CN110643159A - 一种生物降解复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物降解复合材料及其制备方法。该复合材料包括以下重量份的组分：聚乳酸70～80份、淀粉10～15份、50～100目竹炭粉2～8份、200～300目竹炭粉1～5份、偶联剂3～10份、改性剂5～10份、多聚磷酸铵1～5份、三聚氰胺5～15份以及聚乙二醇5～10份。本发明制备得到的复合材料，具有优异降解性能和阻燃性能。

Description

一种生物降解复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种生物降解复合材料及其制备方法。
背景技术
随着人民生活日益增长的需要，不可降解高分子材料用量呈迅速上升趋势，不可降解高分子材料的大量使用，无疑会给环境造成严重的白色污染。随着人民生活水平的提高，人民的环保意识逐步增强，保护环境、减少白色污染、开发环境友好材料是材料产业可持续发展的必由之路。因此，环境友好型复合材料也应运而生，尤其是可降解高分子材料。用天然植物纤维原料与可生物降解树脂复合，制备可降解、性能优、环境友好的高分子材料成为重要的工作。然而，目前90％以上的植物纤维复合材料都具有易燃特性，由植物纤维复合材料易燃而引发的严重火灾占我国平均每年火灾总次数的一半以上，因此制备具有阻燃、可降解特性的植物纤维复合材料成为研究的热点之一。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种生物降解复合材料及其制备方法，可有效解决现有复合材料阻燃性能不足，降解差的问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种生物降解复合材料，包括以下重量份的组分：
聚乳酸70～80份、淀粉10～15份、50～100目竹炭粉2～8份、200～300目竹炭粉1～5份、偶联剂3～10份、改性剂5～10份、多聚磷酸铵1～5份、三聚氰胺5～15份，以及聚乙二醇5～10份。
进一步地，包括以下重量份的组分：
聚乳酸70份、淀粉10份、50～100目竹炭粉5份、200～300目竹炭粉5份、偶联剂5份、改性剂5份、多聚磷酸铵1份、三聚氰胺5份，以及聚乙二醇5份。
进一步地，偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、钛酸酯或聚乙烯-丙烯酸甲酯。
进一步地，改性剂的制备方法如下：
将淀粉与醋酸酐以摩尔比为5～10:0.1～3的比例混合，搅拌反应30～60min，再用无水乙醇洗涤其产物即可。
进一步地，淀粉为经由氧化改性工艺处理后的淀粉。
上述生物降解复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按配方将改性剂与50～100目竹炭粉熔融混合，备用；
(2)将多聚磷酸铵和三聚氰胺分别于80～150℃干燥4～8h，冷却至室温后再将其混合均匀，得阻燃体系；
(3)将聚乳酸、淀粉、步骤(1)所得产物、200～300目竹炭粉、步骤(2)所得阻燃体系、偶联剂以及聚乙二醇熔融混合，于150℃～200℃混炼2～6h后挤出即可。
进一步地，步骤(2)中干燥温度为95℃。
进一步地，步骤(3)中混炼温度为180℃，混炼时间为4h。
本发明的有益效果为：
1、本发明制备得到的生物降解复合材料通过淀粉、竹炭粉的添加，使生物降解复合材料具有一定的孔隙度，空气及微生物能够通过竹炭粉的空隙进入生物降解复合材料内，使生物降解复合材料能够在一定时间内得到降解，提高了降解效率，同时使降解进行更为全面，避免了降低了碳排放量对环境造成的破坏。
2、本发明通过对50～100目竹炭粉进行改性，改善了50～100目竹炭粉的结构，提升了其中的孔隙度，大大提高了复合材料的拉伸性及耐冲击性，同时由于孔隙的存在，使生物降解复合材料具有一定的透气性。
3、改性后的50～100目竹炭粉能够更好的与未改性的200～300目竹炭粉、聚乳酸等材料混合，再与聚乙二醇相配合，使得制备得到的复合材料粘度低，流动性得到了大大的提升，便于进行后续的挤出加工处理，同时，也提升了制备得到的复合材料机械性能。
4、通过改性后的50～100目竹炭粉与阻燃体系的配合，能够有效的提升复合材料整体的阻燃性能，且对复合材料的降解性能影响几乎没有影响。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
一种生物降解复合材料，包括以下重量份的组分：
聚乳酸70份、淀粉10份、50目竹炭粉5份、200目竹炭粉5份、硅烷偶联剂KH-5505份、改性剂5份、多聚磷酸铵1份、三聚氰胺5份，以及聚乙二醇5份。
其中，改性剂的制备方法如下：
将淀粉与醋酸酐以摩尔比为5:0.5的比例混合，搅拌反应60min，再用无水乙醇洗涤其产物即可。
上述生物降解复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方将改性剂与50目竹炭粉熔融混合，备用；
(2)将多聚磷酸铵和三聚氰胺分别于95℃干燥4h，冷却至室温后再将其混合均匀，得阻燃体系；
(3)将聚乳酸、淀粉、步骤(1)所得产物、200目竹炭粉、阻燃体系、硅烷偶联剂KH-550以及聚乙二醇熔融混合，于200℃混炼4h后挤出即可。
实施例2
一种生物降解复合材料，包括以下重量份的组分：
聚乳酸80份、淀粉15份、100目竹炭粉8份、300目竹炭粉5份、钛酸酯10份、改性剂10份、多聚磷酸铵5份、三聚氰胺15份，以及聚乙二醇10份。
其中，改性剂的制备方法如下：
将淀粉与醋酸酐以摩尔比为10:0.1的比例混合，搅拌反应30min，再用无水乙醇洗涤其产物即可。
上述生物降解复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方将改性剂与100目竹炭粉熔融混合，备用；
(2)将多聚磷酸铵和三聚氰胺分别于150℃干燥8h，冷却至室温后再将其混合均匀，得阻燃体系；
(3)将聚乳酸、淀粉、步骤(1)所得产物、300目竹炭粉、阻燃体系、铝酸酯以及聚乙二醇熔融混合，于180℃混炼6h后挤出即可。
实施例3
一种生物降解复合材料，包括以下重量份的组分：
聚乳酸70份、淀粉12份、80目竹炭粉5份、260目竹炭粉3份、硅烷偶联剂KH-5503份、改性剂6份、多聚磷酸铵2份、三聚氰胺10份，以及聚乙二醇6份。
其中，改性剂的制备方法如下：
将淀粉与醋酸酐以摩尔比为5:3的比例混合，搅拌反应30min，再用无水乙醇洗涤其产物即可。
上述生物降解复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方将改性剂与80目竹炭粉熔融混合，备用；
(2)将多聚磷酸铵和三聚氰胺分别于150℃干燥4h，冷却至室温后再将其混合均匀，得阻燃体系；
(3)将聚乳酸、淀粉、步骤(1)所得产物、26目竹炭粉、阻燃体系、硅烷偶联剂KH-550以及聚乙二醇熔融混合，于150℃混炼2h后挤出即可。
对比例1
与实施例1相比，缺少对50～100目竹炭粉进行改性的过程，其余过程均与实施例1相同。
对比例2
与实施例1相比，缺少对50～100目竹炭粉进行改性的过程以及阻燃体系，其余过程均与实施例1相同。
检测
根据GBT13022-1991检测实施例1～3和对比例1～2制备复合材料，以及PP、PCL的力学性能，然后再对其进行阻燃性能和降解性能检测，其结果见表1。
表1性能检测结果
由表1数据可知，本申请实施例1～3制备得到的复合材料的性能均由于对比例1～2和现有材料PP、PCL，其中尤以实施例1效果最佳，由此表明，只有在本发明配方和制备方法的配合下才能制备得到的具有优异可降解特性，且具备阻燃性的复合材料。

Claims (8)

1.一种生物降解复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：
聚乳酸70～80份、淀粉10～15份、50～100目竹炭粉2～8份、200～300目竹炭粉1～5份、偶联剂3～10份、改性剂5～10份、多聚磷酸铵1～5份、三聚氰胺5～15份，以及聚乙二醇5～10份。
2.根据权利要求1所述的生物降解复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：
聚乳酸70份、淀粉10份、50～100目竹炭粉5份、200～300目竹炭粉5份、偶联剂5份、改性剂5份、多聚磷酸铵1份、三聚氰胺5份，以及聚乙二醇5份。
3.根据权利要求1或2所述的生物降解复合材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、钛酸酯或聚乙烯-丙烯酸甲酯。
4.根据权利要求1或2所述的生物降解复合材料，其特征在于，所述改性剂的制备方法如下：
将淀粉与醋酸酐以摩尔比为5～10:0.1～3的比例混合，搅拌反应30～60min，再用无水乙醇洗涤其产物即可。
5.根据权利要求1或2所述的生物降解复合材料，其特征在于，所述淀粉为经由氧化改性工艺处理后的淀粉。
6.权利要求1～5任一项所述的生物降解复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按配方将改性剂与50～100目竹炭粉熔融混合，备用；
(2)将多聚磷酸铵和三聚氰胺分别于80～150℃干燥4～8h，冷却至室温后再将其混合均匀，得阻燃体系；
(3)将聚乳酸、淀粉、步骤(1)所得产物、200～300目竹炭粉、步骤(2)所得阻燃体系、偶联剂以及聚乙二醇熔融混合，于150℃～200℃混炼2～6h后挤出即可。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述干燥温度为95℃。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述混炼温度为180℃，混炼时间为4h。
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