CN112724625A - 聚乳酸和甲壳素复合母粒材料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚乳酸和甲壳素复合母粒材料制备方法，采用单组份溶浇浸润法实现聚乳酸和甲壳素两种成分的有效互溶和分散，使甲壳素溶液充分浸润聚乳酸颗粒；然后将充分浸润后的混合物通过双螺杆挤出机造粒，得到成品复合母粒。本发明仅配制了甲壳素一种组分的溶液即得到分散良好的高分子复合母粒材料，减少了总的溶剂使用量，同时聚乳酸原料没有经历溶解析出过程，不影响原材料的结晶取向等方面的性能，环保高效。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚乳酸和甲壳素复合母粒材料制备方法，属于高分子聚合物改性加工技术领域。
背景技术
目前对环保可降解材料的需求日益旺盛，其中聚乳酸作为最具代表性的环保可降解材料之一，是目前使用最普遍，产业化最成熟的环保塑料，是领域内的热点材料。
另一方面，甲壳素是从虾、蟹等外壳中提取制备的天然高分子材料，它的分子结构中带有不饱和的阳离子基团，是自然界中迄今为止发现的唯一带正电荷的高分子，其对带负电荷的各类有害物质具有强大的吸附作用。此外作为一种天然生物材料，甲壳素还具有生物亲和力好、生物可降解性、环保无污染、具有优秀抗菌除臭功能的特性，近年来受到科研与工业界的广泛关注。
因此，聚乳酸和甲壳素同作为生物基、环保可降解的材料，将两者复合改性，即制备高分子合金，以获得各自的优势性能，是非常自然的思路。但是，由于甲壳素分子之间有很强的氢键相互作用，非常难于分散与加工，要将其良好分散并加入聚乳酸材料难度较大。虽然已有多种公开报道的文献讨论了聚乳酸/甲壳素复合材料的实现方案，但是这些方案或者不采用溶液法，很难做到甲壳素分子的分散和混合均匀，例如中国发明专利CN109320929A和CN110387113A公开的方案，采用两种材料直接混合双螺杆造粒的方法，无法使甲壳素分子链间氢键打开而实现充分分散；或者有些技术方案利用溶液法，可以实现很好的分散，但目前公开报道的方案都采用了双组分双溶液方案，即既要配制甲壳素溶液，又要配制聚乳酸溶液，例如中国发明专利CN106221160A公开的甲壳素强酸溶液/聚乳酸三氯甲烷双溶液互溶方案，中国发明专利CN103387684A公开的先配置甲壳素溶液成膜，再配置聚乳酸二氯甲烷溶液互溶的方案等。
由于聚乳酸的溶剂多为有毒有害，易挥发的试剂，同时聚乳酸原料如果配制成溶液，经历溶解-析出过程，会影响原材料的结晶取向等方面的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚乳酸和甲壳素复合母粒材料制备方法，将甲壳素材料作为改性填料，以单组分溶液浸润法有效掺入聚乳酸基体材料，再进一步进行复合母粒的造粒工艺加工，其中“单组分”的含义是仅配制甲壳素一种组分的溶液，而不配制聚乳酸溶液，从而可大幅减少危险有害溶剂的使用。
为了实现上述目的，本发明提供一种聚乳酸和甲壳素复合母粒材料制备方法，采用单组分溶浇浸润法实现聚乳酸和甲壳素两种成分的有效互溶和分散，使甲壳素溶液充分浸润聚乳酸颗粒；然后将充分浸润后的混合物通过双螺杆挤出机造粒，得到成品复合母粒材料。
进一步地，所述单组分溶浇浸润法的工艺步骤为：将甲壳素原料溶解于甲壳素的良好溶剂，制得均匀分散的甲壳素溶液，按该溶液体积20％-200％的比例加入聚乳酸的良好溶剂，制得均匀分散的单组份双溶剂溶液，将该溶液混入干燥后的聚乳酸颗粒，搅拌5-30分钟至溶液充分分散并浸润于聚乳酸颗粒表面；其中所述甲壳素的良好溶剂为六氟异丙醇、六氟丙酮水合物、离子液体溶剂和强酸类溶剂中的其中至少之一；所述聚乳酸的良好溶剂为三氯甲烷、二氯甲烷和环己烷中的其中至少之一。
进一步地，所述混合物包括如下质量组分：聚乳酸50-99份，甲壳素1-50份，相容剂0-2份；其中，所述甲壳素为未经脱酰胺处理的天然提取物，所述相容剂为环氧官能团扩链剂。
进一步地，所述双螺杆挤出造粒的工艺参数为：双螺杆加工温度为160-230℃，螺杆转速为100-500rpm，所述混合物在双螺杆挤出机中的停留时间为1-4分钟。
进一步地，所述甲壳素和聚乳酸在溶浇浸润之前进行干燥处理，干燥温度为60-90℃，干燥时间为2-24h，使干燥后水分含量小于100ppm。
本发明仅配制了甲壳素一种组分的溶液即得到分散良好的高分子复合母粒材料，减少了总的溶剂使用量，同时聚乳酸原料没有经历溶解析出过程，不影响原材料的结晶取向等方面的性能，环保高效。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明，本发明的应用并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通都将落入本发明的保护范围。
实施例一：
一种聚乳酸/甲壳素复合合金母粒材料，包含以下重量百分比的组分：
| 组分名称 | 重量百分比 |
| 聚乳酸 | 75 |
| 甲壳素 | 24 |
| 环氧官能团类扩链剂相容剂巴斯夫4370F | 1 |
将聚乳酸、甲壳素在80℃下干燥24h,干燥后水分含量小于100ppm；
将干燥后的24份甲壳素原料，溶解于六氟异丙醇，制得均匀分散的甲壳素溶液，按该溶液体积100％的比例加入二氯甲烷，制得均匀分散的单组份双溶剂溶液，将该溶液混入干燥后的75份聚乳酸颗粒，搅拌20分钟至溶液充分分散并浸润于聚乳酸颗粒表面；
将经过甲壳素溶液浸润处理的聚乳酸颗粒和1份4370F增容剂进行共混，通过双螺杆挤出机造粒，得到成品颗粒材料，造粒步骤的工艺参数为：双螺杆加工温度180℃，转速200r/min，混合物料在双螺杆挤出机中的停留时间为4分钟。
实施例2：
一种聚乳酸/甲壳素复合合金母粒材料，包含以下重量百分比的组分：
| 组分名称 | 重量百分比 |
| 聚乳酸 | 90 |
| 甲壳素 | 10 |
将聚乳酸、甲壳素在85℃下干燥20h,干燥后水分含量小于100ppm；
将干燥后的10份甲壳素原料，溶解于六氟丙酮水合物，制得均匀分散的甲壳素溶液，按该溶液体积150％的比例加入三氯甲烷，制得均匀分散的单组份双溶剂溶液，将该溶液混入干燥后的90份聚乳酸颗粒，搅拌30分钟至溶液充分分散并浸润于聚乳酸颗粒表面；
将经过甲壳素溶液浸润处理的聚乳酸颗粒通过双螺杆挤出机造粒，得到成品颗粒材料，造粒步骤的工艺参数为：双螺杆加工温度170℃，转速300r/min，混合物料在双螺杆挤出机中的停留时间为3分钟。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.聚乳酸和甲壳素复合母粒材料制备方法，其特征在于，采用单组分溶浇浸润法实现聚乳酸和甲壳素两种成分的有效互溶和分散，使甲壳素溶液充分浸润聚乳酸颗粒；然后将充分浸润后的混合物通过双螺杆挤出机造粒，得到成品复合母粒材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单组分溶浇浸润法的工艺步骤为：将甲壳素原料溶解于甲壳素的良好溶剂，制得均匀分散的甲壳素溶液，按该溶液体积20％-200％的比例加入聚乳酸的良好溶剂，制得均匀分散的单组份双溶剂溶液，将该溶液混入干燥后的聚乳酸颗粒，搅拌5-30分钟至溶液充分分散并浸润于聚乳酸颗粒表面；
其中所述甲壳素的良好溶剂为六氟异丙醇、六氟丙酮水合物、离子液体溶剂和强酸类溶剂中的其中至少之一；所述聚乳酸的良好溶剂为三氯甲烷、二氯甲烷和环己烷中的其中至少之一。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合物包括如下质量组分：聚乳酸50-99份，甲壳素1-50份，相容剂0-2份；其中，所述甲壳素为未经脱酰胺处理的天然提取物，所述相容剂为环氧官能团扩链剂。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双螺杆挤出造粒的工艺参数为：双螺杆加工温度为160-230℃，螺杆转速为100-500rpm，所述混合物在双螺杆挤出机中的停留时间为1-4分钟。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述甲壳素和聚乳酸在溶浇浸润之前进行干燥处理，干燥温度为60-90℃，干燥时间为2-24h，使干燥后水分含量小于100ppm。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210430 |