CN109401234B - 一种聚乳酸绿色纳米成核耐温剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种聚乳酸绿色纳米成核耐温剂，包括矿物粘土、复合分散剂、碱、复合淀粉，矿物粘土是凹凸棒石和膨润土的混合物，复合分散剂是聚丙烯酸钠和焦磷酸钠的混合物，复合淀粉是菱粉和土豆粉的混合物。其制备方法如下：将凹凸棒石、膨润土分别晾晒至水分重量含量≤20％后进行混合，粗碎成矿物粘土小颗粒，喷洒复合分散剂溶液，挤压成片状混合物；和水搅拌混合成浆液，过筛，乳化，高速剪切获得乳浊液，旋流分级、脱水后转入干燥式粉碎及表面改性机，加入复合淀粉进行表面改性；将改性材料粉碎后得到所述聚乳酸绿色纳米成核耐温剂。本发明在聚乳酸中易于达到理想分散，为聚乳酸提供良好的异相成核，提高聚乳酸的结晶度，明显改善其耐温性。

Description

一种聚乳酸绿色纳米成核耐温剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚乳酸制备技术领域，具体涉及聚乳酸绿色纳米成核耐温剂及其制备方法。
背景技术
聚乳酸(PLA)是一种新型的生物降解材料，具有良好的热稳定性，加工温度170～230℃，有很好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感好，因此可广泛应用于广泛，建筑、农业、林业、造纸和医疗卫生等领域，用作包装材料、一次性用品、纤维和非织造物等。
聚乳酸最早是在1932年杜邦公司Carothers在真空条件下加热乳酸时得到了低分子量的聚乳酸。1987年，Cargill公司和Dow chemical公司在PLA开发方面有了突破性的发展，他们采用玉米为原料，实现了乳酸的工业化生产，并于2001年成立NatureWorks，实现了PLA的产业化。
PLA材料强度高、流动性好、易于成型、尤其是具有良好的生物降解性能，是一种环境友好性的材料，但是PLA材料也存在不足，如结晶速率慢、耐热性差、脆性大。
为了改善它的不足，扩大其应用领域，研究者进行了大量的研究工作，加入增韧剂或增塑剂改善其韧性，通过加入成核剂加快其结晶速率，提高结晶度，改善耐热性能。但到目前为止，PLA材料低的结晶速率与耐热性依然没有得到有效改善，极大地妨碍了它的推广应用。由于PLA材料的结晶速率低，其注射制品需要经过模内结晶过程才能达到性能要求，而这种技术工艺生产效率低，且能源消耗大，使得生产制品的成本提高；由于PLA材料的耐热性差，限制了它在一次性制品领域的应用，如水杯、一次性餐具等需要耐热的产品。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚乳酸绿色纳米成核耐温剂，以及该聚乳酸绿色纳米成核耐温剂的制备方法，以解决背景技术存在的上述缺陷。
本发明是通过如下的技术方案实现的：
一种聚乳酸绿色纳米成核耐温剂，其包括如下组分：矿物粘土、复合分散剂、碱、复合淀粉，所述矿物粘土是凹凸棒石和膨润土的混合物，所述复合分散剂是聚丙烯酸钠和焦磷酸钠的混合物，所述复合淀粉是菱粉和土豆粉的混合物。
优选的，所述矿物粘土中凹凸棒石和膨润土的重量比为2︰1～4︰1。
进一步优选的，所述矿物粘土的颗粒直径为2-4mm。
作为优选的技术方案，所述复合分散剂中聚丙烯酸钠和焦磷酸钠的重量比为1︰2～2︰1，最好是1:1。
优选的，所述复合分散剂的用量相当于所述矿物粘土重量的1-2wt％。聚丙烯酸钠选择小分子量型，分子量为2000-5000。为方便添加和混合均匀，复合分散剂一般配成浓度为5wt％左右的溶液。
优选的，所述复合淀粉的用量相当于所述矿物粘土重量的1.5-3wt％，其中菱粉和土豆粉的重量比为1︰2～2︰1，最好是1：1。
所述碱的作用是调节上述组合物的pH值到8.5-9.5。所述碱优选无机碱，例如氢氧化镁、氢氧化钙、氧化镁、氧化钙等。最好是轻质氧化镁。
本发明还提供上述聚乳酸绿色纳米成核耐温剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，将凹凸棒石、膨润土原矿分别晾晒至水分重量含量≤20％后进行混合，用破碎机粗碎成矿物粘土小颗粒；
步骤二，向所述矿物粘土小颗粒喷洒复合分散剂溶液，充分混合后，挤压成片状混合物；
步骤三，将所述片状混合物和水搅拌混合成浆液，过筛；
步骤四，将上述过筛浆液在80-90℃乳化，加碱调节pH值至8.5-9.5，保温高速剪切获得乳浊液；将所述乳浊液旋流分级后，脱水成膏状物料；
步骤五，将所述膏状物料转入干燥式粉碎及表面改性机，升温至80-100℃，加入复合淀粉进行表面改性；
步骤六，将获得的改性材料粉碎后得到所述聚乳酸绿色纳米成核耐温剂。
优选的，步骤三中采用带有超声的高频振动筛对所述浆液进行过筛，筛网孔径最好是45微米。
优选的，步骤四中采用25微米口径的旋流器对所述乳浊液进行旋流分级，采用卧螺离心机对分级后的乳浊液进行离心脱水，所述卧螺离心机的转速优选为8000-10000r/min。
优选的，步骤六中采用气流粉碎机对所述改性材料进行粉碎，控制堆积密度在0.05-0.1g/ml，即得到所述聚乳酸绿色纳米成核耐温剂。
聚乳酸是理想的绿色高分子材料，但存在结晶速度慢，成型制品收缩率大，尺寸稳定性差，本身材质脆，加工热稳定性差等缺陷。对聚乳酸树脂进行改性，提高结晶性和耐热性，是行业技术难点，尤其是利用绿色环保的天然材料作为改性剂，鲜见报道。本发明以天然粘土矿物及淀粉为原材料，在成分上绿色环保，利用一维纳米结构的凹凸棒石与二维纳米结构的膨润土，实现其相互交叉，形成混维结构，在聚乳酸中易于达到理想分散，为聚乳酸提供了良好的异相成核，提高了聚乳酸的结晶度，且有效改善其耐温性与尺寸稳定性。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行阐述，但并不限制本发明。
实施例1：
步骤一，将凹凸棒石、膨润土原矿晾晒至水分重量含量≤20％后进行混合，用破碎机粗碎成小颗粒状，颗粒直径控制在2-4mm；
步骤二，将所述小颗粒喷洒浓度为5wt％的聚丙烯酸钠/焦磷酸钠复合分散剂溶液(聚丙烯酸钠和焦磷酸钠的重量比为1:1，聚丙烯酸钠分子量为3000左右，复合分散剂的用量相当于所述矿物粘土重量的1.2wt％)，充分混合后，用强力差速三辊机进行挤压成片状混合物；
步骤三，将所述片状混合物和水放入捣浆机，搅拌60分钟，浆液通过325目带有超声的高频振动筛；
步骤四，将上述过筛浆液放入乳化机，加温80-90℃，加轻质氧化镁调节pH值9±0.5，保温高速剪切60分钟，获得乳浊液；将所述乳浊液经25微米口径的旋流器旋流分级后，用8000r/min转速的卧螺离心机脱水；
步骤五，将所述脱水后的膏状物料转入干燥式粉碎及表面改性机，加温80-100℃，投入固含量2％质量分数的菱粉与土豆粉(菱粉和土豆粉的重量比为1：1)，停留15分钟；
步骤六，将表面改性后材料保温2小时以上，再经MQP系列气流粉碎机粉碎，控制堆积密度在0.05-0.1g/ml，得到聚乳酸绿色纳米成核耐温剂。
实施例2
步骤一，将凹凸棒石、膨润土原矿晾晒至水分重量含量≤20％后进行混合，用破碎机粗碎成小颗粒状，颗粒直径控制在2-4mm；
步骤二，将所述小颗粒喷洒浓度为5wt％的聚丙烯酸钠/焦磷酸钠复合分散剂溶液(聚丙烯酸钠和焦磷酸钠的重量比为2:1，聚丙烯酸钠分子量为4000左右，复合分散剂的用量相当于所述矿物粘土重量的1.5wt％)，充分混合后，用强力差速三辊机进行挤压成片状混合物；
步骤三，将所述片状混合物和水放入捣浆机，搅拌60分钟，浆液通过325目带有超声的高频振动筛；
步骤四，将上述过筛浆液放入乳化机，加温80-90℃，加轻质氧化镁调节pH值9±0.5，保温高速剪切60分钟，获得乳浊液；将所述乳浊液经25微米口径的旋流器旋流分级后，用9000r/min转速的卧螺离心机脱水；
步骤五，将所述脱水后的膏状物料转入干燥式粉碎及表面改性机，加温80-100℃，投入固含量1.5％质量分数的菱粉与土豆粉(菱粉和土豆粉的重量比为2：1)，停留15分钟；
步骤六，将表面改性后材料保温2小时以上，再经MQP系列气流粉碎机粉碎，控制堆积密度在0.05-0.1g/ml，得到聚乳酸绿色纳米成核耐温剂。
实施例3
步骤一，将凹凸棒石、膨润土原矿晾晒至水分重量含量≤20％后进行混合，用破碎机粗碎成小颗粒状，颗粒直径控制在2-4mm；
步骤二，将所述小颗粒喷洒浓度为5wt％的聚丙烯酸钠/焦磷酸钠复合分散剂溶液(聚丙烯酸钠和焦磷酸钠的重量比为1:2，聚丙烯酸钠分子量为5000左右，复合分散剂的用量相当于所述矿物粘土重量的2wt％)，充分混合后，用强力差速三辊机进行挤压成片状混合物；
步骤三，将所述片状混合物和水放入捣浆机，搅拌60分钟，浆液通过325目带有超声的高频振动筛；
步骤四，将上述过筛浆液放入乳化机，加温80-90℃，加轻质氧化镁调节pH值9±0.5，保温高速剪切60分钟，获得乳浊液；将所述乳浊液经25微米口径的旋流器旋流分级后，用10000r/min转速的卧螺离心机脱水；
步骤五，将所述脱水后的膏状物料转入干燥式粉碎及表面改性机，加温80-100℃，投入固含量3％质量分数的菱粉与土豆粉(菱粉和土豆粉的重量比为1：2)，停留15分钟；
步骤六，将表面改性后材料保温2小时以上，再经MQP系列气流粉碎机粉碎，控制堆积密度在0.05-0.1g/ml，得到聚乳酸绿色纳米成核耐温剂。
应用实施例
取聚乳酸(PLA)500g，分别与本发明实例1-3制备的聚乳酸绿色纳米成核耐温剂35g混合均匀，然后采用常规工艺，通过双螺杆挤出机进行熔融混合造粒，采用片材成型机制成厚度为0.5mm的片材，放入120℃烘箱内60分钟，片材均未发生变形。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。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 (9)

1.一种聚乳酸绿色纳米成核耐温剂，其特征在于，包括如下组分：矿物粘土、复合分散剂、碱、复合淀粉，所述矿物粘土是凹凸棒石和膨润土的混合物，所述复合分散剂是聚丙烯酸钠和焦磷酸钠的混合物，所述复合淀粉是菱粉和土豆粉的混合物，所述复合淀粉的用量相当于所述矿物粘土重量的1.5-3wt％，其中菱粉和土豆粉的重量比为1︰2～2︰1。
2.如权利要求1所述的聚乳酸绿色纳米成核耐温剂，其特征在于，所述矿物粘土中凹凸棒石和膨润土的重量比为2︰1～4︰1。
3.如权利要求1所述的聚乳酸绿色纳米成核耐温剂，其特征在于，所述矿物粘土的颗粒直径为2-4mm。
4.如权利要求1所述的聚乳酸绿色纳米成核耐温剂，其特征在于，所述复合分散剂的用量相当于所述矿物粘土重量的1-2wt％，所述复合分散剂中聚丙烯酸钠和焦磷酸钠的重量比为1︰2～2︰1，所述聚丙烯酸钠分子量为2000-5000。
5.如权利要求1所述的聚乳酸绿色纳米成核耐温剂，其特征在于，所述碱是轻质氧化镁。
6.制备如权利要求1-5任一项所述聚乳酸绿色纳米成核耐温剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，将凹凸棒石、膨润土原矿分别晾晒至水分重量含量≤20％后进行混合，用破碎机粗碎成矿物粘土小颗粒；
步骤二，向所述矿物粘土小颗粒喷洒复合分散剂溶液，充分混合后，挤压成片状混合物；
步骤三，将所述片状混合物和水搅拌混合成浆液，过筛；
步骤四，将上述过筛浆液在80-90℃乳化，加碱调节pH值至8.5-9.5，保温高速剪切获得乳浊液；将所述乳浊液旋流分级后，脱水成膏状物料；
步骤五，将所述膏状物料转入干燥式粉碎及表面改性机，升温至80-100℃，加入复合淀粉进行表面改性；
步骤六，将获得的改性材料粉碎后得到所述聚乳酸绿色纳米成核耐温剂。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤三中采用带有超声的高频振动筛对所述浆液进行过筛，筛网孔径是45微米。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤四中采用25微米口径的旋流器对所述乳浊液进行旋流分级，采用卧螺离心机对分级后的乳浊液进行离心脱水，所述卧螺离心机的转速为8000-10000r/min。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤六中采用气流粉碎机对所述改性材料进行粉碎，控制堆积密度在0.05-0.1g/ml，即得到所述聚乳酸绿色纳米成核耐温剂。
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