CN104877316A - 一种吸塑用聚乳酸复合材料片材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种吸塑用聚乳酸复合材料片材及其制备方法，包括如下质量分的各组分，聚乳酸50-80份，聚丁二酸丁二醇酯10-30份，淀粉10-30份，过氧化二苯甲酰0.5-1份，增塑剂6-30份，抗氧剂0.3-2份。本发明先分别通过熔融共混方法制备了热塑性淀粉颗粒，过氧化二苯甲酰(BPO)增粘改性聚乳酸(PLA)/聚丁二酸丁二醇酯(PBS)复合颗粒，再采用熔融挤出、压延成型制备得到吸塑用聚乳酸复合材料片材。相比于传统塑料，该种吸塑用聚乳酸复合材料具有理化性能优良、生物及化学降解性能好且降解时间可控、无毒无味、耐酸碱、防病菌、防紫外线、易加工成型及易降解生成对环境无害的CO₂和H₂O等优良性能。

Description

一种吸塑用聚乳酸复合材料片材及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚乳酸复合材料及其制备方法，尤其涉及一种吸塑用聚乳酸复合材料片材及其制备方法。

背景技术

塑料包装片材主要用于生产一次性塑料杯、盘、碗、碟、盒等热成型制品，广泛应用于食品、疏菜、水果、饮料、乳品、工业零件等领域的包装。随着国内需求的日益增长，包装塑料热成型片材用途也越来越广泛，用量也在逐年增加，前景看好。随着国家对环保的重视，适应生产的“环保降解片材生产线”已经能够成功向市场供应各类型的“降解片材”。用于制造包装制品的热塑性片材主要有传统的PE、PP、PS、PVC、PET等等，都是来自不可再生的石化类资源。上述几种材料大部分是聚烯烃类聚合物，属于非降解类材料。聚乳酸(PLA)和淀粉作为两种最具潜力的绿色可降解生物高分子，淀粉/PLA可生物降解复合材料的研究近年来受到了广泛关注。淀粉/PLA复合材料综合了PLA优良的性能以及淀粉低成木的优点，不仅能够部分替代传统石油基塑料，更拓展了淀粉的非食物用途，是一种极具开发前景的新型可降解塑料。PLA的分子支链数量少，熔体粘度和熔体强度低，熔体粘弹性差。为提高聚合物的熔体强度，人们做了许多尝试，结果证明，获得改性支化结构是解决此问题的一种有效途径。长链支化结构对聚合物的物理性能存在显著的影响，甚至很小量的支化结构就会导致聚合物的熔体和溶液流变性特、热性能、力学性能以及生物降解性能的巨大变化。淀粉作为一种天然高分子材料，用其作为塑料制品的原料可大大降低塑料工业对石油资源的依赖性。同时，用淀粉为原料制备的塑料产品在各种环境中都具备完全降解的能力。淀粉经过降解或灰化后，形成不会对土壤或空气造成毒害的CO₂和H₂O，并能够再次进入资源再生的循环。此外，开拓淀粉在塑料工业中的应用还有利于农村产业结构调整以及推动农业经济的发展。因此，如何制造成本合适，加工性能和使用性能都能满足现有要求，并且可生物降解的片材，一直是问题的关键所在。

有鉴于上述现有的可降解塑料存在的缺陷，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，以期创设一种新型吸塑用聚乳酸复合材料片材及其制备方法，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，克服现有的可降解塑料存在的缺陷，而提供一种新型吸塑用聚乳酸复合材料片材及其制备方法，提高使用性能，环境友好，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。依据本发明提出的吸塑用聚乳酸复合材料片材，包括如下质量分的各组分，

更进一步的，前述的吸塑用聚乳酸复合材料片材，所述增塑剂2-10份乙二醇、2-10份甘油和2-10份山梨醇三者的混合物。

更进一步的，前述的吸塑用聚乳酸复合材料片材，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。

吸塑用聚乳酸复合材料片材的制备方法，采用如下制备工艺，

(1)将淀粉和增塑剂混合均匀，混合物密封静置，经挤出成型后得到的颗粒干燥，即热塑性淀粉颗粒；

(2)将聚乳酸、抗氧剂和聚丁二酸丁二醇酯分别干燥，按比例将聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、过氧化二苯甲酰和抗氧剂在高速共混机中混合均匀，然后挤出造粒制得改性聚乳酸颗粒，并干燥处理；

(3)将(1)制得热塑性淀粉颗粒和(2)制得改性聚乳酸颗粒按照比例进行混合，密封静置，挤出造粒后，干燥得吸塑用聚乳酸复合粒料；

(4)将(3)制得的吸塑用聚乳酸复合粒料投入到流延机中，历经熔融、塑化、压延、牵引、冷却和收卷成型，制得吸塑用聚乳酸复合材料片材。

更进一步的，前述的吸塑用聚乳酸复合材料片材的制备方法，所述(1)中采用单螺杆挤出机挤出成型，螺杆温度为80℃-140℃，螺杆转速为160-240rpm。

更进一步的，前述的吸塑用聚乳酸复合材料片材的制备方法，所述(2)中采用同向双螺杆挤出机挤出造粒，螺杆温度为125℃-185℃，螺杆转速为160-250rpm。

更进一步的，前述的吸塑用聚乳酸复合材料片材的制备方法，所述吸塑用聚乳酸复合材料片材的厚度为0.2-1.2mm。

借由上述技术方案，本发明吸塑用聚乳酸复合材料片材及其制备方法至少具有下列优点：

本发明的吸塑用聚乳酸复合材料片材及其制备方法，其中聚乳酸(PLA)和淀粉是两种最具潜力的绿色可降解生物高分子，但聚乳酸(PLA)应用成本较高，韧性差，分子支链数量少，加工不稳定；由于淀粉的分解温度低于其熔解温度，所以淀粉必须通过一定的工艺使淀粉热塑性化，可以达到用于制造塑料材料的机械性能。本发明先分别通过熔融共混方法制备了热塑性淀粉颗粒，过氧化二苯甲酰(BPO)增粘改性聚乳酸(PLA)/聚丁二酸丁二醇酯(PBS)复合颗粒，再采用熔融挤出、压延成型制备得到吸塑用聚乳酸复合材料片材。相比于传统塑料，该种吸塑用聚乳酸复合材料具有理化性能优良、生物及化学降解性能好且降解时间可控、无毒无味、耐酸碱、防病菌、防紫外线、易加工成型及易降解生成对环境无害的CO₂和H₂O等优良性能。

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吸塑用聚乳酸复合材料片材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：

将淀粉和增塑剂按比例混合均匀。得到的混合物密封在塑料袋中储存。采用单螺杆挤出机挤出成型，挤出机螺杆温度为85℃，螺杆转速为160rpm。将制得的热塑性淀粉颗粒于室温下真空干燥12h。将PLA、抗氧剂于70℃下真空干燥15h，并真空冷却，PBS颗粒在普通鼓风干燥箱中60℃下干燥15h。按照比例将PLA、PBS、BPO及抗氧剂在高速共混机中混合均匀。然后利用同向双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机螺杆各段温度分别为：80℃、85℃、90℃、95℃、105℃、110℃、105℃，螺杆转速为180rpm。将制得的改性聚乳酸颗粒于60℃下真空干燥18h。将制得的热塑性淀粉颗粒和改性聚乳酸颗粒按照比例进行混合，密封在塑料袋中放置16h。然后利用同向双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机螺杆各段温度分别为：125℃、155℃、165℃、170℃、175℃、170℃、165℃，螺杆转速为180rpm。将制得的改性聚乳酸颗粒于60℃下真空干燥18h，即可得到吸塑用聚乳酸复合粒料。将制得的粒料投入到流延机中，调整模头和气刀参数，历经熔融，塑化，压延，牵引，冷却和收卷，制得厚度为0.35mm的吸塑用聚乳酸复合材料片材。

实施例2

原料组分为：

将淀粉和增塑剂按比例混合均匀。得到的混合物密封在塑料袋中储存。采用单螺杆挤出机挤出成型，挤出机螺杆温度为90℃，螺杆转速为180rpm。将制得的热塑性淀粉颗粒于室温下真空干燥12h。将PLA、抗氧剂于70℃下真空干燥15h，并真空冷却，PBS颗粒在普通鼓风干燥箱中60℃下干燥15h。按照比例将PLA、PBS、BPO及抗氧剂在高速共混机中混合均匀。然后利用同向双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机螺杆各段温度分别为：80℃、90℃、95℃、100℃、110℃、115℃、110℃，螺杆转速为200rpm。将制得的改性聚乳酸颗粒于60℃下真空干燥18h。将制得的热塑性淀粉颗粒和改性聚乳酸颗粒按照比例进行混合，密封在塑料袋中放置16h。然后利用同向双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机螺杆各段温度分别为：125℃、160℃、170℃、175℃、180℃、175℃、170℃，螺杆转速为200rpm。将制得的改性聚乳酸颗粒于60℃下真空干燥18h，即可得到吸塑用聚乳酸复合粒料。将制得的粒料投入到流延机中，调整模头和气刀参数，历经熔融，塑化，压延，牵引，冷却和收卷，制得厚度为0.50mm的吸塑用聚乳酸复合材料片材。

实施例3

原料组分为：

将淀粉和增塑剂按比例混合均匀。得到的混合物密封在塑料袋中储存。采用单螺杆挤出机挤出成型，挤出机螺杆温度为95℃，螺杆转速为200rpm。将制得的热塑性淀粉颗粒于室温下真空干燥12h。将PLA、抗氧剂于70℃下真空干燥15h，并真空冷却，PBS颗粒在普通鼓风干燥箱中60℃下干燥15h。按照比例将PLA、PBS、BPO及抗氧剂在高速共混机中混合均匀。然后利用同向双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机螺杆各段温度分别为：85℃、95℃、100℃、110℃、120℃、125℃、120℃，螺杆转速为220rpm。将制得的改性聚乳酸颗粒于60℃下真空干燥18h。将制得的热塑性淀粉颗粒和改性聚乳酸颗粒按照比例进行混合，密封在塑料袋中放置16h。然后利用同向双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机螺杆各段温度分别为：125℃、165℃、175℃、180℃、185℃、180℃、175℃，螺杆转速为220rpm。将制得的改性聚乳酸颗粒于60℃下真空干燥18h，即可得到吸塑用聚乳酸复合粒料。将制得的粒料投入到流延机中，调整模头和气刀参数，历经熔融，塑化，压延，牵引，冷却和收卷，制得厚度为0.75mm的吸塑用聚乳酸复合材料片材。

实施例4

原料组分为：

将淀粉和增塑剂按比例混合均匀。得到的混合物密封在塑料袋中储存。采用单螺杆挤出机挤出成型，挤出机螺杆温度为95℃，螺杆转速为220rpm。将制得的热塑性淀粉颗粒于室温下真空干燥12h。将PLA、抗氧剂于70℃下真空干燥15h，并真空冷却，PBS颗粒在普通鼓风干燥箱中60℃下干燥15h。按照比例将PLA、PBS、BPO及抗氧剂在高速共混机中混合均匀。然后利用同向双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机螺杆各段温度分别为：85℃、95℃、105℃、115℃、125℃、130℃、125℃，螺杆转速为240rpm。将制得的改性聚乳酸颗粒于60℃下真空干燥18h。将制得的热塑性淀粉颗粒和改性聚乳酸颗粒按照比例进行混合，密封在塑料袋中放置16h。然后利用同向双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机螺杆各段温度分别为：125℃、160℃、170℃、180℃、185℃、180℃、170℃，螺杆转速为240rpm。将制得的改性聚乳酸颗粒于60℃下真空干燥18h，即可得到吸塑用聚乳酸复合粒料。将制得的粒料投入到流延机中，调整模头和气刀参数，历经熔融，塑化，压延，牵引，冷却和收卷，制得厚度为1mm的吸塑用聚乳酸复合材料片材。

试验一

复合材料的拉伸强度测试：将所得吸塑用聚乳酸复合粒料在平板硫化仪中模压成型，得到100mm×20mm×5mm样条，在恒温、恒湿条件下置于拉力试验机上测试，拉伸速度l0mm/min，取5个样，求平均值，实验数据如下表所示：

试验二

酶解测试：将样品放入含有脂肪酶(1mg/mL)与磷酸缓冲液(PH＝7.2)的小玻璃瓶中，与37℃下恒温振荡培养，缓冲溶液每隔5天更换以保持酶的活力。定期取样，将样品用蒸馏水冲洗3遍，置于真空干燥箱中干燥备测，按下式计算其重量损失：

失重(％)＝(W_l-W₂)/W_l×l00％

实验结果如下表所示：

时间/周	失重率/％
		1	5
2	9
		3	12
4	16
		5	21
6	24
		7	26
8	28
		9	32

该种吸塑用聚乳酸复合具有理化性能优良、生物及化学降解性能好且降解时间可控、无毒无味、耐酸碱、防病菌、防紫外线、易加工成型及易降解生成对环境无害的CO₂和H₂O等优良性能，这些是传统塑料无法比拟的。

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 (7)

1.一种吸塑用聚乳酸复合材料片材，其特征在于：包括如下质量分的各组分，

2.根据权利要求1所述的吸塑用聚乳酸复合材料片材，其特征在于：所述增塑剂2-10份乙二醇、2-10份甘油和2-10份山梨醇三者的混合物。

3.根据权利要求1所述的吸塑用聚乳酸复合材料片材，其特征在于：所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。

4.吸塑用聚乳酸复合材料片材的制备方法，其特征在于：采用如下制备工艺，

(1)将淀粉和增塑剂混合均匀，混合物密封静置，经挤出成型后得到的颗粒干燥，即热塑性淀粉颗粒；

(2)将聚乳酸、抗氧剂和聚丁二酸丁二醇酯分别干燥，按比例将聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、过氧化二苯甲酰和抗氧剂在高速共混机中混合均匀，然后挤出造粒制得改性聚乳酸颗粒，并干燥处理；

(3)将(1)制得热塑性淀粉颗粒和(2)制得改性聚乳酸颗粒按照比例进行混合，密封静置，挤出造粒后，干燥得吸塑用聚乳酸复合粒料；

(4)将(3)制得的吸塑用聚乳酸复合粒料投入到流延机中，历经熔融、塑化、压延、牵引、冷却和收卷成型，制得吸塑用聚乳酸复合材料片材。

5.根据权利要求4所述的吸塑用聚乳酸复合材料片材的制备方法，其特征在于：所述(1)中采用单螺杆挤出机挤出成型，螺杆温度为80℃-140℃，螺杆转速为160-240rpm。

6.根据权利要求4所述的吸塑用聚乳酸复合材料片材的制备方法，其特征在于：所述(2)中采用同向双螺杆挤出机挤出造粒，螺杆温度为125℃-185℃，螺杆转速为160-250rpm。

7.根据权利要求4所述的吸塑用聚乳酸复合材料片材的制备方法，其特征在于：所述吸塑用聚乳酸复合材料片材的厚度为0.2-1.2mm。