CN114316545A - 可用于一次性包材的全降解pla塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可用于一次性包材的全降解PLA塑料及其制备方法，其特征在于包括50‑94%的聚乳酸、5‑49%的改性植物粉末、0.1‑0.5%的抗氧剂及0.1‑5%的可降解润滑剂，它们为质量百分比。其优点为：改善植物粉末与PLA的相容性，提高加工性能的同时，通过植物粉末的表面改性，提高它的耐候性能，并保持全生物降解特性，形成全降解的塑料体系。
Description
技术领域
本发明涉及全降解复合材料技术领域，具体来讲是一种可用于一次性包材的全降解PLA塑料及其制备方法。
背景技术
聚乳酸是一种新型的生物降解材料，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。同时，它的热稳定性好，加工温度170～230℃，有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。用途十分广泛，可用作包装材料、纤维和非织造物等，主要用于服装（内衣、外衣）、产业（建筑、农业、林业、造纸）和医疗卫生等领域。
但是，聚乳酸价格较高，应用推广相对困难。因此，研究技术人员不断开发各种填充改性的聚乳酸复合材料；现在市场常用的有碳酸钙、滑石粉、淀粉等填充改性的PLA复合材料。然而，采用无机填料改性的PLA复合材料在降解后会产生大量的无机填料，堆积在不同地域，造成一定的安全隐患。因此，开发全降解的PLA复合材料显得非常重要。
植物粉末能在自然条件下降解，因此，如果采用植物粉末作为填料对PLA进行改性，将可能制备出全降解的PLA复合材料。目前，使用的植物粉末还存在下述缺点：1、与基材的相容性较差，对基材的力学性能损害较大，添加量大时影响复合材料的力学性能；2、植物粉末吸油量大，加工相对困难，制作一次性薄壁的包装材料相对难度较大；3、部分PLA复合材料在日光照射容易老化。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术的不足而提供一种可用于一次性包材的全降解PLA塑料及其制备方法，改善植物粉末与PLA的相容性，提高加工性能的同时，通过植物粉末的表面改性，提高它的耐候性能，并保持全生物降解特性，形成全降解的塑料体系。
为了达到上述目的，本发明的可用于一次性包材的全降解PLA塑料的技术方案是这样实现的，其特征在于包括50-94%的聚乳酸、5-49%的改性植物粉末、0.1-0.5%的抗氧剂及0.1-5%的可降解润滑剂，它们为质量百分比。
在本技术方案中，所述改性植物粉末的改性工艺是：将植物粉末在高速分散机中加热到60-80℃，加入改性剂，搅拌5-10分钟，得到改性植物粉末；改性剂占植物粉末的质量比为0.1%-3%。
在本技术方案中，所述植物粉末是竹粉、木粉、木屑、木糠、木质纤维素中的一种或两种以上混合。
在本技术方案中，所述改性剂的结构式如下：
R1是含1-18个碳的直链或支链烷基的一种，或R1是对苯基、间苯基或邻苯基中的一种；
R2是氨基硅烷偶联剂，氨基硅烷偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、氨丙基硅烷水解物、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-苯基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-（氨乙基）-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-N二乙基氨丙基三甲氧基硅烷、N-N二甲基氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-二乙烯三氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、双-（γ-三甲氧基硅丙基）胺、双-（γ-三乙氧基硅丙基）胺、γ-哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-苯氨基甲基三乙氧基硅烷、γ-二乙胺基甲基三乙氧基硅烷中的其中一种或者它们的混合物。
在本技术方案中，所述可降解润滑剂是聚酯类增塑剂、二辛酸异山梨醇酯、柠檬酸三丁酯、柠檬酸三辛酯、乙酰柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁乙酯、乙酰柠檬酸三辛酯中的一种或两种以上混合。
为了达到上述目的，本发明的可用于一次性包材的全降解PLA塑料的制备方法的技术方案是这样实现的，其特征在于制备的步骤为：先将50-94%的聚乳酸及0.1-5%的可降解润滑剂投入到高速混合机中高速分散2-5分钟，得到混合物；然后将混合物与5-50%的改性植物粉末及0.1-0.5%的抗氧剂混合5-20分钟，得到塑料木粉混合物；再将该混合物用双螺杆挤出机挤出造粒或用双辊混炼机混合均匀，得到可用于一次性包材的全降解PLA塑料，双螺杆挤出机各区的温度或用双辊混炼机各区的温度设置在170-230℃之间。
本发明与现有技术相比的优点为：改善植物粉末与PLA的相容性，提高加工性能的同时，通过植物粉末的表面改性，提高它的耐候性能，并保持全生物降解特性，形成全降解的塑料体系。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
实施例一
步骤一生产改性植物粉末
0.25kg竹粉加入到高速分散机，加热到65℃，再加入2.5g的改性剂1，改性10分钟，得到改性的竹粉，取出备用。改性剂1的分子结构式如下：
（改性剂1）
步骤二生产一次性包材的全降解PLA塑料
将4.595Kg的聚乳酸粒料和0.15kg的聚酯类增塑剂加入在高速分散剂中预混2分钟，高速分散机的转速为800转/min，再分别准确称取0.25kg的改性竹粉及0.005kg的抗氧剂（1010）加入到上述混合机中混合15分钟，得到全降解PLA塑料混合物，最后将得到的全降解PLA塑料混合物放在双螺杆挤出机中挤出、冷却、造粒，即可得到可用于一次性包材的全降解PLA塑料。其中，双螺杆挤出机各区的温度设置在150-230℃。
所得到的可用于一次性包材的全降解PLA塑料的弯曲强度103MPa，拉伸强度40MPa。在实际过程中，可用双辊混炼机代替双螺杆挤出机。
实施例二
步骤一生产改性植物粉末
将1.25kg木粉加入到高速分散机，加热到75℃，再加入2.5g的改性剂2，改性10分钟，得到改性的竹粉，取出备用；改性剂2的分子结构式如下：
（改性剂2）
步骤二生产一次性包材的全降解PLA塑料
将3.845Kg的聚乳酸粒料和0.15kg的二辛酸异山梨醇酯加入在高速分散剂中预混3分钟，高速分散机的转速为1000转/min，再分别准确称取改性木粉1kg及0.005kg的抗氧剂（1010）加入到上述混合机中混合20分钟，得到PLA混合物，最后将得到的PLA混合物放在双螺杆挤出机中挤出、冷却、造粒，即可得到一次性包材的全降解PLA塑料。其中，双螺杆挤出机各区的温度设置在160-220℃。
所得到的可用于一次性包材的全降解PLA塑料的弯曲强度75MPa，拉伸强度31MPa。在实际过程中，可用双辊混炼机代替双螺杆挤出机。
实施例三
步骤一生产改性植物粉末
1kg木屑加入到高速分散机，加热到80℃，再加入30g的改性剂3，改性10分钟，得到改性的木屑，取出备用；改性剂3的分子结构式如下：
（改性剂3）
步骤二生产一次性包材的全降解PLA塑料
先将3.89Kg的聚乳酸粒料和0.10k 的柠檬酸三丁酯和柠檬酸三辛酯的混合物（质量比1:1）加入高速混合机中预混5分钟，高速分散机的转速为1200转/min，再分别准确称取1kg改性木屑及0.010kg的抗氧剂（168），加入到高速混合机中预混10分钟，得到PLA混合物，最后将PLA混合物用双螺杆挤出机中挤出、冷却、造粒，即可得到全降解PLA塑料复合材料。其中，双螺杆挤出机各区的温度170-220℃。
所得到的可用于一次性包材的全降解PLA塑料的弯曲强度73MPa，拉伸强度32MPa。在实际过程中，可用双辊混炼机代替双螺杆挤出机。
实施例四
步骤一生产改性植物粉末
1kg木糠加入到高速分散机，加热到60℃，再加入20g的改性剂4，改性6分钟，得到改性的木糠，取出备用；改性剂4的分子结构式如下：
（改性剂4）
步骤二生产一次性包材的全降解PLA塑料
先将3.44Kg的聚乳酸粉料和0.05kg的硬脂酸钙加入高速分散机中预混4分钟，高速分散机的转速为1000转/min；再分别准确称取1.5kg改性木糠及0.01kg的抗氧剂264，加入到上述高速混合机中预混8分钟，得到膨胀型阻燃混合物，最后在双螺杆挤出机中挤出、冷却、造粒，即可得到含硅烷增效的“三位一体”阻燃剂的聚乳酸阻燃复合材料。其中，双螺杆挤出机各区的温度设置在180℃。
所得到的可用于一次性包材的全降解PLA塑料的弯曲强度62MPa，拉伸强度26MPa。在实际过程中，可用双辊混炼机代替双螺杆挤出机。
实施例五
步骤一生产改性植物粉末
1kg木质纤维素加入到高速分散机，加热到70℃，再加入30g的改性剂5，改性9分钟，得到改性的木质素，取出备用。
（改性剂5）
步骤二生产一次性包材的全降解PLA塑料
先将3.335Kg的聚乳酸粒料和0.15kg的乙酰柠檬酸三丁酯和乙酰柠檬酸三丁乙酯的混合物（质量比为2:1）加入高速分散机中，预混6分钟，高速分散机的转速为1100转/min；再分别准确称取1.5Kg的木质纤维素及0.015kg的抗氧剂（168和1098的混合物），加入到上述高速混合机中预混8分钟，得到膨胀型阻燃混合物，最后在双螺杆挤出机中挤出、冷却、造粒，即可得到PLA复合材料。其中，双螺杆挤出机各区的温度设置在200℃。
所得到的可用于一次性包材的全降解PLA塑料的弯曲强度58MPa，拉伸强度25MPa。在实际过程中，可用双辊混炼机代替双螺杆挤出机。
以上是对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换及变形仍落入在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种可用于一次性包材的全降解PLA塑料，其特征在于包括50-94%的聚乳酸、5-49%的改性植物粉末、0.1-0.5%的抗氧剂及0.1-5%的可降解润滑剂，它们为质量百分比。
2.根据权利要求1所述的可用于一次性包材的全降解PLA塑料，其特征在于所述改性植物粉末的改性工艺是：将植物粉末在高速分散机中加热到60-80℃，加入改性剂，搅拌5-10分钟，得到改性植物粉末；改性剂占植物粉末的质量比为0.1%-3%。
3.根据权利要求2所述的可用于一次性包材的全降解PLA塑料，其特征在于所述植物粉末是竹粉、木粉、木屑、木糠、木质纤维素中的一种或两种以上混合。
4.根据权利要求2所述的可用于一次性包材的全降解PLA塑料，其特征在于所述改性剂的结构式如下：
R1是含1-18个碳的直链或支链烷基的一种，或R1是对苯基、间苯基或邻苯基中的一种；
R2是氨基硅烷偶联剂，氨基硅烷偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、氨丙基硅烷水解物、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-苯基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-（氨乙基）-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-N二乙基氨丙基三甲氧基硅烷、N-N二甲基氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-二乙烯三氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、双-（γ-三甲氧基硅丙基）胺、双-（γ-三乙氧基硅丙基）胺、γ-哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-苯氨基甲基三乙氧基硅烷、γ-二乙胺基甲基三乙氧基硅烷中的其中一种或者它们的混合物。
5.根据权利要求1所述的可用于一次性包材的全降解PLA塑料，其特征在于所述可降解润滑剂是聚酯类增塑剂、二辛酸异山梨醇酯、柠檬酸三丁酯、柠檬酸三辛酯、乙酰柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁乙酯、乙酰柠檬酸三辛酯中的一种或两种以上混合。
6.根据权利要求1所述的可用于一次性包材的全降解PLA塑料的制备方法，其特征在于制备的步骤为：先将50-94%的聚乳酸及0.1-5%的可降解润滑剂投入到高速混合机中高速分散2-5分钟，得到混合物；然后将混合物与5-50%的改性植物粉末及0.1-0.5%的抗氧剂混合5-20分钟，得到塑料木粉混合物；再将该混合物用双螺杆挤出机挤出造粒或用双辊混炼机混合均匀，得到可用于一次性包材的全降解PLA塑料，双螺杆挤出机各区的温度或用双辊混炼机各区的温度设置在170-230℃之间。
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