料组分为：

将纳米纤维素、聚乳酸颗粒、淀粉在真空干燥箱70℃下干燥24小时，按照比例将干燥后的纳米纤维素、聚乳酸颗粒、淀粉、甘油、抗氧剂混合均匀。通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机螺杆温度为135℃、170℃、175℃、180℃、180℃、170℃，控制主螺杆转速为80r/min，喂料螺杆转速为10r/min，挤出物经冷却、切粒得到聚乳酸可降解复合材料。将制得的复合材料颗粒于60℃下真空干燥18h，即为目标产物。

实施例3

原料组分为：

将纳米纤维素、聚乳酸颗粒、淀粉在真空干燥箱70℃下干燥24小时，按照比例将干燥后的纳米纤维素、聚乳酸颗粒、淀粉、甘油、抗氧剂混合均匀。通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机螺杆温度分别为135℃、175℃、180℃、185℃、185℃、170℃，控制主螺杆转速为80r/min，喂料螺杆转速为10r/min，挤出物经冷却、切粒得到聚乳酸可降解复合材料。将制得的复合材料颗粒于60℃下真空干燥18h即为目标产物。

实施例4

原料组分为：

将纳米纤维素、聚乳酸颗粒、淀粉在真空干燥箱70℃下干燥24小时，按照比例将干燥后的纳米纤维素、聚乳酸颗粒、淀粉、甘油、抗氧剂混合均匀。通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机螺杆温度分别为135℃、170℃、180℃、185℃、185℃、165℃，控制主螺杆转速为80r/min，喂料螺杆转速为10r/min，挤出物经冷却、切粒得到聚乳酸可降解复合材料。将制得的复合材料颗粒于60℃下真空干燥18h即为目标产物。

试验一

力学性能测试：用XLW(L)-500N型PC型智能电子拉力试验机分别测出不同纳米纤维素含量复合材料的拉伸性能。塑料的拉伸强度和断裂伸长率测定参照GB/T 1040.1-2006的测试方法进行测试。测试速度为50mm/min。测5个平行样取平均值。拉伸强度(σ_t)按下式计算：

${\mathrm{\σ}}_t=\frac{P}{\mathrm{bd}}\left(\mathrm{Pa}\right)$

其中：P为最大破坏载荷(N)，b为试样宽度(m)，d为试样厚度(m)。

断裂伸长率(ξ_t)按下式计算：

${\mathrm{\ξ}}_t=\frac{L-L_0}{L_0}\×100\%$

其中：L₀为试样原有有效长度(mm)，L为试样断裂时的有效长度(mm)。实验结果如下表所示：

纳米纤维素/wt％	5	10	15	20
					拉伸强度/MPa	18.43	28.54	36.76	32.85
断裂伸长率/％	2.54	6.57	10.24	7.18

试验二

降解行为测试：在将注塑成型制备的长宽为30mm×30mm，厚约4mm的样条放入干燥箱90℃干燥24h除去水分，在分析天平上称重记录所有样品的质量。水浴锅加热至100℃保持温度恒定，分别放入盛有硫酸、水和NaOH溶液的烧杯，待烧杯内溶液温度恒定后，将样品分别放入PH值为3的硫酸溶液中，PH值为7的水中和PH值为11的NaOH溶液中进行水解，每隔两个小时取样一次，用蒸馏水清洗干净并干燥后测定质量损失。其降解率(Degradability)计算公式如下：

$\mathrm{De}\mathrm{grad}\mathrm{ability}\left(D\right)=\frac{W_0-W_t}{W_0}\×100\%$

其中：W₀为降解实验前的试样精确重量；W_t为降解实验后的试样精确重量。酸性条件下所得结果如下表所示：

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种聚乳酸可降解复合材料，其特征在于：包括如下质量份的各组分，

2.根据权利要求1所述的聚乳酸可降解复合材料，其特征在于：所述填充料分别为10-30份淀粉和0-20份纳米纤维素。

3.根据权利要求1所述的聚乳酸可降解复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯。

4.聚乳酸可降解复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，

1)按比例称取各组分原料，烘干；

2)将烘干的各原料混合均匀；

3)造粒后切粒，干燥后得到目标产物。

5.根据权利要求4所述的聚乳酸可降解复合材料的制备方法，其特征在于：1)中烘干温度为70℃，烘干24小时。

6.根据权利要求4所述的聚乳酸可降解复合材料的制备方法，其特征在于：3)中造粒采用双螺杆挤出机挤出造粒。

7.根据权利要求6所述的聚乳酸可降解复合材料的制备方法，其特征在于：挤出机螺杆温度为135℃-185℃。

8.根据权利要求4所述的聚乳酸可降解复合材料的制备方法，其特征在于：3)中干燥温度为60℃。