CN111704788A - 一种全生物降解棉签棒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种全生物降解棉签棒及其制备方法，包括：称取聚乳酸、增韧剂、润滑剂、相容剂、填料和抗菌剂，投入到混料设备中混合均匀；投入到双螺杆挤出机中进行熔融共混，通过挤出机模头形成长条，然后根据规定长度进行分切得到全生物降解塑料棉签棒。

Description

一种全生物降解棉签棒及其制备方法

技术领域

本公开涉及医疗卫生和个人护理领域，尤其是涉及一种全生物降解棉签棒及其制备方法。

背景技术

21世纪，能源和环境问题成为全世界关注的焦点，随着能源危机和环境污染的加剧，生物可降解塑料(biodegradable polymer)逐渐成为研究的趋势和商业化生产的热点。一方面，生物可降解塑料原料来源于可再生的生物质，可以大大减少塑料行业对石油，煤和天然气等不可再生能源的依赖性；其次，生物可降解塑料使用后可以在自然界中降解成生物可以吸收的二氧化碳和水，实现能源循环，明显减少化石能源带来的环境污染，从而在根本上消除环境危机如白色污染和海洋微塑料污染。目前，我国对高分子塑料环境污染等问题的重视程度明显提升，实现完全可替代能源是解决问题的关键。总之，生物降解塑料能够起到节约能源和保护环境的双重效应，是近年来国内外研发的重点领域。

生物可降解塑料一般是指通过自然界微生物作用而发生降解的高分子，然而近些年，也发现可以在水(海水，河水)中可以降解的高分子。总的说来，生物可降解塑料是指在自然界中通过微生物、水的作用下能发生化学、物理或生物作用而降解的塑料

生物可降解塑料根据其原料来源大致可分为两类：一种是来源于生物质塑料或生物质发酵的生物可降解塑料，如淀粉、纤维素、木质素、聚乳酸(Polylactic acid，PLA)、聚羟基脂肪酸酯(PHAs)；另一种来源于化石能源，然而在使用后可以完全生物降解，如聚丁二酸丁二醇酯 (PBS)、聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯(PBAT)及其共聚酯等。

聚乳酸(PLA)，又称为聚丙交酯，是以乳酸为原料聚合而成的聚酯，是一种可以完全生物降解的绿色塑料。聚乳酸不仅拥有良好的生物相容性和可降解性能，也有比肩传统塑料聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)等石油基通用塑料的性能，其高模量，高强度，可控的加工温度使其可以进行注塑、挤出、纺丝等工艺，制备成薄膜、片材、纤维等制品，应用于服装、包装、汽车、电子、生物医药等众多领域，是目前开发最深、应用最显著的生物降解塑料。

与传统的石油化工产品相比，聚乳酸生产过程中的能量消耗只有石油化工产品的20％～50％，产生的二氧化碳只有石油化工产品的50％。因此，开发聚乳酸可降解塑料对全球环境和能源问题的缓解非常必要。

棉签棒是指裹有少许消毒棉花的小木棍或塑料棒，主要用于医疗卫生、个人护理等领域，棉签棒主要由木质和塑料两种，其中塑料棉签棒主要是聚丙烯(PP)，由于其不可降解性，会对环境造成不利影响，所以开发一种具有生物降解性的塑料棉签棒有其应用价值，但目前尚未有相关的专利。

发明内容

为了解决普通塑料棉签棒不可降解的问题，本发明采用生物降解塑料来制备棉签棒，主要以聚乳酸(PLA)为原料，添加增韧剂、润滑剂、相容剂和抗菌剂等助剂，通过挤出工艺制备棉签棒。PLA是一种以玉米淀粉、秸秆等为初始原料，通过一系列发酵、聚合等工艺制得的具有生物降解性的聚合物，已被应用于很多行业和领域。PLA刚性较好，比较适合作为手柄使用，但是脆性较大，需要进行增韧改性。本发明还通过添加有机或无机填料来降低其成本，提高产品的竞争力。

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种全生物降解棉签棒，包括：

聚乳酸，质量含量70-99％；

增韧剂，质量含量0.1-5％；

润滑剂，质量含量0.1-2％；

相容剂，质量含量0.1-1％；

填料，质量含量0.1-30％；

抗菌剂，质量含量0.1-3％。

在一个优选的实施方案中，所述全生物降解棉签棒，包括：

聚乳酸，质量含量70-90％；

增韧剂，质量含量0.1-3％；

润滑剂，质量含量0.1-1％；

相容剂，质量含量0.1-0.5％；

填料，质量含量0.1-20％；

抗菌剂，质量含量0.1-2％。

在一个优选的实施方案中，所述聚乳酸的熔融指数小于等于 10g/10min。

作为优选，所述聚乳酸为右旋聚乳酸、左旋聚乳酸、消旋聚乳酸及其混合物中的至少一种。上述技术方案中，聚乳酸的选择是本领域技术人员可根据实际情况选用的，同时并不局限于上述范围内所列举的。

在一个优选的实施方案中，所述增韧剂选自聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、聚己内酯(PCL)、聚羟基烷酸酯(PHA)、聚碳酸亚丙酯(PPC)、丙烯酸酯类共聚物、马来酸酐接枝共聚物中的一种或多种。

聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)主要用于改善聚乳酸的韧性，可采用市售产品，如可采用BASF公司生产的。

在一个优选的实施方案中，所述润滑剂包括硬脂酸、硬脂酸盐、聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺、白油中的一种或多种。

在一个优选的实施方案中，所述相容剂包括硅烷类偶联剂、铝酸酯类偶联剂和钛酸酯类偶联剂中的一种或多种。

相容剂的加入降低了共混物PLA/PBAT的玻璃化转变温度，降低了共混物的粘度。加入相容剂后，共混物PLA/PBAT获得稳定的界面结构，在拉伸过程中均匀拉伸，共混物的断裂伸长率明显增加。

在一个优选的实施方案中，所述填料可以为无机填料或有机填料。在一个优选的实施方案中，所述无机填料选自碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、二氧化钛、硅灰石、云母、蒙脱土中的一种或多种。

在一个优选的实施方案中，所述有机填料选自淀粉、纤维素、木质素、甲壳素、竹纤维中的一种或多种。

在一个优选的实施方案中，所述抗菌剂选自银离子抗菌剂、锌离子抗菌剂、铜离子抗菌剂中的一种或多种。本公开还提供了一种全生物降解棉签棒的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照一定比例分别称取聚乳酸、增韧剂、润滑剂、相容剂、抗菌剂和填料，投入到混料设备中混合均匀得到共混料；

(2)将所述共混料投入到双螺杆挤出机中进行熔融共混，通过挤出机模头形成长条，然后根据规定长度进行分切得到全生物降解塑料棉签棒。

在一个优选的实施方案中，所述熔融共混的温度为165-185℃。

在一个优选的实施方案中，所述熔融共混可以在180-220rpm，优选在200rpm的螺杆转速下进行。

大多数聚合物是不相容的，同时受动力学的影响，聚合物的形貌会产生明显的不同，动力学的影响因素很多，例如：聚合物的粘度、混合比例、混合条件(剪切速率，剪切温度等)、界面性能等。不同的动力学条件可能产生不同的形貌和性能。因此，在共混时应该根据共混物性能严格控制共混的条件，PLA共混的方式一般选择熔融共混，熔融共混可选择双螺杆共混和密炼机共混，共混的温度、螺杆的长度、转速、共混时间和密炼机的剪切速率等都是影响共混物形态的关键因素，所以加工时应严格控制加工条件。

为了解决普通塑料棉签棒造成的白色污染问题，本公开采用生物降解塑料来制备棉签棒，主要以聚乳酸(PLA)为原料，添加增韧剂、抗菌剂和填料等助剂，通过熔融纺丝工艺制备。聚乳酸是一种以玉米淀粉、秸秆等为初始原料，通过一系列发酵、聚合等工艺制得的具有生物降解性的聚合物，已被应用于很多行业和领域。PLA具有良好的可纺性，可制备得到不同长度的纤维塑料，适合于作为棉签棒使用。

其中，增韧剂的添加量为0.1-5％，其作用在于提高PLA的韧性，当增韧剂的量小于0.1％，则导致PLA脆性较大，制品容易折断；当增韧剂的量大于5％，则导致制品挺度不够，容易弯曲。

其中，相容剂的添加量为0.1-1％，其作用在于提高PLA和填料的界面结合力，当相容剂的量小于0.1％，则导致PLA和填料两相分离严重，影响制品机械性能；当增韧剂的量大于1％，则无法充分发挥相容剂的作用，导致浪费。

其中，抗菌剂的添加量为0.1-3％，其作用在于抑菌防霉，当抗菌剂的量小于0.1％，则导致制品抗菌效果不佳；当抗菌剂的量大于3％，则导致浪费。

本公开的有益效果为：首先可实现完全生物降解，主要成分均具有生物降解性，最终降解产物为二氧化碳、水和小分子生物质，属于环境友好型材料；第二，由于添加了有机或无机填料，在降低了生产成本，产品市场竞争力更强；第三，添加抗菌剂，有利于长期保存，并且保证棉签棒本身清洁卫生；第四，力学性能优异、白度高、环境友好，且制备简单。

本公开提供了一种全生物降解棉签棒的制备方法，通过现有的设备双螺杆挤出机即可实现，易于实施，可操作性强，易于工业化大规模生产，具备良好的经济效益和广阔的应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将结合实施方式来详细说明本公开。

实施例

以下公开的实施例更详细说明了本公开，然而，本公开并不仅限于这些实施例。

实施例1

按PLA80份，PBAT5份，硬脂酸1份，滑石粉13份，银离子抗菌剂 0.5份，KH550 0.5份比例将原料进行共混，通过双螺杆挤出机制备得到全生物降解棉签棒。

实施例2

按PLA85份，PPC5份，聚乙烯蜡1份，滑石粉8份，银离子抗菌剂 0.5份，KH550 0.5份比例将原料进行共混，通过双螺杆挤出机制备得到全生物降解棉签棒。

实施例3

按PLA70份，PBAT5份，乙撑双硬脂酰胺1份，碳酸钙23份，铜离子抗菌剂0.5份，钛酸酯偶联剂0.5份比例将原料进行共混，通过双螺杆挤出机制备得到全生物降解棉签棒。

对比例1

按PLA100份通过双螺杆挤出机制备得到全生物降解棉签棒。

对比例2

按PLA80.5份，PBAT5份，硬脂酸1份，滑石粉13份，KH550 0.5 份比例将原料进行共混，通过双螺杆挤出机制备得到全生物降解棉签棒。

对比例3

按PLA80.5份，PBAT5份，硬脂酸1份，滑石粉13份，银离子抗菌剂0.5份比例将原料进行共混，通过双螺杆挤出机制备得到全生物降解棉签棒。

样品检测

取实施例1-4及对比例1中得到的样品

拉伸测试：使用Instron-5699 tester测试，遵循的标准是 GB/T1040-92塑料拉伸性能试验方法；抗菌效果评价采用的是奎因法。拉伸样条的尺寸为25mm×4mm×2mm，使用Scientific MiNiJet Pro仪器进行注塑，注塑温度为190℃，注塑压力700bar。

表1样品机械性能试验结果

我们通过上表可以看出，通过添加增韧剂、抗菌剂和相容剂均能取得相应的效果，添加填料可降低制品成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例 /方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、塑料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种全生物降解棉签棒，其特征在于，包括：

聚乳酸，质量含量70-99％；

增韧剂，质量含量0.1-5％；

润滑剂，质量含量0.1-2％；

相容剂，质量含量0.1-1％；

填料，质量含量0.1-30％；

抗菌剂，质量含量0.1-3％。

2.根据权利要求1所述的全生物降解棉签棒，其特征在于，包括：

聚乳酸，质量含量70-90％；

增韧剂，质量含量0.1-3％；

润滑剂，质量含量0.1-1％；

相容剂，质量含量0.1-0.5％；

填料，质量含量0.1-20％；

抗菌剂，质量含量0.1-2％。

3.根据权利要求1或2所述的全生物降解棉签棒，其特征在于，所述聚乳酸的熔融指数小于等于10g/10min。

4.根据权利要求1或2所述的全生物降解棉签棒，其特征在于，所述增韧剂选自聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、聚己内酯(PCL)、聚羟基烷酸酯(PHA)、聚碳酸亚丙酯(PPC)、丙烯酸酯类共聚物、马来酸酐接枝共聚物中的一种或多种。

5.根据权利要求1或2所述的全生物降解棉签棒，其特征在于，所述润滑剂包括硬脂酸、硬脂酸盐、聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺、白油中的一种或多种。

6.根据权利要求1或2所述的全生物降解棉签棒，其特征在于，所述相容剂包括硅烷类偶联剂、铝酸酯类偶联剂和钛酸酯类偶联剂中的一种或多种。

7.根据权利要求1或2所述的全生物降解棉签棒，其特征在于，所述填料可以为无机填料或有机填料；所述无机填料选自碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、二氧化钛、硅灰石、云母、蒙脱土中的一种或多种；所述有机填料选自淀粉、纤维素、木质素、甲壳素、竹纤维中的一种或多种。

8.根据权利要求1或2所述的全生物降解棉签棒，其特征在于，所述抗菌剂选自银离子抗菌剂、锌离子抗菌剂、铜离子抗菌剂中的一种或多种。

9.一种权利要求1或2所述的全生物降解棉签棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照一定比例分别称取聚乳酸、增韧剂、润滑剂、相容剂、抗菌剂和填料，投入到混料设备中混合均匀得到共混料；

(2)将所述共混料投入到双螺杆挤出机中进行熔融共混，通过挤出机模头形成长条，然后根据规定长度进行分切得到全生物降解塑料棉签棒。

10.根据权利要求9所述的全生物降解棉签棒的制备方法，其特征在于，所述熔融共混的温度为165-185℃。