CN105732995A - 一种低成本高耐热聚乳酸制品的冷结晶生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本高耐热聚乳酸制品的冷结晶生产工艺，属于聚乳酸的制品加工领域。本发明通过对聚乳酸基体填充滑石粉，获得改性聚乳酸，使用普通冷模注塑机对上述改性聚乳酸进行注塑，获得聚乳酸注塑制品，再使用流水线红外线烘箱对上述聚乳酸注塑制品进行冷结晶工艺操作，进而获得耐高温聚乳酸制品；所述聚乳酸制品的冷结晶生产工艺具有生产效率高、生产成本低的特点。

Description

一种低成本高耐热聚乳酸制品的冷结晶生产工艺
技术领域
本发明属于聚乳酸的制品加工领域，特别涉及一种低成本高耐热聚乳酸制品的冷结晶生产工艺。
背景技术
聚乳酸是目前全球唯一大规模工业化生产的全植物来源的100%生物降解的生物材料，其主要用于挤片、注塑、纺丝、双拉膜等应用领域；聚乳酸结晶速率慢、结晶度低，热变形温度仅为60℃左右，难以满足应用需求，是制约聚乳酸产业发展的瓶颈之一。
即使目前已经开发出的聚乳酸成核剂，可提高聚乳酸注塑制品的耐热性，但由于这些工艺涉及长时间的模具内的热处理，现有技术利用聚乳酸模内结晶注塑一模的周期在90-150秒，然而所述聚乳酸成核剂的成本很高以及加工成本居高不下，再者聚乳酸基体的本身成本相对其它普通塑料的成本也较高，因此，在经过10多年的发展，却难以推动聚乳酸在下游制品的快速推广应用，尤其是大需求量的一次性餐具刀叉勺餐具。
因此，开发一种既能耐高温和降低材料成本又不影响聚乳酸本身的生物可降解性，同时具有生产效率高的聚乳酸制品生产工艺，将可以极大的推动聚乳酸在下游产业链的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的缺点与不足，提供一种低成本高耐热聚乳酸制品的冷结晶生产工艺，同时具有生产效率高的优点。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种低成本高耐热聚乳酸制品的冷结晶生产工艺，包括以下步骤：
（１）对聚乳酸基体填充滑石粉，获得改性聚乳酸；
（２）使用普通冷模注塑机对步骤（1）获得的改性聚乳酸进行注塑，获得聚乳酸注塑制品；
（３）使用流水线红外线烘箱对步骤（2）获得的聚乳酸注塑制品进行冷结晶工艺操作，获得耐高温聚乳酸制品。
优选地，上述步骤（1）前增加对聚乳酸基体和滑石粉进行干燥处理；更优选地，所述聚乳酸基体的干燥温度为55℃～58℃；所述滑石粉的干燥温度为55℃～58℃。
步骤（1）中使用价格较为低廉的高目数滑石粉填充到聚乳酸基体中，即为改性聚乳酸；所述改性聚乳酸包括聚乳酸和滑石粉，较佳的方法是通过双螺杆挤出改性造粒获得所述改性聚乳酸；其中所述滑石粉与聚乳酸基体的重量比1～4：6～9；由于所述滑石粉为天然无机原料，其获取容易、成本低廉，因此其填充到聚乳酸基本中不会影响聚乳酸本身具有的生物降解性能，在上述重量比范围内对聚乳酸的加工性能和使用性能都不会产生大的影响，但对聚乳酸的成本的降低起到了非常大的作用。
优选地，所述滑石粉的目数为800目～5000目；更优选地，所述滑石粉的目数为1250目~3000目。
上述步骤（2）中的改性聚乳酸通过普通冷模注塑机生产聚乳酸注塑制品。所述聚乳酸注塑制品经过流水线红外线烘箱进行冷结晶，通过所述流水线红外线烘箱冷结晶后的聚乳酸注塑制品具有耐高温的性能。
所述普通冷模注塑机的生产速率为每模10～18秒，与现有技术的模内结晶生产速率相比，其效率大幅度提高，降低了生产成本。
步骤（3）中利用流水线红外线烘箱可以对所述聚乳酸注塑制品进行大批量一次性的冷结晶工艺操作，虽然与现有技术的模内结晶相比增加了一个冷结晶的工艺步骤，但由于所述模内结晶的根据制品的特性最长需150秒，最短也需90秒，使注塑机的生产成本和人工成本大幅度的提高。
优选地，步骤（3）中所述的流水线红外线烘箱为卤素红外线电热烘道，所述红外线电热烘道包括红外线灯管和石英管；所述石英管内充有气体；所述红外线灯管是将钨丝伸入充气的石英管中构成，所述钨丝在交流电压作用下发热并加热所述石英管中的气体，由此产生红外线辐射；由于红外线的光波透射性能优异，可以达到使比较厚的塑料达到内外的温度一致，即使所述聚乳酸注塑制品的厚度较厚也可以均匀的受热，并达到全部冷结晶的效果，不会因为受热不均匀而导致某一部分的聚乳酸为进行冷结晶而影响后续的应用；同时红外线灯管可将90%的电能转化为红外辐射，其热转换率高，避免传统加热方式的热量损耗，节约电能，同时也进一步降低了生产成本。
此外，所述红外线灯管启动速度快，5秒之内可达到100%功率输出，且降温迅速，有利于所述聚乳酸注塑制品的冷结晶进行，其降温迅速的优点可以进一步增加操作上的安全性。
因此，所述流水线烘箱由于红外线灯管的热惯性极小而热效率很高，利用红外辐射加热技术，提高了所述聚乳酸注塑制品的冷结晶质量和效率，同时达到了节约加热能源和缩短操作时间的效果。
优选地，所述卤素红外线电热烘道的加热温度为60~130℃；更优选地，所述卤素红外线电热烘道的加热温度为100~120℃。
优选地，所述卤素红外线电热烘道的加热时间为100~600秒；更优选地，所述卤素红外线电热烘道的加热时间为150~360秒。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
通过天然无机材料滑石粉对聚乳酸基体的填充，降低了聚乳酸材料用于制品加工的成本；通过普通冷模注塑和流水线烘箱的冷结晶工艺步骤使得聚乳酸注塑制品具有耐高温性能，同时提高了生产效率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
（１）聚乳酸基体（美国natureworks公司生产）80重量份，3000目滑石粉20重量份；使用烘箱分别对聚乳酸基体和滑石粉进行干燥处理，干燥温度55℃；干燥结束后使用双螺杆挤出造粒生产线（南京科亚65机型）进行混合造粒，获得改性聚乳酸粒子；
（２）对上述改性聚乳酸粒子使用注塑机（海天牌200T注塑机）进行一次性勺子具冷模注塑加工，获得一次性勺子。
（３）对上述一次性勺子使用卤素红外线电热烘道（LC-5000）进行冷结晶工艺操作，所述卤素红外线电热烘道设定加热温度为120℃，加热时间为150秒；冷结晶结束后，获得聚乳酸制品，即为一次性聚乳酸勺子。
对上述一次性聚乳酸勺子的结晶度检测结果为35%，维卡温度检测结果为99℃。
实施例2：
（１）聚乳酸基体（浙江海正生物材料生产）90重量份，3000目滑石粉10重量份；使用烘箱分别对聚乳酸基体和滑石粉进行干燥处理，干燥温度55℃；干燥结束后使用双螺杆挤出造粒生产线（南京科亚65机型）进行混合造粒，获得改性聚乳酸粒子；
（２）对上述改性聚乳酸粒子使用注塑机（海天牌200T注塑机）进行一次性勺子具冷模注塑加工，获得一次性勺子；
（３）对上述一次性勺子使用卤素红外线电热烘道（LC-5000）进行冷结晶工艺操作，所述卤素红外线电热烘道设定加热温度为120℃，加热时间为150秒；冷结晶结束后，获得聚乳酸制品，即为一次性聚乳酸勺子。
对上述一次性聚乳酸勺子的结晶度检测结果为34%，维卡温度检测结果为98℃。
实施例3：
（１）聚乳酸基体（浙江海正生物材料生产）60重量份，3000目滑石粉40重量份；使用烘箱分别对聚乳酸基体和滑石粉进行干燥处理，干燥温度58℃；干燥结束后使用双螺杆挤出造粒生产线（南京科亚65机型）进行混合造粒，获得改性聚乳酸粒子；
（２）对上述改性聚乳酸粒子使用注塑机（海天牌200T注塑机）进行一次性勺子具冷模注塑加工，获得一次性勺子；
（３）对上述一次性勺子使用卤素红外线电热烘道（LC-5000）进行二次结晶工艺操作，所述卤素红外线电热烘道设定加热温度为120℃，加热时间为150秒；二次结晶结束后，获得聚乳酸制品，即为一次性聚乳酸勺子。
对上述一次性聚乳酸勺子的结晶度检测结果为27%，维卡温度检测结果为92℃。
实施例4：
（１）聚乳酸基体（浙江海正生物材料生产）80重量份，800目滑石粉20重量份；使用烘箱分别对聚乳酸基体和滑石粉进行干燥处理，干燥温度55℃；干燥结束后使用双螺杆挤出造粒生产线（南京科亚65机型）进行混合造粒，获得改性聚乳酸粒子；
（２）对上述改性聚乳酸粒子使用注塑机（海天牌200T注塑机）进行一次性勺子具冷模注塑加工，获得一次性勺子；
（３）对上述一次性勺子使用卤素红外线电热烘道（LC-5000）进行二次结晶工艺操作，所述卤素红外线电热烘道设定加热温度为120℃，加热时间为150秒；二次结晶结束后，获得聚乳酸制品，即为一次性聚乳酸勺子。
对上述一次性聚乳酸勺子的结晶度检测结果为29%，维卡温度检测结果为94℃。
实施例5：
（１）聚乳酸基体（浙江海正生物材料生产）80重量份，1250目滑石粉20重量份；使用烘箱分别对聚乳酸基体和滑石粉进行干燥处理，干燥温度55℃；干燥结束后使用双螺杆挤出造粒生产线（南京科亚65机型）进行混合造粒，获得改性聚乳酸粒子；
（２）对上述改性聚乳酸粒子使用注塑机（海天牌200T注塑机）进行一次性勺子具冷模注塑加工，获得一次性勺子；
（３）对上述一次性勺子使用卤素红外线电热烘道（LC-5000）进行二次结晶工艺操作，所述卤素红外线电热烘道设定加热温度为120℃，加热时间为150秒；二次结晶结束后，获得聚乳酸制品，即为一次性聚乳酸勺子。
对上述一次性聚乳酸勺子的结晶度检测结果为30%，维卡温度检测结果为95℃。
实施例6：
（１）聚乳酸基体（浙江海正生物材料生产）80重量份，3000目滑石粉20重量份；使用烘箱分别对聚乳酸基体和滑石粉进行干燥处理，干燥温度55℃；干燥结束后使用双螺杆挤出造粒生产线（南京科亚65机型）进行混合造粒，获得改性聚乳酸粒子；
（２）对上述改性聚乳酸粒子使用注塑机（海天牌200T注塑机）进行一次性勺子具冷模注塑加工，获得一次性勺子；
（３）对上述一次性勺子使用卤素红外线电热烘道（LC-5000）进行二次结晶工艺操作，所述卤素红外线电热烘道设定加热温度为120℃，加热时间为120秒；二次结晶结束后，获得聚乳酸制品，即为一次性聚乳酸勺子。
对上述一次性聚乳酸勺子的结晶度检测结果为32%，维卡温度检测结果为97℃。
实施例7：
（１）聚乳酸基体（浙江海正生物材料生产）80重量份，3000目滑石粉重量份；使用烘箱分别对聚乳酸基体和滑石粉进行干燥处理，干燥温度55℃；干燥结束后使用双螺杆挤出造粒生产线（南京科亚65机型）进行混合造粒，获得改性聚乳酸粒子；
（２）对上述改性聚乳酸粒子使用注塑机（海天牌200T注塑机）进行一次性勺子具冷模注塑加工，获得一次性勺子；
（３）对上述一次性勺子使用卤素红外线电热烘道（LC-5000）进行二次结晶工艺操作，所述卤素红外线电热烘道设定加热温度为120℃，加热时间为360秒；二次结晶结束后，获得聚乳酸制品，即为一次性聚乳酸勺子。
对上述一次性聚乳酸勺子的结晶度检测结果为38%，维卡温度检测结果为105℃。
实施例8：
（１）聚乳酸基体（浙江海正生物材料生产）80重量份，3000目滑石粉重量份；使用烘箱分别对聚乳酸基体和滑石粉进行干燥处理，干燥温度55℃；干燥结束后使用双螺杆挤出造粒生产线（南京科亚65机型）进行混合造粒，获得改性聚乳酸粒子；
（２）对上述改性聚乳酸粒子使用注塑机（海天牌200T注塑机）进行一次性勺子具冷模注塑加工，获得一次性勺子；
（３）对上述一次性勺子使用卤素红外线电热烘道（LC-5000）进行二次结晶工艺操作，所述卤素红外线电热烘道设定加热温度为120℃，加热时间为600秒；二次结晶结束后，获得聚乳酸制品，即为一次性聚乳酸勺子。
对上述一次性聚乳酸勺子的结晶度检测结果为40%，维卡温度检测结果为108℃。
实施例9：
（１）聚乳酸基体（浙江海正生物材料生产）80重量份，3000目滑石粉重量份；使用烘箱分别对聚乳酸基体和滑石粉进行干燥处理，干燥温度55℃；干燥结束后使用双螺杆挤出造粒生产线（南京科亚65机型）进行混合造粒，获得改性聚乳酸粒子；
（２）对上述改性聚乳酸粒子使用注塑机（海天牌200T注塑机）进行一次性勺子具冷模注塑加工，获得一次性勺子；
（３）对上述一次性勺子使用卤素红外线电热烘道（LC-5000）进行二次结晶工艺操作，所述卤素红外线电热烘道设定加热温度为100℃，加热时间为150秒；二次结晶结束后，获得聚乳酸制品，即为一次性聚乳酸勺子。
对上述一次性聚乳酸勺子的结晶度检测结果为25%，维卡温度检测结果为88℃。
实施例10：
（１）聚乳酸基体（浙江海正生物材料生产）80重量份，3000目滑石粉重量份；使用烘箱分别对聚乳酸基体和滑石粉进行干燥处理，干燥温度55℃；干燥结束后使用双螺杆挤出造粒生产线（南京科亚65机型）进行混合造粒，获得改性聚乳酸粒子；
（２）对上述改性聚乳酸粒子使用注塑机（海天牌200T注塑机）进行一次性勺子具冷模注塑加工，获得一次性勺子；
（３）对上述一次性勺子使用卤素红外线电热烘道（LC-5000）进行二次结晶工艺操作，所述卤素红外线电热烘道设定加热温度为60℃，加热时间为360秒；二次结晶结束后，获得聚乳酸制品，即为一次性聚乳酸勺子。
对上述一次性聚乳酸勺子的结晶度检测结果为10%，维卡温度检测结果为68℃。
实施例11：
（１）聚乳酸基体（浙江海正生物材料生产）80重量份，3000目滑石粉重量份；使用烘箱分别对聚乳酸基体和滑石粉进行干燥处理，干燥温度55℃；干燥结束后使用双螺杆挤出造粒生产线（南京科亚65机型）进行混合造粒，获得改性聚乳酸粒子；
（２）对上述改性聚乳酸粒子使用注塑机（海天牌200T注塑机）进行一次性勺子具冷模注塑加工，获得一次性勺子；
（３）对上述一次性勺子使用卤素红外线电热烘道（LC-5000）进行二次结晶工艺操作，所述卤素红外线电热烘道设定加热温度为130℃，加热时间为100秒；二次结晶结束后，获得聚乳酸制品，即为一次性聚乳酸勺子。
对上述一次性聚乳酸勺子的结晶度检测结果为35%，维卡温度检测结果为99℃。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种低成本高耐热聚乳酸制品的冷结晶生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（１）对聚乳酸基体填充滑石粉，获得改性聚乳酸；
（２）使用普通冷模注塑机对步骤（1）获得的改性聚乳酸进行注塑，获得聚乳酸注塑制品；
（３）使用流水线红外线烘箱对步骤（2）获得的聚乳酸注塑制品进行冷结晶工艺操作，获得耐高温聚乳酸制品。
2.根据权利要求1所述的低成本高耐热聚乳酸制品的冷结晶生产工艺，其特征在于：步骤（1）前增加对聚乳酸基体和滑石粉进行干燥处理；所述聚乳酸基体的干燥温度为55℃～58℃；所述滑石粉的干燥温度为55℃～58℃。
3.根据权利要求1所述的低成本高耐热聚乳酸制品的冷结晶生产工艺，其特征在于：步骤（1）中是通过双螺杆挤出改性造粒获得所述改性聚乳酸。
4.根据权利要求1所述的低成本高耐热聚乳酸制品的冷结晶生产工艺，其特征在于：步骤（1）中所述滑石粉与聚乳酸基体的重量比1～4：6～9。
5.根据权利要求1所述的低成本高耐热聚乳酸制品的冷结晶生产工艺，其特征在于：步骤（1）中所述滑石粉的目数为800目～5000目。
6.根据权利要求1所述的低成本高耐热聚乳酸制品的冷结晶生产工艺，其特征在于：步骤（2）中所述普通冷模注塑机的生产速率为每模10～18秒。
7.根据权利要求1所述的低成本高耐热聚乳酸制品的冷结晶生产工艺，其特征在于：步骤（3）中所述的流水线红外线烘箱为卤素红外线电热烘道。
8.根据权利要求7所述的低成本高耐热聚乳酸制品的冷结晶生产工艺，其特征在于：所述卤素红外线电热烘道的加热温度为60～130℃。
9.根据权利要求7所述的低成本高耐热聚乳酸制品的冷结晶生产工艺，其特征在于：所述卤素红外线电热烘道的加热时间为100～600秒。
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