CN107619584A - 聚乳酸复合材料、餐具及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高分子材料技术领域，具体是涉及一种聚乳酸复合材料、餐具及其制备方法。本发明的聚乳酸复合材料，包括：聚乳酸树脂、软质可降解材料、润滑剂、晶核剂、相容剂及抗氧剂。通过在复合材料中添加软质可降解材料，增加了材料的韧性，而且该复合材料的结晶性能较强，使加工后的餐具耐热程度提升至110℃左右，满足了餐具对韧性和耐热性的要求，能够替代传统的餐具材料，且对环境友好。

Description

聚乳酸复合材料、餐具及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及高分子材料技术领域，具体是涉及一种聚乳酸复合材料、餐具及其制备方法。

【背景技术】

传统的塑料制品，给我们的生活带来了各种便利，但另一方面传统塑料废弃后在自然界不会分解，由此带来的白色污染严重影响我们的生活。

聚乳酸经农作物如玉米发酵制得乳酸,再进一步化学合成得到,并可完全降解为二氧化碳和水，最终可实现生态资源的循环利用，所以聚乳酸是一种对环境友好的绿色可分解材料；而且，聚乳酸具有良好的机械性能、物理性能、加工性能。因此，聚乳酸应用前景广阔，具有取代传统石油基聚合物的潜力。

然而，聚乳酸用于餐具中时，一方面由于聚乳酸较硬、脆，韧性不佳，不满足餐具对韧性的要求；另一方面，聚乳酸耐热程度不高，也不能满足餐具的耐热要求。由此，聚乳酸的使用受到了限制，不能替代传统的聚丙烯杯子、密胺餐盘、餐碗、聚丙烯刀叉匙、聚碳酸酯杯子等。

有鉴于此，实有必要开发一种聚乳酸复合材料，以解决上述聚乳酸复合材料韧性及耐热性不佳的问题。

【发明内容】

因此，本发明的目的是提供一种聚乳酸复合材料、餐具及其制备方法，该聚乳酸复合材料具有优异的韧性及耐热性，能够替代传统的餐具材料，且对环境友好。

为了达到上述目的，本发明的聚乳酸复合材料，按重量份数表示包括：

可选地，在环境温度为210℃，负荷重量为2.16kg的条件下，所述聚乳酸树脂的熔融指数为3-80g/10min。

可选地，所述聚乳酸树脂中L乳酸在整体乳酸的合成中的比例在99.5以上。

可选地，所述软质可降解材料为聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸己二酸丁二醇酯或聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯。

可选地，所述润滑剂为酯型流动改性剂、乙烯基双硬脂酰胺、低分子量聚乙烯蜡、芥酸酰胺、硬脂酸中的至少一种。

可选地，所述晶核剂为芳香族和脂肪族酰胺类化合物、山梨糖醇类化合物、金属有机磷酸盐化合物、安息香酸盐化合物、邻苯二酚、对苯二酚二羟乙基醚、4，4’.二羟基二苯基甲烷、1，4.苯二酚化合物、聚羟基乙酸及其衍生物、聚乙醇酸及其衍生物、碳纤维、木粉、有机纤维的一种或多种复配。

可选地，所述相容剂为聚乙二醇、聚己内酯、乙烯-丙烯酸正丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三嵌段共聚物、聚乳酸聚己内酯共聚物中的至少一种。

可选地，所述抗氧剂为季戊四醇酯、4.4‘二(α,α二甲基苄基二苯胺)、N-苯基－N′-异丙基－对苯二胺、氢化喹啉混合物、N，N′-二(1，4-二甲基戊基)-对苯二胺、N-苯基-N′-(对-甲苯磺酰基)-对苯二胺、三(2,6-二-叔对丁基苯基)亚磷酸酯中的至少一种。

可选地，所述无机填充材料为滑石粉、二氧化硅、碳纳米管、碳酸钙、有机纳米蒙脱土中的至少一种，无机填充材料填充的细度为500目-6000目。

本发明还提供一种聚乳酸餐具，其由所述聚乳酸复合材料构成。

另外，本发明还提供一种如上述聚乳酸餐具的制备方法，具体步骤如下：

(1)将润滑剂、晶核剂、相容剂、抗氧剂及无机填充材料按比例称重后放置于高速混合机中做高速混合，并取出备用；

(2)将搅拌后的粉体、聚乳酸树脂及软质可降解材料在双螺杆挤出机中加工抽粒子，加工温度为160-180℃，螺杆转速为300-400r/min，螺杆长径比为30：1-50：1；

(3)将粒子在80℃的条件下，在热风循环烘箱中干燥4小时；

(4)将粒子在单螺杆挤出机中注塑成型餐具，注塑温度为185-200℃，模具温度为100-110℃，保温时间为30-60s。

相较于现有技术，本发明的聚乳酸复合材料，通过在复合材料中添加软质可降解材料，增加了材料的韧性，而且该复合材料的结晶性能较强，使加工后的餐具耐热程度提升至110℃左右，满足了餐具对韧性和耐热性的要求，能够替代传统的餐具材料，且对环境友好。

【具体实施方式】

本发明的聚乳酸复合材料，按重量份数表示包括：

聚乳酸树脂60-95份，其中，在环境温度为210℃，负荷重量为2.16kg的条件下，所述聚乳酸树脂的熔融指数为3-80g/10min，此流动性的聚乳酸树脂物性较好，方便材料的加工，且所述聚乳酸树脂中L型聚乳酸在整体乳酸的合成中的比例在99.5以上，结晶速度较佳，当L乳酸的比例在99.9％时(即PLLA)，结晶速度最佳。

软质可降解材料1-20份，其中软质可降解材料为聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸己二酸丁二醇酯(PBSA)或聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)，所述软质可降解材料为增加复合材料的韧性，使其可应用于餐具中。

润滑剂0.5-20份，所述润滑剂为酯型流动改性剂、乙烯基双硬脂酰胺、低分子量聚乙烯蜡、芥酸酰胺、硬脂酸中的至少一种，所述润滑剂不仅能够减小各组分内部之间的摩擦，在加工时还能够减小材料与机台之间的摩擦。

晶核剂0.5-15份，晶核剂又称成核剂，晶核剂的作用为加快结晶速率，增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化，达到缩短成型周期、提高制品透明性的功效，所述晶核剂为芳香族和脂肪族酰胺类化合物、山梨糖醇类化合物、金属有机磷酸盐化合物、安息香酸盐化合物、邻苯二酚、对苯二酚二羟乙基醚、4，4’.二羟基二苯基甲烷、1，4.苯二酚化合物、聚羟基乙酸及其衍生物、聚乙醇酸及其衍生物、碳纤维、木粉、有机纤维的一种或多种复配。

相容剂0.5-20份，所述相容剂为聚乙二醇、聚己内酯、乙烯-丙烯酸正丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三嵌段共聚物、聚乳酸聚己内酯共聚物中的至少一种，起到兼容作用。

抗氧剂0.1-20份，所述抗氧剂可延缓或抑制材料氧化过程的进行，从而阻止材料的老化并延长其使用寿命，于本发明中所述抗氧剂为季戊四醇酯、4.4‘二(α,α二甲基苄基二苯胺)、N-苯基－N′-异丙基－对苯二胺、氢化喹啉混合物、N，N′-二(1，4-二甲基戊基)-对苯二胺、N-苯基-N′-(对-甲苯磺酰基)-对苯二胺、三(2,6-二-叔对丁基苯基)亚磷酸酯中的至少一种，能够更好地抗氧化。

无机填充材料0.5-40份，通过添加无机填充材料能够降低成本，且还能起到填充、增强及改善材料性能的效果，所述无机填充材料为滑石粉、二氧化硅、碳纳米管、碳酸钙、有机纳米蒙脱土中的至少一种，无机填充材料填充的细度为500目-6000目，在细度为500目-1500目时能够达到最佳的效果。

其中，在不影响本发明的效果范围内，为了得到其他功能性复合材料，所述聚乳酸复合材料还可包括抗菌剂、紫外线吸收剂、耐水解剂及着色剂中的至少一种。

为了对本发明的目的、功效及技术手段有进一步的了解，现结合具体实施例说明如下。

实施例1

将润滑剂、晶核剂、相容剂、抗氧剂及无机填充材料按上述比例称重后放置于高速混合机中做高速混合，并取出备用；将搅拌后的粉体、聚乳酸树脂及软质可降解材料在双螺杆挤出机中加工抽粒子，加工温度为160-180℃，螺杆转速为300-400r/min，螺杆长径比为30：1-50：1；将粒子在80℃的条件下，在热风循环烘箱中干燥4小时；将粒子在单螺杆挤出机中注塑成型，注塑温度为185-200℃，模具温度为100-110℃，保温时间为30-60s。

实施例2

将润滑剂、晶核剂、相容剂、抗氧剂及无机填充材料按上述比例称重后放置于高速混合机中做高速混合，并取出备用；将搅拌后的粉体、聚乳酸树脂及软质可降解材料在双螺杆挤出机中加工抽粒子，加工温度为160-180℃，螺杆转速为300-400r/min，螺杆长径比为30：1-50：1；将粒子在80℃的条件下，在热风循环烘箱中干燥4小时；将粒子在单螺杆挤出机中注塑成型，注塑温度为185-200℃，模具温度为100-110℃，保温时间为30-60s。

对比例1

对比例1为市售符合标准要求的聚丙烯(PP)杯子。

对比例2

对比例1为市售符合标准要求的聚苯乙烯(PS)刀叉。

将以上实施例得到的标准试片与对比例进行测试，测试标准为按照GB/T1040.2-2006测试拉伸强度及伸长率；按照GB/T 9341-2008测试弯曲强度及弯曲模量；按照GB/T1843-2008测试冲击强度；按照GB/T1634.2-2004测试负荷变形温度，测试结果如表1所示：

表1：实施例及对比例测试结果

通过表1可以得知：将实施例1、2与对比例1、2作比较，实施例中制得的标准试片的机械性能、负荷变形温度与对比例中的商品相当，由此本发明的聚乳酸复合材料满足了餐具的性能要求，且聚乳酸材料能够生物可分解，从而能够替代传统的餐具材料。

本发明还提供一种聚乳酸餐具，其由所述聚乳酸复合材料构成。所述聚乳酸餐具不仅韧性好，而且耐热温度较高。所述聚乳酸餐具的制备方法如实施例中所述。

Claims (11)

1.一种聚乳酸复合材料，其特征在于，按重量份数表示包括：

2.根据权利要求1所述的聚乳酸复合材料，其特征在于，在环境温度为210℃，负荷重量为2.16kg的条件下，所述聚乳酸树脂的熔融指数为3-80g/10min。

3.根据权利要求1所述的聚乳酸复合材料，其特征在于，所述聚乳酸树脂中L乳酸在整体乳酸的合成中的比例在99.5以上。

4.根据权利要求1所述的聚乳酸复合材料，其特征在于，所述软质可降解材料为聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸己二酸丁二醇酯或聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯。

5.根据权利要求1所述的聚乳酸复合材料，其特征在于，所述润滑剂为酯型流动改性剂、乙烯基双硬脂酰胺、低分子量聚乙烯蜡、芥酸酰胺、硬脂酸中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的聚乳酸复合材料，其特征在于，所述晶核剂为芳香族和脂肪族酰胺类化合物、山梨糖醇类化合物、金属有机磷酸盐化合物、安息香酸盐化合物、邻苯二酚、对苯二酚二羟乙基醚、4，4’.二羟基二苯基甲烷、1，4.苯二酚化合物、聚羟基乙酸及其衍生物、聚乙醇酸及其衍生物、碳纤维、木粉、有机纤维的一种或多种复配。

7.根据权利要求1所述的聚乳酸复合材料，其特征在于，所述相容剂为聚乙二醇、聚己内酯、乙烯-丙烯酸正丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三嵌段共聚物、聚乳酸聚己内酯共聚物中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的聚乳酸复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为季戊四醇酯、4.4‘二(α,α二甲基苄基二苯胺)、N-苯基－N′-异丙基－对苯二胺、氢化喹啉混合物、N，N′-二(1，4-二甲基戊基)-对苯二胺、N-苯基-N′-(对-甲苯磺酰基)-对苯二胺、三(2,6-二-叔对丁基苯基)亚磷酸酯中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的聚乳酸复合材料，其特征在于，所述无机填充材料为滑石粉、二氧化硅、碳纳米管、碳酸钙、有机纳米蒙脱土中的至少一种，无机填充材料填充的细度为500目-6000目。

10.一种聚乳酸餐具，其特征在于，所述聚乳酸餐具由权利要求1至9中任一项所述的聚乳酸复合材料构成。

11.一种如权利要求10所述的聚乳酸餐具的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)将润滑剂、晶核剂、相容剂、抗氧剂及无机填充材料按比例称重后放置于高速混合机中做高速混合，并取出备用；

(2)将搅拌后的粉体、聚乳酸树脂及软质可降解材料在双螺杆挤出机中加工抽粒子，加工温度为160-180℃，螺杆转速为300-400r/min，螺杆长径比为30：1-50：1；

(3)将粒子在80℃的条件下，在热风循环烘箱中干燥4小时；

(4)将粒子在单螺杆挤出机中注塑成型餐具，注塑温度为185-200℃，模具温度为100-110℃，保温时间为30-60s。