CN109777053A - 一种含乳酸钙可控生物降解速率的材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含乳酸钙可控生物降解速率的材料，属于生物降解材料领域，一种含乳酸钙可控生物降解速率的材料，所述生物降解材料的配方包括按照重量百分数计的以下配料：10‑30％乳酸钙，10‑20％聚乳酸，聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯47‑75％，2‑3％铝酸酯型偶联剂，1％‑2％硬脂酸，其制备一般首先将乳酸钙放入高速搅拌机内高速搅拌，当温度达到90摄氏度加水，温度控制在90摄氏度，当水分达到要求后，再搅拌十分钟，然后加入铝酸酯型偶联剂，搅拌5分钟，再加入硬脂酸，搅拌5分钟，可以实现添加乳酸钙来有效降低生物降解薄膜材料的生产成本，并且可以通过控制乳酸钙的添加量来控制材料的生物降解周期，达到可控生物降解的目的。

Description

一种含乳酸钙可控生物降解速率的材料

技术领域

本发明涉及生物降解材料领域，更具体地说，涉及一种含乳酸钙可控生物降解速率的材料。

背景技术

生物降解材料顾名思义就是可以被自然界生物分解为无机分子的材料，人类应用生物降解材料伴随着人类的发展历史，从最常见的木头到现在常用的纸张、棉麻衣物、丝纺产品都属于天然生物降解材料，近百年来塑料的出现大量的代替了传统材料，但塑料的不可降解性也给人们带来了环境的污染，世界各国科学家一直在寻找突破，人工合成生物降解材料的问世打破了塑料不可降解的习惯认知，目前生物降解材料已经得到了部分国家的强制推广，随着能源危机和石油资源的不断枯竭，聚乳酸材料正在被各个国家推广使用，很多研发团队也在寻找其他途径突破。

目前聚乳酸材料的应用是所有生物降解材料里面应用最为广泛的一种，其原料来源为可再生的植物发酵产物乳酸，提纯乳酸为合成聚乳酸的关键步骤，由于生产成本较高，价格也是正常石油制树脂的二倍左右，一直没有得到有效推广，降低成本一直是世界各国研究的热点。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种含乳酸钙可控生物降解速率的材料，它可以实现添加乳酸钙来有效降低生物降解薄膜材料的生产成本，并且可以通过控制乳酸钙的添加量来控制材料的生物降解周期，达到可控生物降解的目的。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种含乳酸钙可控生物降解速率的材料，所述生物降解材料的配方包括按照重量百分数计的以下配料：10-30%乳酸钙，10-20%聚乳酸，聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯47-75%，2-3%铝酸酯型偶联剂，1%-2%硬脂酸，其制备方法包括以下步骤：

步骤一、将乳酸钙放入高速搅拌机内高速搅拌；

步骤二、当温度达到90摄氏度加水，温度控制在90摄氏度，当水分达到要求后，再搅拌十分钟；

步骤三、加入铝酸酯型偶联剂，搅拌5分钟；

步骤四、加入硬脂酸，搅拌5分钟；

步骤五、搅拌五分钟放入聚乳酸和己二酸/对苯二甲酸丁二酯继续搅拌5分钟；

步骤六、将混合处理的混合料放入双螺杆挤出造粒机内造粒；

步骤七、造粒后测试改性颗粒生物降解性能。

进一步的，所述步骤二中水分含量控制在10%-20%，该含水量过多或过少均会影响到步骤六中的造粒，含水量过少会导致难以成粒，含水量过多会使得粒径过大，影响造粒质量。

进一步的，所述步骤一中高速搅拌机使用的搅拌桶为余热回收桶，相较于高速搅拌机原本的搅拌桶，余热回收桶内可以对搅拌过程中产生的热量通过水进行回收，从而提高能量利用率。

进一步的，所述余热回收桶左右两端均开凿有水浴共热槽，所述水浴共热槽内注有水，所述水浴共热槽左右两内壁均开凿有进液口，所述进液口连通余热回收桶和水浴共热槽，所述水浴共热槽左右两内壁之间固定连接有连杆，所述连杆的前后两端均固定连接有开口链盒，所述开口链盒内壁固定连接有定杆，所述定杆外端固定连接有升液珠链，所述升液珠链远离定杆的一端位于水浴共热槽内，从而可以升高水浴共热槽内水的液面，使得水浴共热槽内水与水浴共热槽内壁之间的接触面积更大，使其吸收热量的效果更好，所述开口链盒盒口处固定连接有磁铁块，所述磁铁块与升液珠链相互吸附，余热回收桶的水浴共热槽内的水会随着搅拌过程中热量的产生而温度升高，在进行步骤二时，首先向水浴共热槽内注入90-100摄氏度的热水形成混合水，使得混合水的温度接近90摄氏度，降低加入混合水后对余热回收桶内物料温度的影响，直至液面漫过进液口，使得混合水通过进液口流进余热回收桶内。

进一步的，所述余热回收桶内壁固定连接有导热板，所述水浴共热槽远离进液口的内壁固定连接有遮热板，导热板可以采用铜制成，铜导热性很好，易于将步骤一中搅拌物料即乳酸钙产生的热量传导至水浴共热槽内的水中，使得水浴共热槽内水温度升高，从而降低其与余热回收桶内物料之间的温度差，使得水浴共热槽内水加入到余热回收桶内时，不会对余热回收桶内物料的温度造成大的影响，便于步骤二中控制温度在90摄氏度的要求，从而达到余热回收再利用的效果，遮热板可以使得水浴共热槽内水的热量向外辐射，从而使得水浴共热槽内的水吸收的热量不易散失，降低热量的散失率。

进一步的，所述水浴共热槽内水的液面高度位于进液口下方1-2cm处，使得水浴共热槽内的水一方面不会从进液口流进余热回收桶内，另一方面使水浴共热槽内的水与余热回收桶外的接触面积够大，使其吸收热量的效果更好。

进一步的，所述升液珠链包括多个定液珠和定液绳，多个所述定液珠和定液绳依次首尾相连，通过将升液珠链放进水浴共热槽内，可以升高水浴共热槽内水的液面，便于其从进液口流进余热回收桶内。

进一步的，所述定液珠由硅橡胶制成且其内部为空心结构，所述定液珠空心结构内放置有铁珠，橡胶材质使其导热性较差，从而降低其内部的铁珠不易吸热，从而降低热量的散失，铁珠一方面可以增加升液珠链的重力，使其可以沉在水浴共热槽内的水里面，不会漂浮在液面上，另一方面，在不使用时，升液珠链会被收在开口链盒内，铁珠可以和磁铁块相互吸附，使其不易从开口链盒内掉出。

进一步的，所述步骤二中加的水为90-100摄氏度的热水以及水浴共热槽内水的混合水，加入90-100摄氏度的热水可以降低混合水和余热回收桶内物料之间的温度差，降低加入混合水后对余热回收桶内物料温度的影响，便于步骤二中温度的控制，从而有效缩短步骤二中温度调控的时间，对于整个制备过程来说，缩短了制备时间，通过搅拌遇热的利用以及热水的添加，有效提高了本生物降解材料的制备效率，而且有效利用了余热，增加能量利用率，符合绿色可持续发展的理念。

进一步的，所述余热回收桶与水浴共热槽之间的壁厚为0.8-1.5cm，壁厚过厚会导致热量在难以传导至水浴共热槽内或传导至水浴共热槽内的过程中散失过多，壁厚过薄会导致余热回收桶的强度不够，在搅拌过程中余热回收桶易受损，严重时会炸裂，具有安全隐患。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案可以实现添加乳酸钙来有效降低生物降解薄膜材料的生产成本，并且可以通过控制乳酸钙的添加量来控制材料的生物降解周期，达到可控生物降解的目的。

（2）步骤二中水分含量控制在10%-20%，该含水量过多或过少均会影响到步骤六中的造粒，含水量过少会导致难以成粒，含水量过多会使得粒径过大，影响造粒质量。

（3）步骤一中高速搅拌机使用的搅拌桶为余热回收桶，相较于高速搅拌机原本的搅拌桶，余热回收桶内可以对搅拌过程中产生的热量通过水进行回收，从而提高能量利用率。

（4）余热回收桶左右两端均开凿有水浴共热槽，水浴共热槽内注有水，水浴共热槽左右两内壁均开凿有进液口，进液口连通余热回收桶和水浴共热槽，水浴共热槽左右两内壁之间固定连接有连杆，连杆的前后两端均固定连接有开口链盒，开口链盒内壁固定连接有定杆，定杆外端固定连接有升液珠链，升液珠链远离定杆的一端位于水浴共热槽内，从而可以升高水浴共热槽内水的液面，使得水浴共热槽内水与水浴共热槽内壁之间的接触面积更大，使其吸收热量的效果更好，开口链盒盒口处固定连接有磁铁块，磁铁块与升液珠链相互吸附，余热回收桶的水浴共热槽内的水会随着搅拌过程中热量的产生而温度升高，在进行步骤二时，首先向水浴共热槽内注入90-100摄氏度的热水形成混合水，使得混合水的温度接近90摄氏度，降低加入混合水后对余热回收桶内物料温度的影响，直至液面漫过进液口，使得混合水通过进液口流进余热回收桶内。

（5）余热回收桶内壁固定连接有导热板，水浴共热槽远离进液口的内壁固定连接有遮热板，导热板可以采用铜制成，铜导热性很好，易于将步骤一中搅拌物料即乳酸钙产生的热量传导至水浴共热槽内的水中，使得水浴共热槽内水温度升高，从而降低其与余热回收桶内物料之间的温度差，使得水浴共热槽内水加入到余热回收桶内时，不会对余热回收桶内物料的温度造成大的影响，便于步骤二中控制温度在90摄氏度的要求，从而达到余热回收再利用的效果，遮热板可以使得水浴共热槽内水的热量向外辐射，从而使得水浴共热槽内的水吸收的热量不易散失，降低热量的散失率。

（6）水浴共热槽内水的液面高度位于进液口下方1-2cm处，使得水浴共热槽内的水一方面不会从进液口流进余热回收桶内，另一方面使水浴共热槽内的水与余热回收桶外的接触面积够大，使其吸收热量的效果更好。

（7）升液珠链包括多个定液珠和定液绳，多个定液珠和定液绳依次首尾相连，通过将升液珠链放进水浴共热槽内，可以升高水浴共热槽内水的液面，便于其从进液口流进余热回收桶内。

（8）定液珠由硅橡胶制成且其内部为空心结构，定液珠空心结构内放置有铁珠，橡胶材质使其导热性较差，从而降低其内部的铁珠不易吸热，从而降低热量的散失，铁珠一方面可以增加升液珠链的重力，使其可以沉在水浴共热槽内的水里面，不会漂浮在液面上，另一方面，在不使用时，升液珠链会被收在开口链盒内，铁珠可以和磁铁块相互吸附，使其不易从开口链盒内掉出。

（9）步骤二中加的水为90-100摄氏度的热水以及水浴共热槽内水的混合水，加入90-100摄氏度的热水可以降低混合水和余热回收桶内物料之间的温度差，降低加入混合水后对余热回收桶内物料温度的影响，便于步骤二中温度的控制，从而有效缩短步骤二中温度调控的时间，对于整个制备过程来说，缩短了制备时间，通过搅拌遇热的利用以及热水的添加，有效提高了本生物降解材料的制备效率，而且有效利用了余热，增加能量利用率，符合绿色可持续发展的理念。

（10）余热回收桶与水浴共热槽之间的壁厚为0.8-1.5cm，壁厚过厚会导致热量在难以传导至水浴共热槽内或传导至水浴共热槽内的过程中散失过多，壁厚过薄会导致余热回收桶的强度不够，在搅拌过程中余热回收桶易受损，严重时会炸裂，具有安全隐患。

附图说明

图1为本发明的余热回收桶的结构示意图；

图2为图1中A处的截面图；

图3为本发明的余热回收桶立体的结构示意图；

图4为本发明的余热回收桶俯面的结构示意图；

图5为本发明的开口链盒的结构示意图；

图6为现有技术的中高速搅拌机的搅拌桶的结构示意图。

图中标号说明：

1余热回收桶、2开口链盒、3定液珠、4定液绳、5进液口、6连杆、7导热板、8水浴共热槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

一种含乳酸钙可控生物降解速率的材料，所述生物降解材料的配方包括按照重量百分数计的以下配料：10%乳酸钙，20%聚乳酸，聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯66%，2.5%铝酸酯型偶联剂，1.5%硬脂酸，其制备方法包括以下步骤：

步骤一、将乳酸钙放入高速搅拌机内高速搅拌，高速搅拌机使用的搅拌桶为余热回收桶1，请参阅图3和图6，相较于高速搅拌机原本的搅拌桶，余热回收桶1内可以对搅拌过程中产生的热量通过水进行回收，从而提高能量利用率；

步骤二、当温度达到90摄氏度加水，温度控制在90摄氏度，当水分达到要求后，再搅拌十分钟，水分含量控制在15%，该含水量过多或过少均会影响到步骤六中的造粒，含水量过少会导致难以成粒，含水量过多会使得粒径过大，影响造粒质量；

步骤三、加入铝酸酯型偶联剂，搅拌5分钟；

步骤四、加入硬脂酸，搅拌5分钟；

步骤五、搅拌五分钟放入聚乳酸和己二酸/对苯二甲酸丁二酯继续搅拌5分钟；

步骤六、将混合处理的混合料放入双螺杆挤出造粒机内造粒；

步骤七、造粒后测试改性颗粒生物降解性能，在25摄氏度的室外环境下，将改性颗粒埋进地表土壤以下30cm，在三个月后材料生物分解率达到65%，可以实现添加乳酸钙来有效降低生物降解薄膜材料的生产成本。

实施例2：

一种含乳酸钙可控生物降解速率的材料，所述生物降解材料的配方包括按照重量百分数计的以下配料：20%乳酸钙，10%聚乳酸，聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯66%，2.5%铝酸酯型偶联剂，1.5%硬脂酸，其制备方法包括以下步骤：

步骤一、将乳酸钙放入高速搅拌机内高速搅拌，高速搅拌机使用的搅拌桶为余热回收桶1，请参阅图3和图6，相较于高速搅拌机原本的搅拌桶，余热回收桶1内可以对搅拌过程中产生的热量通过水进行回收，从而提高能量利用率；

步骤二、当温度达到90摄氏度加水，温度控制在90摄氏度，当水分达到要求后，再搅拌十分钟，水分含量控制在15%，该含水量过多或过少均会影响到步骤六中的造粒，含水量过少会导致难以成粒，含水量过多会使得粒径过大，影响造粒质量；

步骤三、加入铝酸酯型偶联剂，搅拌5分钟；

步骤四、加入硬脂酸，搅拌5分钟；

步骤五、搅拌五分钟放入聚乳酸和己二酸/对苯二甲酸丁二酯继续搅拌5分钟；

步骤六、将混合处理的混合料放入双螺杆挤出造粒机内造粒；

步骤七、造粒后测试改性颗粒生物降解性能，在25摄氏度的室外环境下，将改性颗粒埋进地表土壤以下30cm，在三个月后材料生物分解率达到75%，可以实现添加乳酸钙来有效降低生物降解薄膜材料的生产成本，并且可以通过控制乳酸钙的添加量来控制材料的生物降解周期，达到可控生物降解的目的，可以根据实际需要调整乳酸钙的含量来控制本生物降解材料的降解速率。

步骤二中加的水为95摄氏度的热水以及水浴共热槽8内水的混合水，加入95摄氏度的热水可以降低混合水和余热回收桶1内物料之间的温度差，降低加入混合水后对余热回收桶1内物料温度的影响，便于步骤二中温度的控制，从而有效缩短步骤二中温度调控的时间，对于整个制备过程来说，缩短了制备时间，通过搅拌遇热的利用以及热水的添加，有效提高了本生物降解材料的制备效率，而且有效利用了余热，增加能量利用率，符合绿色可持续发展的理念。

请参阅图1-2，所述余热回收桶1左右两端均开凿有水浴共热槽8，所述水浴共热槽8内注有水，所述水浴共热槽8左右两内壁均开凿有进液口5，所述进液口5连通余热回收桶1和水浴共热槽8，所述水浴共热槽8内水的液面高度位于进液口5下方1-2cm处，使得水浴共热槽8内的水一方面不会从进液口5流进余热回收桶1内，另一方面使水浴共热槽8内的水与余热回收桶1外的接触面积够大，使其吸收热量的效果更好，所述余热回收桶1内壁固定连接有导热板7，所述水浴共热槽8远离进液口5的内壁固定连接有遮热板，导热板7可以采用铜制成，铜导热性很好，易于将步骤一中搅拌物料即乳酸钙产生的热量传导至水浴共热槽8内的水中，使得水浴共热槽8内水温度升高，从而降低其与余热回收桶1内物料之间的温度差，使得水浴共热槽8内水加入到余热回收桶1内时，不会对余热回收桶1内物料的温度造成大的影响，便于步骤二中控制温度在90摄氏度的要求，从而达到余热回收再利用的效果，遮热板可以使得水浴共热槽8内水的热量向外辐射，从而使得水浴共热槽8内的水吸收的热量不易散失，降低热量的散失率。

请参阅图3-5，所述水浴共热槽8左右两内壁之间固定连接有连杆6，所述余热回收桶1与水浴共热槽8之间的壁厚为0.8-1.5cm，壁厚过厚会导致热量在难以传导至水浴共热槽8内或传导至水浴共热槽8内的过程中散失过多，壁厚过薄会导致余热回收桶1的强度不够，在搅拌过程中余热回收桶1易受损，严重时会炸裂，具有安全隐患，所述连杆6的前后两端均固定连接有开口链盒2，所述开口链盒2内壁固定连接有定杆，所述定杆外端固定连接有升液珠链。

请参阅图5，所述升液珠链包括多个定液珠3和定液绳4，多个所述定液珠3和定液绳4依次首尾相连，所述开口链盒2盒口处固定连接有磁铁块，所述磁铁块与升液珠链相互吸附，请参阅图1，通过将升液珠链放进水浴共热槽8内，可以升高水浴共热槽8内水的液面，当8内的水液面高度一定时，可以根据加入8内水，便于其从进液口5流进余热回收桶1内，所述定液珠3由硅橡胶制成且其内部为空心结构，所述定液珠3空心结构内放置有铁珠，橡胶材质使其导热性较差，从而降低其内部的铁珠不易吸热，从而降低热量的散失，铁珠一方面可以增加升液珠链的重力，使其可以沉在水浴共热槽8内的水里面，不会漂浮在液面上，另一方面，在不使用时，升液珠链会被收在开口链盒2内，铁珠可以和磁铁块相互吸附，使其不易从开口链盒2内掉出。

请参阅图1，所述升液珠链远离定杆的一端位于水浴共热槽8内，从而可以升高水浴共热槽8内水的液面，使得水浴共热槽8内水与水浴共热槽8内壁之间的接触面积更大，使其吸收热量的效果更好，余热回收桶1的水浴共热槽8内的水会随着搅拌过程中热量的产生而温度升高，在进行步骤二时，首先向水浴共热槽8内注入95摄氏度的热水形成混合水，使得混合水的温度接近90摄氏度，降低加入混合水后对余热回收桶1内物料温度的影响，直至液面漫过进液口5，使得混合水通过进液口5流进余热回收桶1内。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种含乳酸钙可控生物降解速率的材料，其特征在于：所述生物降解材料的配方包括按照重量百分数计的以下配料：10-30%乳酸钙，10-20%聚乳酸，聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯47-75%，2-3%铝酸酯型偶联剂，1%-2%硬脂酸，其制备方法包括以下步骤：

步骤一、将乳酸钙放入高速搅拌机内高速搅拌；

步骤二、当温度达到90摄氏度加水，温度控制在90摄氏度，当水分达到要求后，再搅拌十分钟；

步骤三、加入铝酸酯型偶联剂，搅拌5分钟；

步骤四、加入硬脂酸，搅拌5分钟；

步骤五、搅拌五分钟放入聚乳酸和己二酸/对苯二甲酸丁二酯继续搅拌5分钟；

步骤六、将混合处理的混合料放入双螺杆挤出造粒机内造粒；

步骤七、造粒后测试改性颗粒生物降解性能。

2.根据权利要求1所述的一种含乳酸钙可控生物降解速率的材料，其特征在于：所述步骤二中水分含量控制在10%-20%。

3.根据权利要求1所述的一种含乳酸钙可控生物降解速率的材料，其特征在于：所述步骤一中高速搅拌机使用的搅拌桶为余热回收桶。

4.根据权利要求3所述的一种含乳酸钙可控生物降解速率的材料，其特征在于：所述余热回收桶左右两端均开凿有水浴共热槽水浴共热槽（8），所述水浴共热槽（8）内注有水，所述水浴共热槽（8）左右两内壁均开凿有进液口（5），所述进液口（5）连通余热回收桶（1）和水浴共热槽（8），所述水浴共热槽（8）左右两内壁之间固定连接有连杆（6），所述连杆（6）的前后两端均固定连接有开口链盒（2），所述开口链盒（2）内壁固定连接有定杆，所述定杆外端固定连接有升液珠链，所述升液珠链远离定杆的一端位于水浴共热槽（8）内，所述开口链盒（2）盒口处固定连接有磁铁块，所述磁铁块与升液珠链相互吸附。

5.根据权利要求4所述的一种含乳酸钙可控生物降解速率的材料，其特征在于：所述余热回收桶（1）内壁固定连接有导热板（7），所述水浴共热槽（8）远离进液口（5）的内壁固定连接有遮热板。

6.根据权利要求4所述的一种含乳酸钙可控生物降解速率的材料，其特征在于：所述水浴共热槽（8）内水的液面高度位于进液口（5）下方1-2cm处。

7.根据权利要求4所述的一种含乳酸钙可控生物降解速率的材料，其特征在于：所述升液珠链包括多个定液珠（3）和定液绳（4），多个所述定液珠（3）和定液绳（4）依次首尾相连。

8.根据权利要求7所述的一种含乳酸钙可控生物降解速率的材料，其特征在于：所述定液珠（3）由硅橡胶制成且其内部为空心结构，所述定液珠（3）空心结构内放置有铁珠。

9.根据权利要求1所述的一种含乳酸钙可控生物降解速率的材料，其特征在于：所述步骤二中加的水为90-100摄氏度的热水以及水浴共热槽（8）内水的混合水。

10.根据权利要求1所述的一种含乳酸钙可控生物降解速率的材料，其特征在于：所述余热回收桶（1）与水浴共热槽（8）之间的壁厚为0.8-1.5cm。