CN105368017A - 一种高流动性的pla生物塑料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及塑料改性与加工技术领域，具体涉及一种聚乳酸生物塑料。一种高流动性的PLA生物塑料，配方为94.5％-98.8％的聚乳酸(190℃/2.16kg时的熔体流动速率为5g/10min-50g/10min)、1％-5％的引发剂、0.1％-0.5％的辅助添加剂；制备步骤为1)按配方称取原料；2)将称取的原料投入高速混合器中干混；3)混合原料送入双螺杆挤出机中熔融挤出、造粒，制得产品。由于采用上述技术方案，本发明的产品可生物降解，高流动性PLA使产品的成型加工稳定可靠，产品的性能和质量得到提升；产品废弃后的降解迅速无污染，具有环保意义；且生产成本低廉，工艺简单，易于推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及塑料改性与加工技术领域，具体涉及一种聚乳酸生物塑料。
背景技术
生物塑料是以淀粉等天然物质为基础在微生物作用下生成的塑料，具有可再生性，在不可再生资源越用越少的现代，人们的资源利用和环保意识逐渐上升，因此对于具有环保意义的可生物降解材料的关注度也越来越高。生物塑料不仅具有上述自身特性，对于人类肌体的适应性也非常好，在使用过程中的安全性大大优于传统塑料制品。聚乳酸是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源所提取的淀粉原料制成，是一种可完全降解、对环境友好的脂肪族聚酯类高分子材料。制备时，淀粉原料经由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌种发酵制成高纯度的乳酸，再通过化学合成方法合成一定分子量的聚乳酸。聚乳酸制品在废弃后能在微生物、水、酸、碱等自然作用下完全分解，最终产物是二氧化碳和水，掩埋处理后降解产物直接进入土壤有机质或者被植物吸收，不会因为排入空气而造成温室效应，对环境无毒无害。同时它又是一种热塑性聚合物，具有良好的热稳定性和相容性，它的物理机械性能介于聚苯乙烯、聚酯之间，加工方便，利用常规塑料加工设备通过挤出、注射、纺丝、吹塑等加工方法制造成型。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，还具有较好的生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性，因此用途十分广泛，可用作包装材料、纤维和非织造物等，主要用于服装(包括内衣、外衣)、产业(包括建筑、农业、林业、造纸)和医疗卫生等领域。目前全世界都关注环保问题，可降解可再生材料为未来发展方向，而聚乳酸作为可完全降解的材料也势必引起市场的关注。
传统的生物塑料优点不少，但是缺点也很明显，制备成本高、生产工序较多、工艺复杂、制备效率低，产品降解速度较慢、软化点较低及亲水性较差，这些缺点制约着生物塑料的应用推广。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高流动性的PLA生物塑料，解决以上技术问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种高流动性的PLA生物塑料，包括如下配方：
1)聚乳酸94.5％-98.8％；
2)引发剂1％-5％；
3)辅助添加剂0.1％-0.5％。
所述聚乳酸(PLA)为具有一定流动性的聚乳酸(PLA)。
所述聚乳酸(PLA)的熔体流动速率为5g/10min-50g/10min；优选20g/10min-30g/10min，测试条件为190℃/2.16kg。
高分子聚合物由于分子量较高，因此熔体流动速率较为低，本发明选用的聚乳酸具有较高的熔体流动速率，使得成型过程可靠，产品质量得到提升。
所述引发剂采用有机过氧化物引发剂为3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷、过氧化二(十六烷基)二碳酸酯、2-丙烯过氧酸-3-羰基-1-(1,1-二甲基乙基)酯中的一种。引发剂的正确选取将影响到聚合反应速率，从而影响产品成型的顺利与否，还会影响产品日后的储藏和保存。
所述辅助添加剂包括光稳定剂、抗氧剂、润滑剂中的任一种或者几种的组合。
所述抗氧剂优选采用抗氧剂1076和抗氧剂168的组合。本发明通过增加抗氧剂作为辅助添加剂来延缓聚合物加工过程中的热氧化降解，使其顺利加工成型，而且，可以在使用过程中减缓聚合物的老化，延长产品的使用寿命。
本发明按照如下制备步骤制得高流动性PLA材料：
1)按照原料组分的重量配比称取各原料；
2)将称得的定量原料全部投入高速混合器中进行干混处理；
3)将混合后的原料送入双螺杆挤出机中进行熔融挤出，造粒后得到产品材料，即，高流动性的PLA生物塑料。
其中，步骤2)的高速混合器优选采用立式混合器，混合频率为20Hz-60Hz，优选30Hz-40Hz。混料作业持续时间为1分钟-5分钟，优选2分钟，防止混料设备过热而造成粘料或者造成引发剂分解。
其中，步骤3)的双螺杆挤出机选用具有至少四个温区的双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的第一温区到第四温区的工作温度为：一区200℃-210℃、二区210℃-220℃、三区210℃-220℃、四区205℃-215℃，物料在各个温区内停留时间均为1分钟-2分钟，优选1.2分钟-1.5分钟。
双螺杆挤出机的内部熔体压力为12MPa-18MPa，优选15MPa-17MPa；螺杆转速为500rpm-800rpm，优选550rpm；挤出产量为500Kg/h-800Kg/h，优选700Kg/h。
本发明通过上述配方组分和制备步骤制得高流动性的PLA生物塑料，解决了传统制备生物塑料成本高、工序繁杂、产品降解速率慢的问题。
有益效果：由于采用上述技术方案，本发明的产品具有可生物降解特性，由于组分中包含高流动性的聚乳酸，使得产品的成型加工过程稳定可靠，产品的性能和质量得到提升；产品废弃后的降解迅速无污染，具有环保意义；且生产成本低廉，工艺简单，易于推广应用。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
一种高流动性的PLA生物塑料，配方按重量百分比为：聚乳酸
94.5％-98.8％、引发剂1％-5％、辅助添加剂0.1％-0.5％。其中，聚乳酸(PLA)在测试条件为190℃/2.16kg时的熔体流动速率为5g/10min-50g/10min；优选20g/10min-30g/10min。引发剂采用有机过氧化物引发剂，具体选用3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷、过氧化二(十六烷基)二碳酸酯、2-丙烯过氧酸-3-羰基-1-(1,1-二甲基乙基)酯中的一种。辅助添加剂包括抗氧剂，光稳定剂、润滑剂中的任一种或者几种的组合，其中选用抗氧剂时，优选采用抗氧剂1076和抗氧剂168的组合。
本发明按照如下制备步骤制得高流动性PLA材料：
1)按照原料组分的重量配比称取各原料；
2)将称得的定量原料全部投入高速混合器中进行干混处理；
3)将混合后的原料送入双螺杆挤出机中进行熔融挤出，造粒后得到产品。
上述步骤中，高速混合器采用立式混合器，混合频率为20Hz-60Hz，优选混合频率为30Hz-40Hz。混料作业持续时间为1分钟-5分钟。双螺杆挤出机选用具有至少四个温区的双螺杆挤出机，温区工作温度设置为：一区200℃-210℃，二区210℃-220℃，三区210℃-220℃，四区205℃-215℃。物料在挤出机内总停留时间均为1分钟-2分钟。挤出机内部熔体压力为12MPa-18MPa，优选15MPa-17MPa，螺杆转速为500rpm-800rpm；挤出产量为500Kg/h-800Kg/h。
本发明按照如下制备工艺进行产品制备：
1、选取四组实施例称取定量配方组分，如下表所示：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 聚乳酸 | 95.4 | 96.4 | 97.4 | 98.4 | 98.8 |
| 引发剂 | 4.5 | 3.5 | 2.5 | 1.5 | 1 |
| 抗氧剂1076 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.1 |
| 抗氧剂168 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.1 |
2、设备工艺为：干混持续时间设为2分钟，双螺杆挤出机的螺杆转速设为550rpm，熔体压力15MPa，内部真空度0.06Kgf/cm2，挤出产量为700Kg/h，温区设置为一区205℃，二区210℃，三区-十区220℃，十一区215℃，物料在各温区停留时间为1.2分钟-1.5分钟。
将上述实施例制得的产品事先在90℃-100℃的鼓风烘箱中干燥2小时-3小时，用熔融指数仪测量其熔指变化，得到结果如下表所示。
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 熔融指数(g/10min) | 5000 | 4200 | 3400 | 2800 | 2000 |
| 冲击强度(kj/m2) | 2 | 2.4 | 2.8 | 3.2 | 3.8 |
| 拉伸强度(MPa) | 11 | 10.9 | 11.2 | 10.7 | 11.3 |
| 断裂伸长率(％) | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.4 | 0.5 |
| 弯曲强度(MPa) | 14 | 13.8 | 14.2 | 13.6 | 14.4 |
| 弯曲模量(MPa) | 1100 | 1120 | 1150 | 1098 | 1160 |
本发明制备工艺工序简单、成本低廉，且根据上表不难看出，产品较好地保持了生物塑料的物理力学性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种高流动性的PLA生物塑料，包括如下配方：
4)聚乳酸94.5％-98.8％；
5)引发剂1％-5％；
6)辅助添加剂0.1％-0.5％。
2.根据权利要求1所述的一种高流动性的PLA生物塑料，其特征在于，所述聚乳酸选用具有一定流动性的聚乳酸，其在测试条件为190℃/2.16kg时的熔体流动速率为5g/10min-50g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种高流动性的PLA生物塑料，其特征在于，所述引发剂采用有机过氧化物引发剂，所述有机过氧化物引发剂选用3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷、过氧化二(十六烷基)二碳酸酯、2-丙烯过氧酸-3-羰基-1-(1,1-二甲基乙基)酯中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种高流动性的PLA生物塑料，其特征在于，所述辅助添加剂包括光稳定剂、抗氧剂、润滑剂中的任一种或者几种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种高流动性的PLA生物塑料，其特征在于，所述辅助添加剂包括抗氧剂，所述抗氧剂采用抗氧剂1076和抗氧剂168的组合。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种高流动性的PLA生物塑料，其特征在于，按照所述配方，以如下制备步骤制得产品：
1)按照原料组分的重量配比称取各原料；
2)将称得的定量原料全部投入高速混合器中进行干混处理；
3)将混合后的原料送入双螺杆挤出机中进行熔融挤出，造粒后得到产品材料，即，高流动性的PLA生物塑料。
7.根据权利要求6所述的一种高流动性的PLA生物塑料，其特征在于，高速混合器采用立式混合器，混合频率为20Hz-60Hz，混料持续时间为1分钟-5分钟。
8.根据权利要求7所述的一种高流动性的PLA生物塑料，其特征在于，其中，双螺杆挤出机具有至少四个温区；
其中第一温区至第四温区的工作温度为：一区200℃-210℃，二区210℃-220℃，三区210℃-220℃，四区205℃-215℃；
各个温区中，物料在其内停留时间均为1分钟-2分钟。
9.根据权利要求8所述的一种高流动性的PLA生物塑料，其特征在于，双螺杆挤出机的内部熔体压力为12MPa-18MPa，螺杆转速为500rpm-800rpm。
10.根据权利要求9所述的一种高流动性的PLA生物塑料，其特征在于，双螺杆挤出机的产量为500Kg/h-800Kg/h。
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