CN112608585B - 一种高填充低成本生物降解复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物降解复合材料领域，具体是一种高填充低成本生物降解复合材料，由以下原料按如下重量百分比组成：PBAT 10‑40％，PLA 10‑30％，酯交换催化剂0.2‑1％，增韧剂1‑5％，润滑剂1‑5％，预处理钙基蒙脱土20‑70％；所述的预处理为采用预处理剂在钙基蒙脱土表面引入超支化聚酯树脂。本发明制备的一种高填充低成本生物降解复合材料，具有很好的力学性能和加工性能，且产品中有机材料可全部降解，可用于一次性餐具，日常包装用品的生产。

Description

一种高填充低成本生物降解复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物降解复合材料领域，具体地说，是一种高填充低成本生物降解复合材料及其制备方法。

背景技术

随着国家绿色环保政策的推广，生物降解塑料的市场规模不断扩大。目前市场上主流的生物降解塑料制品主要以己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物(PBAT)，聚乳酸(PLA)，聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为主，他们有各自的优点，PBAT，PBS韧性好，PLA强度高，但是同样的与传统塑料相比他们的价格较高，不利于市场推广。市场上通常采用淀粉，碳酸钙，滑石粉等不影响制品降解性能，并且能被环境消纳的低价格填料来降低制品成本。填料的加入会提高加工电流降低产品生产效率，同时由于相容性的原因也降低了产品性能。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术问题，提供一种高填充低成本生物降解复合材料及其制备方法，

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明以蒙脱土为填料，在其表面引入超支化聚酯树脂。由于超支化材料特有的低粘度的性质，降低了填料加入对产品加工电流的影响。同时在加工过程中使超支化聚酯与基础树脂进行酯交换反应，增加了填料与树脂的相容性，从而在保证产品性能的同时大幅度的提高了填料的加入量。

本发明的第一方面，提供一种高填充低成本生物降解复合材料，由以下原料按如下重量百分比组成：

所述的预处理为采用预处理剂在钙基蒙脱土表面引入超支化聚酯树脂。

进一步的，所述的预处理剂分为预处理剂A和预处理剂B：

所述的预处理剂A为四甲氧基硅烷，可采用上海阿拉丁生化科技股份有限公司生产的产品。

所述的预处理剂B为超支化聚酯，可采用苏州海博特树脂科技有限公司生产的牌号H101的产品。

进一步的，所述的钙基蒙脱土的预处理方法包括以下步骤：

(a)把钙基蒙脱土原材料加入高速搅拌机中，加入其质量分数10％的四甲氧基硅烷，控制温度40-50℃，分散一小时；结束后在湿度80％的室温条件下放置24h；

(b)配制质量百分比为10％的超支化聚酯水溶液，把超支化聚酯水溶液加入步骤a处理后的钙基蒙脱土中，超支化聚酯水溶液和钙基蒙脱土的质量比为2：5，控制温度90-95℃，分散40分钟后取样测试水分含量，测得水分含量低于0.1％，停止分散，即得。

本发明中通过预处理剂A、B对蒙脱土表面进行预处理，提高了产品性能。预处理剂A，B具有很好的协同作用，首先预处理剂A具有较高的反应性，由于其在特定湿度下的水解作用下产生的多官能团的特性，不但使其与蒙脱土表面形成了较为牢固的化学键，而且还丰富了蒙脱土表面的待反应基团的单位密度和活性。预处理剂B为端羟基超支化聚酯可以和已经固定在蒙脱土表面的处理剂A进行反应，增加了预处理剂B与蒙脱土相容性的同时还进一步增加了蒙脱土周围超枝化树脂的包覆效果。

进一步的，所述的钙基蒙脱土粒度1250目。可采用灵寿县博盛矿产品加工厂生产的钙基蒙脱土，粒度1250目。

进一步的，所述的PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯)断裂伸长率400％-500％。可采用新疆蓝山屯河生产的，牌号TH801T，断裂伸长率400％；或金晖兆隆高新科技有限公司生产的，牌号1908，断裂伸长率500％。

进一步的，所述的PLA(聚乳酸)断裂强度50-64Mpa。可采用法国道达尔生产的，牌号L105，断裂强度50Mpa；或美国NatureWorks生产的，牌号2500H，断裂强度64Mpa。

进一步的，所述的酯交换催化剂为异辛酸锌或钛酸四丁酯。可采用江苏常青树新材料科技股份有限公司的异辛酸锌；或南京道宁化工有限公司生产的钛酸四丁酯。

进一步的，所述的增韧剂为环氧大豆油，环氧大豆油含量>99％。可采用德州龙达油脂科技有限公司生产的环氧大豆油，环氧大豆油含量>99％。

进一步的，所述的润滑剂为硬脂酸钙或硬脂酸锌。可采用淄博市坤玉化工有限公司生产的硬脂酸钙或硬脂酸锌。

本发明的第二方面，提供一种如上所述的高填充低成本生物降解复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A、把各原料按照比例加入到高速分散机中进行混合，时间1～10min；

B、将步骤A所得混合物料加入双螺杆挤出机熔融，经过挤出切粒后，获得所述的高填充低成本生物降解复合材料。

进一步的，所述的双螺杆挤出机的长径比40:1，设定温度为170℃。

本发明优点在于：

1、本发明提供了一种高填充低成本生物降解复合材料，原料中以蒙脱土为填料，通过预处理在其表面引入超支化聚酯树脂降低粘度，降低了填料加入对产品加工电流的影响，大大减少了损耗并提升了加工效率；

2、同时在加工过程中使超支化聚酯与基础树脂进行酯交换反应，增加了填料与树脂的相容性，从而在保证产品性能的同时大幅度的提高了填料的加入量；

3、本发明制备的一种高填充低成本生物降解复合材料，具有很好的力学性能和加工性能，且产品中有机材料可全部降解，可用于一次性餐具，日常包装用品的生产。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明提供的具体实施方式作详细说明。

实施例1：

一种高填充低成本生物降解复合材料，其各原料组分的重量百分比为：

所述的钙基蒙脱土的预处理方法包括以下步骤：

(a)把待处理的钙基蒙脱土原材料加入高速搅拌机中，加入其质量分数10％的预处理剂A(甲氧基硅烷，上海阿拉丁生化科技股份有限公司生产)，控制温度40-50℃，分散一小时。结束后在湿度80％的室温条件下放置24h。

(b)配制质量百分比为10％的预处理剂B(超支化聚酯，苏州海博特树脂科技有限公司生产，牌号H101)水溶液，把溶液加入步骤a处理后的钙基蒙脱土中，水溶液和蒙脱土质量比为2：5，控制温度90-95℃，分散40分钟后取样测试水分含量低于0.1％，停止分散，所得即为预处理完成的钙基蒙脱土。

所述的高填充低成本生物降解复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A、把各原料按照比例加入到高速分散机中进行混合，时间1～10min；

B、将步骤A所得混合物料加入双螺杆挤出机熔融，经过挤出切粒后，获得所述的高填充低成本生物降解复合材料。所述的双螺杆挤出机的长径比40:1，设定温度为170℃。

实施例2：

一种高填充低成本生物降解复合材料，其各原料组分的重量百分比为：

所述的钙基蒙脱土的预处理方法和所述的高填充低成本生物降解复合材料的制备方法同实施例1。

实施例3：

一种高填充低成本生物降解复合材料，其各原料组分的重量百分比为：

所述的钙基蒙脱土的预处理方法和所述的高填充低成本生物降解复合材料的制备方法同实施例1。

实施例4：

一种高填充低成本生物降解复合材料，其各原料组分的重量百分比为：

所述的钙基蒙脱土的预处理方法和所述的高填充低成本生物降解复合材料的制备方法同实施例1。

对比例1：

一种复合材料，其各原料组分的重量百分比为：

复合材料的制备方法同实施例1。

对比例2：

一种复合材料，其各原料组分的重量百分比为：

所述的钙基蒙脱土的预处理方法包括以下步骤(只加入预处理剂A)：

把待处理的钙基蒙脱土原材料加入高速搅拌机中，加入其质量分数10％的预处理剂A(甲氧基硅烷，上海阿拉丁生化科技股份有限公司生产)，控制温度40-50℃，分散一小时。结束后在湿度80％的室温条件下放置24h。

复合材料的制备方法同实施例1。

对比例3：

一种复合材料，其各原料组分的重量百分比为：

所述的钙基蒙脱土的预处理方法包括以下步骤(只加入预处理剂B)：

配制质量百分比为10％的预处理剂B(超支化聚酯，苏州海博特树脂科技有限公司生产，牌号H101)水溶液，把溶液加入钙基蒙脱土中，水溶液和蒙脱土质量比为2：5，控制温度90-95℃，分散40分钟后取样测试水分含量低于0.1％，停止分散，所得即为预处理完成的钙基蒙脱土。

复合材料的制备方法同实施例1。

实施例5：性能测试

采用下述方法对本发明实施例制备的一种高填充低成本生物降解复合材料和和对比例制备的复合材料分别制成2mm左右的薄板进行测试，性能测试结果见表1。

表1.实施例1-4和对比例1制备的产品性能测试结果

表1的性能测试结果表明：

(1)对比实施例1、2、3可以看到随着无机填料的增加，产品的性能会有所下降，但是下降幅度较为缓慢，即使填充量达到70％(实施例3)，产品还具备有一定强度和韧性。

(2)对比例1的产品的测试性能和实施例3相比有着比较大的差距，这是由于未经预处理的蒙脱土不能和挤出树脂性能很好的相容性，导致了产品性能的下降。

(3)对比例1的产品的加工性能和实施例3相比有着比较大的差距，由于没有超支化聚酯降低粘度的作用，对比例1的加工电流明显增高，这显著增加了及其损耗，降低了加工效率。

(4)通过实施例1和对比例2、3可以看到，预处理剂A和预处理剂B可以达到很好的协同作用，大大提升产品的性能。对比例2中只加入了预处理剂A，其具有高度的反应活性，但没有预处理B的后续处理，其较高的反应活性使其在加工过程中产生了过多的交联，显著提高了加工电流。对比例3中只加入了预处理剂B，其加工电流由于超支化聚酯的作用有所降低，但是也比实施例1高出很多，且力学性能下降很多，这是由于配方中相容性较差的原因造成的。

本发明制备的一种高填充低成本生物降解复合材料，具有很好的力学性能和加工性能，且产品中有机材料可全部降解，可用于一次性餐具，日常包装用品的生产。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种高填充低成本生物降解复合材料，其特征在于，由以下原料按如下重量百分比组成：

所述的增韧剂为环氧大豆油，环氧大豆油含量>99％；所述的预处理为采用预处理剂在钙基蒙脱土表面引入超支化聚酯树脂；所述的预处理剂为四甲氧基硅烷和超支化聚酯；

所述的钙基蒙脱土的预处理方法包括以下步骤：

(a)把钙基蒙脱土原材料加入高速搅拌机中，加入其质量分数10％的四甲氧基硅烷，控制温度40-50℃，分散一小时；结束后在湿度80％的室温条件下放置24h；

(b)配制质量百分比为10％的超支化聚酯水溶液，把超支化聚酯水溶液加入步骤a处理后的钙基蒙脱土中，超支化聚酯水溶液和钙基蒙脱土的质量比为2：5，控制温度90-95℃，分散40分钟后取样测试水分含量，测得水分含量低于0.1％，停止分散，即得。

2.根据权利要求1所述的高填充低成本生物降解复合材料，其特征在于，所述的钙基蒙脱土粒度1250目。

3.根据权利要求1所述的高填充低成本生物降解复合材料，其特征在于，所述的PBAT断裂伸长率400％-500％。

4.根据权利要求1所述的高填充低成本生物降解复合材料，其特征在于，所述的PLA断裂强度50-64Mpa。

5.根据权利要求1所述的高填充低成本生物降解复合材料，其特征在于，所述的酯交换催化剂为异辛酸锌或钛酸四丁酯。

6.根据权利要求1所述的高填充低成本生物降解复合材料，其特征在于，所述的润滑剂为硬脂酸钙或硬脂酸锌。

7.一种如权利要求1-6任一所述的高填充低成本生物降解复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、把各原料按照比例加入到高速分散机中进行混合，时间1～10min；

B、将步骤A所得混合物料加入双螺杆挤出机熔融，经过挤出切粒后，获得所述的高填充低成本生物降解复合材料。