CN105273376B - 一种生物降解材料及其制备方法与用途 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种生物降解材料及其制备方法以及其用于制备育苗容器中的用途。本发明所述生物降解材料由聚乳酸、无机粉体、淀粉、PBAT、羧甲基纤维素、聚己内酯以及助剂制备。制备的育苗容器具有耐水、耐油、耐渗漏、抗冲击度高、刚性强、柔韧性好的特点，耐温50℃以上、耐低温可达到零下15℃以下，其生物降解性能优于现有的淀粉加塑料材料和无纺布材料，是传统塑料或纸质育苗容器的理想替代品。

Description

一种生物降解材料及其制备方法与用途

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种生物降解材料、其制备方法以及其用于制备育苗容器中的用途。

背景技术

随着塑料工业的迅速发展，塑料育苗容器也大量应用，其在对农业、林业、花卉育苗规模化带来极大的方便的同时，也给自然带来严重的白色污染，使人类的生存环境面临严峻的考验。传统的塑料育苗容器由于使用后不能生物降解，因此只能通过焚烧进行处理，焚烧产生的有毒气体对空气和环境造成严重的污染。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，同时，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材料。

现有的代替塑料制作育苗容器的材料可选用生物降解的无纺布，但其存在性能差、成本高的缺陷，应用有限；也可选用淀粉加塑料加工而成的材料，虽然可以降解，但是降解不完全，且降解时间缓慢；而传统的造纸替代材料又能耗高、污染重的问题。因此，上述材料均不是特别理想的育苗容器替代材料。

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之一为可降解的塑料，其主要成分是天然可分解物质如淀粉或添加降解促进剂，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，但由于仅仅是部分改性，原树塑料成分并非完全降解，实际上只能不完全降解或部分降解，仅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，其优点是可完全降解，缺点是物理参数如热塑性、熔体强度、延展性等不如传统树脂材料，使其应用受限。

在此基础上，已逐渐开发出诸多性能改良的可降解材料，逐步满足了对其材料降解、热塑性及延展性等性能要求，但是就制备育苗容器之用而言，其需要容器具有耐水、耐油、耐渗漏、高抗冲击度、刚性强、柔韧性好等性能，现有的降解材料在此方面的性能依旧较差，并不能满足制备育苗容器的要求。尤其是，越来越多的育苗容器倾向于采用吹胀成型法制备，这对材料的抗冲击度、刚性及柔韧性均提出了更高的要求。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有的育苗容器成本高、应用有限、降解不完全、降解时间缓慢、污染重等问题，提供一种生物降解材料及其制备方法与在制备育苗容器中的用途。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明公开了一种生物降解材料，由如下重量份的组分制备而成：聚乳酸30-60份，无机粉体5-30份，淀粉5-15份，PBAT 10-30份，羧甲基纤维素3-9份，聚己内酯1-4份以及助剂0.1-13.4份。

优选的，所述的生物降解材料由如下重量份的组分制备而成：聚乳酸45-50份，无机粉体10-26份，淀粉10-14份，PBAT 15-20份，羧甲基纤维素5-7份，聚己内酯2-4份以及助剂8-9.7份。

所述助剂包括增容剂、增塑剂、扩链剂、抗氧剂、抗水解稳定剂、抗冻剂、脱膜剂或润滑剂中的至少一种。

所述助剂中，所述增容剂为1.5-2.2重量份，所述增塑剂为3-5重量份，所述扩链剂为0.5-1.5重量份，所述抗氧剂为0.4-0.9重量份，所述抗水解稳定剂为0.5-1.2重量份，所述抗冻剂为0.4-0.8重量份，所述脱膜剂为0.1-0.7重量份，所述润滑剂为0.6-1.1重量份。

所述淀粉选自玉米淀粉、稻麦淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉或红薯淀粉的一种或几种的混合物。

所述无机粉体选自碳酸钙、滑石粉、高岭土、云母粉的一种或几种的混合物。

所述助剂中：

所述增容剂选自乙二醇、二甘醇、丙二醇、山梨醇或甘油的一种或几种的混合物；

所述增塑剂选自柠檬酸三丁酯、柠檬酸三戊酯、柠檬酸三壬酯、乙酰柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三己酯、三醋酸甘油酯、脂肪酸甘油酯的一种或几种的混合物；

所述抗氧剂选自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)丙酸正十八碳醇酯的一种或几种的混合物；

所述扩链剂选自聚合型环氧官能化团化合物、苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、苯乙烯-丙烯睛-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物的一种或几种的混合物；

所述水解稳定剂选自碳亚二胺、异氰酸酯、唑啉、环氧化合物的一种或几种的混合物；

所述抗冻剂选自甘油、复合甘油或环氧大豆油的一种或几种的混合物；

所述脱模剂为硬脂酸锌和/或硬脂酸钙；

所述润滑剂选自硬脂酸、油酸、芥酸以及乙撑双硬脂酸酰胺的一种或几种的混合物。

本发明还提供了一种上述的生物降解材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将选定重量份的淀粉和无机粉体于95-120℃温度下混合均匀；

(2)将步骤(1)混匀的物料冷却至温度40℃以下，并加入选定重量份的聚乳酸、PBAT以及助剂进行混合；

(3)将步骤(2)混匀后的物料投入双螺杆挤出机，进行熔融剪切塑化造粒，控制所述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℃，增压挤出、冷却，即得所述的生物降解材料。

优选地，所述高速混合步骤的转速为280-320转/分钟，运行时间为10-20分钟；所述步骤(2)中，所述冷却步骤的转速为300-600转/分钟。

本发明还提供了上述的生物降解材料用于制备容器尤其是育苗容器的用途。

本发明还提供了一种可降解育苗容器，由如下重量份的组分制备而成：聚乳酸30-60份，无机粉体5-30份，淀粉5-15份，PBAT 10-30份，羧甲基纤维素3-9份，聚己内酯1-4份以及助剂0.1-13.4份。

本发明还提供了一种可降解育苗容器的制备方法，该方法为：

将上述的生物降解材料送入育苗容器成型设备，进行进一步塑化，挤出管坯，吹胀成型，码垛，冲孔，得到不同规格的降解育苗容器；或

将上述的生物降解材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，控制成品厚度为0.30-1.5毫米，通过吸塑机制成各种规格育苗盘。

本发明还提供了根据上述方法制备得到的育苗容器。

本发明以具有良好生物降解性能的聚乳酸、PBAT、淀粉为主要成分，辅以羧甲基纤维素及多种精选助剂，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、刚性强、柔韧性好的特点，达到耐温50℃以上、耐低温可达到零下15℃以下，其生物降解性能优于现有的淀粉加塑料材料和无纺布材料，是传统塑料或纸质育苗容器的理想替代品。

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，也可以根据植物生长特性可采取不剥离与苗木一起移栽。本发明的育苗容器材料有良好的柔韧性、断裂伸长率以及良好的拉伸强度也可以挤出片材吸塑成型，可广泛应用于制作各种育苗盘。

本发明生物降解育苗容器材料在共混改性后，有良好的加工性能，在现有育苗容器成型机就可完全实现自动化生产，大大降低成本。该材料成本与塑料基本持平，具有了竞争优势。

具体实施方式

实施例1

本实施例所述生物降解材料由如下组分制成：聚乳酸60kg，淀粉14kg，PBAT10kg，滑石粉5kg，羧甲基纤维素5kg，聚己内酯2kg，山梨醇1.5kg，柠檬酸三丁酯5kg，2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)0.4kg，碳亚二胺0.5kg，苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物0.5kg，硬脂酸0.5kg，芥酸0.5kg，环氧大豆油0.5kg，硬脂酸钙0.3kg。

本实施例生物降解降解育苗容器的制备方法包括以下步骤：将淀粉和滑石粉加入高速混合机进行混合，运行时间为10分钟，高速混合机转速为280转/分钟，机内温度为95℃；将滑石粉和淀粉的混合物料放入冷却混合机，冷却混合机的转速为300转/分钟将物料冷却至40℃以下，并加入聚乳酸、PBAT以及各种助剂，加入高速混合机进行高速混合；将冷却后的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转/分钟，剪切塑化温度为140℃，脱水排气、增压挤出、冷却即得生物降解粒料。

将粒料送入育苗容器成型设备，进行进一步塑化，挤出管坯，吹胀成型，码垛，冲孔，得到不同规格的降解育苗容器。或将粒料送人片材挤出成型设备，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毫米。通过吸塑机制成各种规格育苗盘。

实施例2

本实施例所述生物降解材料由如下组分制成：聚乳酸50kg，木薯淀粉14kg，PBAT15kg，滑石粉10kg，羧甲基纤维素5kg，聚己内酯2kg，山梨醇1.5kg，柠檬酸三丁酯4.5kg，2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)0.6kg，苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物0.5kg，碳亚二胺0.5kg，硬脂酸0.5kg，油酸0.6kg，环氧大豆油0.5kg，硬脂酸钙0.3kg。

本实施例生物降解降解育苗容器的制备方法包括以下步骤：将淀粉和滑石粉加入高速混合机进行混合，运行时间为20分钟，高速混合机转速为320转/分钟，机内温度为120℃；在滑石粉和淀粉放入冷却混合机，冷却混合机的转速为600转/分钟将物料冷却至40℃以下，并加入聚乳酸、PBAT以及各种助剂，加入高速混合机进行高速混合；将冷却后的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500转/分钟，剪切塑化温度为185℃，脱水排气、增压挤出、冷却即得生物降解粒料。

将所得的粒料送入育苗容器成型设备，进行进一步塑化，挤出管坯，吹胀成型，码垛，冲孔，得到不同规格的降解育苗容器。

实施例3

本实施例所述生物降解材料由如下组分制成：聚乳酸45kg，玉米淀粉5kg，PBAT20kg，碳酸钙26kg，羧甲基纤维素9kg，聚己内酯2kg，三醋酸甘油酯3kg，2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)0.9kg，苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物0.5kg，碳亚二胺0.5kg，环氧化合物2kg，硬脂酸0.5kg，乙撑双硬脂酸酰胺0.5kg，环氧大豆油0.5kg，硬脂酸钙0.3kg。

本实施例生物降解降解育苗容器的制备方法包括以下步骤：将淀粉和滑石粉加入高速混合机进行混合，运行时间为15分钟，高速混合机转速为300转/分钟，机内温度为105℃；在滑石粉和淀粉放入冷却混合机，冷却混合机的转速为450转/分钟将物料冷却至40℃以下，并加入聚乳酸、PBAT以及各种助剂，加入高速混合机进行高速混合；将冷却后的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400转/分钟，剪切塑化温度为160℃，脱水排气、增压挤出、冷却即得生物降解粒料。

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1.0毫米，通过吸塑机制成各种规格育苗盘。

实施例4

本实施例所述生物降解材料由如下组分制成：聚乳酸30kg，淀粉15kg，PBAT10kg，滑石粉30kg，羧甲基纤维素3kg，聚己内酯4kg，山梨醇1.5kg，柠檬酸三丁酯5kg，2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)0.4kg，碳亚二胺1.2kg，苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物0.5kg，硬脂酸0.55kg，芥酸0.55kg，环氧大豆油0.4kg，硬脂酸钙0.7kg。

本实施例生物降解降解育苗容器的制备方法包括以下步骤：将淀粉和滑石粉加入高速混合机进行混合，运行时间为10分钟，高速混合机转速为280转/分钟，机内温度为95℃；将滑石粉和淀粉的混合物料放入冷却混合机，冷却混合机的转速为300转/分钟将物料冷却至40℃以下，并加入聚乳酸、PBAT以及各种助剂，加入高速混合机进行高速混合；将冷却后的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转/分钟，剪切塑化温度为140℃，脱水排气、增压挤出、冷却即得生物降解粒料。

将粒料送入育苗容器成型设备，进行进一步塑化，挤出管坯，吹胀成型，码垛，冲孔，得到不同规格的降解育苗容器。或将粒料送人片材挤出成型设备，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1.5毫米。通过吸塑机制成各种规格育苗盘。

实施例5

本实施例所述生物降解材料由如下组分制成：聚乳酸60kg，淀粉5kg，PBAT30kg，滑石粉5kg，羧甲基纤维素9kg，聚己内酯1kg，山梨醇2.2kg，柠檬酸三丁酯3kg，2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)0.9kg，碳亚二胺0.5kg，苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物1.5kg，硬脂酸0.3kg，芥酸0.3kg，环氧大豆油0.8kg，硬脂酸钙0.1kg。

本实施例生物降解降解育苗容器的制备方法包括以下步骤：将淀粉和滑石粉加入高速混合机进行混合，运行时间为10分钟，高速混合机转速为280转/分钟，机内温度为95℃；将滑石粉和淀粉的混合物料放入冷却混合机，冷却混合机的转速为300转/分钟将物料冷却至40℃以下，并加入聚乳酸、PBAT以及各种助剂，加入高速混合机进行高速混合；将冷却后的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转/分钟，剪切塑化温度为140℃，脱水排气、增压挤出、冷却即得生物降解粒料。

将粒料送入育苗容器成型设备，进行进一步塑化，挤出管坯，吹胀成型，码垛，冲孔，得到不同规格的降解育苗容器。或将粒料送人片材挤出成型设备，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1.5毫米。通过吸塑机制成各种规格育苗盘。

效果例

对本发明实施例1-5制备的生物降解材料及其制品，根据《塑料性能测试方法国家标准》进行了如下性能测定，各样品性能均符合国家标准，具体结果如表1和表2所示。

表1 本发明制备的生物降解材料及其制品的主要性能参数表

注：表1中“维卡软化点温度”和“热变形温度”为对本发明制备的生物降解材料及其制品的3次测定结果。

表2 卫生指标

以上测试结果表明，本发明生物降解材料及其制品具有耐水、耐油、耐渗漏、抗冲击度高、刚性强、柔韧性好的特点。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种育苗容器由如下组分制成：聚乳酸60kg，淀粉14kg，PBAT 10kg，滑石粉5kg，羧甲基纤维素5kg，聚己内酯2kg，山梨醇1.5kg，柠檬酸三丁酯5kg，2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)0.4kg，碳亚二胺0.5kg，苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物0.5kg，硬脂酸0.5kg，芥酸0.5kg，环氧大豆油0.5kg，硬脂酸钙0.3kg。

2.一种育苗容器由如下组分制成：聚乳酸50kg，木薯淀粉14kg，PBAT 15kg，滑石粉10kg，羧甲基纤维素5kg，聚己内酯2kg，山梨醇1.5kg，柠檬酸三丁酯4.5kg，2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)0.6kg，苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物0.5kg，碳亚二胺0.5kg，硬脂酸0.5kg，油酸0.6kg，环氧大豆油0.5kg，硬脂酸钙0.3kg。

3.一种育苗容器由如下组分制成：聚乳酸45kg，玉米淀粉5kg，PBAT 20kg，碳酸钙26kg，羧甲基纤维素9kg，聚己内酯2kg，三醋酸甘油酯3kg，2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)0.9kg，苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物0.5kg，碳亚二胺0.5kg，环氧化合物2kg，硬脂酸0.5kg，乙撑双硬脂酸酰胺0.5kg，环氧大豆油0.5kg，硬脂酸钙0.3kg。

4.一种育苗容器由如下组分制成：聚乳酸30kg，淀粉15kg，PBAT 10kg，滑石粉30kg，羧甲基纤维素3kg，聚己内酯4kg，山梨醇1.5kg，柠檬酸三丁酯5kg，2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)0.4kg，碳亚二胺1.2kg，苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物0.5kg，硬脂酸0.55kg，芥酸0.55kg，环氧大豆油0.4kg，硬脂酸钙0.7kg。

5.一种育苗容器由如下组分制成：聚乳酸60kg，淀粉5kg，PBAT 30kg，滑石粉5kg，羧甲基纤维素9kg，聚己内酯1kg，山梨醇2.2kg，柠檬酸三丁酯3kg，2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)0.9kg，碳亚二胺0.5kg，苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物1.5kg，硬脂酸0.3kg，芥酸0.3kg，环氧大豆油0.8kg，硬脂酸钙0.1kg。