CN113683874A - 一种全生物质全降解材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全生物质全降解材料，其特征在于，按照重量百分比计，其组成原料及含量如下：改性聚乳酸40～50％，植物纤维10～30％，植物淀粉10～30％，增塑剂5～10％，抗氧化剂1～5％，填充剂1～5％。本发明还公开了其制备方法。发明所采用的原料均为可分解的天然材料，来源极为广泛，价格相对较低，力学性能一般，耐热性能较好，是典型的可完全生物质降解的替代材料，具有良好的生物质相容性和生物质可吸收性。本发明的全生物质全降解材料的生物分解率得到了显著的提高，弯曲强度和抗冲击强度较好。

Description

一种全生物质全降解材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于降解材料技术领域，具体涉及一种全生物质全降解材料及其制备方法与应用。
背景技术
生物质全降解材料是由植物纤维(稻草纤维)、淀粉和其它添加剂混合后，经过发泡成型工艺制成。生物质全降解材料中的植物纤维的连接形式是相互交叉的立体网状结构；发泡剂含量为1.0％时，生物质全降解材料形成的气泡孔为封闭结构且分布比较均匀，这种均匀的结构保证了材料良好的抗冲击性、反弹性和隔热保温性。生物质材料在塑料制品等行业的应用，这有效缓解了传统的塑料制品对环境的污染，使得生物质材料成为能够替代塑料制品最大的可能性。
现有技术中关于生物质全降解材料也有公开，例如，申请号为CN200610053643.8的中国发明专利公开了一种生物质全降解材料及其制备工艺，其配方包括植物淀粉，可降解脂肪族聚酯，助剂；其制备工艺主要包括除湿处理、热混合、冷混合和挤出成型。又如，申请号为CN201711128907.6的中国发明专利公开了一种生物质降解材料及其制备方法，由以下重量份的原料制成：80-200份聚丁二酸丁二醇酯、60-80份改性料聚乳酸、30-50份PHBH、5-20份增塑剂、5-10份蓖麻短纤维、1-5份抗氧化剂和1-5份润滑剂。
虽然有相关的生物质材料制品出现，但是仍需要改进以获得性能更加优良的全生物质全降解材料。
发明内容
本发明的主要目的在于对现有技术中的缺点，提供一种全生物质全降解材料及其制备方法与应用。本发明的全生物质全降解材料全部组成均为可降解材料，具有易降解、环境友好的特点。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提供了一种全生物质全降解材料，其特征在于，按照重量百分比计，其组成原料及含量如下：改性聚乳酸40～50％，植物纤维10～30％，植物淀粉10～30％，增塑剂5～10％，抗氧化剂1～5％，填充剂1～5％。
优选地，所述改性聚乳酸的制备方法为：将聚乳酸与氟锆酸盐充分混合，得到初混料，然后将混料进行挤出造粒，即得到改性聚乳酸。
优选地，所述聚乳酸与氟锆酸盐的质量比为100：(1～5)。
优选地，所述植物淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、红薯淀粉、小麦淀粉中的一种或多种。
优选地，所述增塑剂为甘油、单甘酯、山梨醇、硬脂酸中的一种或多种。
优选地，所述填充剂为碳酸钙、滑石粉、钛白粉的一种或多种。
优选地，所述的抗氧化剂为硫代二丙酸二月桂酯、四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
优选地，所述植物纤维包括棉花纤维、椰壳纤维、黄麻纤维、剑麻纤维、苎麻纤维、竹纤维、木棉纤维中的至少一种。
本发明的目的及解决其技术问题还通过采用以下技术方案来实现。
本发明还提供了一种制备全生物全降解材料的方法，该方法包括以下步骤：
将改性聚乳酸、植物纤维、植物淀粉按照配比称重后共混后在60～80℃下干燥1～3h，得到烘干料；
将烘干料投入到高速混合机中，并依次投入增塑剂、抗氧化剂和填充剂，在高速混合机中对原料进行混合，混合时间为20～30min；
将高速混合机中的混合料加入到双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到生物质降解材料。
优选地，所述双螺杆挤出机的一区挤出温度为90～100℃，二区挤出温度为110～120℃，三区挤出温度为120～130℃。
借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：本发明所采用的原料均为可分解的天然材料，来源极为广泛，价格相对较低，力学性能一般，耐热性能较好，是典型的可完全生物质降解的替代材料，具有良好的生物质相容性和生物质可吸收性。本发明的全生物质全降解材料的生物分解率得到了显著的提高，弯曲强度和抗冲击强度较好。
综上所述，本发明特殊的全生物全降解材料性能优良。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品和方法中未见有类似的设计公开发表或使用而确属创新，其不论在方法上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的产品具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
按照重量份数计，将100份聚乳酸与3份氟锆酸盐充分混合，得到初混料，然后将混料进行挤出造粒，得到改性聚乳酸。
取45份改性聚乳酸、20份棉花纤维、20份玉米淀粉共混后再70℃下干燥2h，得到烘干料。将烘干料投入到高速混合机中，并依次投入9份山梨醇、3份硫代二丙酸二月桂酯以及3份滑石粉，在高速混合机中对原料进行混合，混合时间为25min。将高速混合机中的混合料加入到双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到生物质降解材料，其中，双螺杆挤出机的一区挤出温度为95℃，二区挤出温度为115℃，三区挤出温度为125℃。
实施例2
按照重量份数计，将100份聚乳酸与3份氟锆酸盐充分混合，得到初混料，然后将混料进行挤出造粒，得到改性聚乳酸。
取40份改性聚乳酸、30份椰壳纤维、15份木薯淀粉共混后再80℃下干燥1h，得到烘干料。将烘干料投入到高速混合机中，并依次投入9份甘油、3份硫代二丙酸二月桂酯以及3份钛白粉，在高速混合机中对原料进行混合，混合时间为25min。将高速混合机中的混合料加入到双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到生物质降解材料，其中，双螺杆挤出机的一区挤出温度为90℃，二区挤出温度为120℃，三区挤出温度为120℃。
实施例3
按照重量份数计，将100份聚乳酸与3份氟锆酸盐充分混合，得到初混料，然后将混料进行挤出造粒，得到改性聚乳酸。
取50份改性聚乳酸、10份木棉纤维、25份红薯淀粉共混后再60℃下干燥3h，得到烘干料。将烘干料投入到高速混合机中，并依次投入9份硬脂酸、3份硫代二丙酸二月桂酯以及3份碳酸钙，在高速混合机中对原料进行混合，混合时间为30min。将高速混合机中的混合料加入到双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到生物质降解材料，其中，双螺杆挤出机的一区挤出温度为100℃，二区挤出温度为110℃，三区挤出温度为130℃。
实施例4
按照重量份数计，将100份聚乳酸与1份氟锆酸盐充分混合，得到初混料，然后将混料进行挤出造粒，得到改性聚乳酸。
取45份改性聚乳酸、20份竹纤维、20份小麦淀粉共混后再70℃下干燥2h，得到烘干料。将烘干料投入到高速混合机中，并依次投入9份山梨醇、3份硫代二丙酸二月桂酯以及3份钛白粉，在高速混合机中对原料进行混合，混合时间为25min。将高速混合机中的混合料加入到双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到生物质降解材料，其中，双螺杆挤出机的一区挤出温度为95℃，二区挤出温度为115℃，三区挤出温度为125℃。
实施例5
按照重量份数计，将100份聚乳酸与2份氟锆酸盐充分混合，得到初混料，然后将混料进行挤出造粒，得到改性聚乳酸。
取40份改性聚乳酸、20份棉花纤维、20份玉米淀粉共混后再80℃下干燥1h，得到烘干料。将烘干料投入到高速混合机中，并依次投入10份单甘酯、5份硫代二丙酸二月桂酯以及5份滑石粉，在高速混合机中对原料进行混合，混合时间为20min。将高速混合机中的混合料加入到双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到生物质降解材料，其中，双螺杆挤出机的一区挤出温度为90℃，二区挤出温度为120℃，三区挤出温度为120℃。
实施例6
按照重量份数计，将100份聚乳酸与5份氟锆酸盐充分混合，得到初混料，然后将混料进行挤出造粒，得到改性聚乳酸。
取50份改性聚乳酸、20份竹纤维、23份小麦淀粉共混后再60℃下干燥3h，得到烘干料。将烘干料投入到高速混合机中，并依次投入5份甘油、1份硫代二丙酸二月桂酯以及1份碳酸钙，在高速混合机中对原料进行混合，混合时间为30min。将高速混合机中的混合料加入到双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到生物质降解材料，其中，双螺杆挤出机的一区挤出温度为100℃，二区挤出温度为110℃，三区挤出温度为130℃。
应用例全生物质全降解材料制品的降解性能测试
将实施例1得到的全生物质全降解材料在200℃下吹塑成型得到塑料制品，并对该塑料制品的降解性能进行测定。
采用GB/T 19276.1-2003标准，模拟在自然含水环境中生物分解过程，测试得到本实施例的材料的生物分解率达到98％，材料的弯曲强度为57Mpa。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种全生物质全降解材料，其特征在于，按照重量百分比计，其组成原料及含量如下：改性聚乳酸40～50％，植物纤维10～30％，植物淀粉10～30％，增塑剂5～10％，抗氧化剂1～5％，填充剂1～5％。
2.根据权利要求1所述的全生物质全降解材料，其特征在于，所述改性聚乳酸的制备方法为：将聚乳酸与氟锆酸盐充分混合，得到初混料，然后将混料进行挤出造粒，即得到改性聚乳酸。
3.根据权利要求2所述的全生物质全降解材料，其特征在于，所述聚乳酸与氟锆酸盐的质量比为100：(1～5)。
4.根据权利要求1所述的全生物质全降解材料，其特征在于，所述植物淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、红薯淀粉、小麦淀粉中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的全生物全降解材料，其特征在于，所述增塑剂为甘油、单甘酯、山梨醇、硬脂酸中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的全生物全降解材料，其特征在于，所述填充剂为碳酸钙、滑石粉、钛白粉的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的全生物全降解材料，其特征在于，所述的抗氧化剂为硫代二丙酸二月桂酯、四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
8.根据权利要求1所述的全生物全降解材料，其特征在于，所述植物纤维包括棉花纤维、椰壳纤维、黄麻纤维、剑麻纤维、苎麻纤维、竹纤维、木棉纤维中的至少一种。
9.一种制备权利要求1～8中任一项所述的全生物全降解材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
将改性聚乳酸、植物纤维、植物淀粉按照配比称重后共混后在60～80℃下干燥1～3h，得到烘干料；
将烘干料投入到高速混合机中，并依次投入增塑剂、抗氧化剂和填充剂，在高速混合机中对原料进行混合，混合时间为20～30min；
将高速混合机中的混合料加入到双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到生物质降解材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的一区挤出温度为90～100℃，二区挤出温度为110～120℃，三区挤出温度为120～130℃。
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