CN115537004B - 一种生物可降解高流动性熔喷材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种生物可降解高流动性熔喷材料及制备方法，属于高分子材料领域，基于目前聚乳酸树脂应用于熔喷时熔融指数普遍较低且生产困难而提出。所述材料按重量份计包括以下组分：聚乳酸100份，降解剂0.01‑1份，抗氧剂0.01‑1份，增塑剂1‑5份、成核剂0.01‑1份。本发明制备聚乳酸熔喷材料熔融指数较高，可以生物降解。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种生物可降解高流动性熔喷材料及制备方法。
背景技术
熔喷布以其工艺简单、生产流程短、防护性能优越等特性引起越来越多关注，同时熔喷非织造废弃物的处理问题也被提上日程。目前生产熔喷法非织造布的聚合物主要有聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚氨酯等，其中聚丙烯驻极熔喷布具有惯性捕获、截留、扩散等机械机理外，还具有独特的静电过滤机理，被认为是最理想的空气净化材料之一。然而聚丙烯无法降解，难以回收利用，为环保事业带来了巨大的压力，同时也加剧了全球石油资源的短缺。
聚乳酸，是目前人们投以很大希望的能够代替传统塑料的一种可再生脂肪族聚酯。可再生、可生物降解、生物相容以及低碳排放和低能耗是聚乳酸材料的巨大优势；而熔喷法非织造工艺生产效率高，生产流程短，有很大的发展潜力，且熔喷非织造材料的加固是通过自身黏合或热黏合，不添加任何化学黏合剂，因此对环境不良影响极小。因此，将两者的优势结合制造的聚乳酸熔喷非织造材料在今后必将得到广泛的应用。
然而熔喷工艺往往需要材料具有较高的流动性，才能使得熔喷布达到某些方面的产品性能。现有的聚乳酸熔喷时往往通过在加工时提高加工温度或调整其他工艺参数从而达到提高流动性的目的。但聚乳酸属于聚酯材料，其含有的大量酯基在较高温度下会进行分解，从而导致生产出来的熔喷布力学性能变差、颜色变黄、有异味。
目前聚乳酸树脂对熔融指数的调控往往是通过对聚合反应中的催化体系和反应条件进行控制，但该方法实施起来较为困难，且熔融指数的稳定性难以控制。CN107304287A中将聚乳酸树脂、润滑剂、抗氧剂、流动改性剂、无机填充材料共混，经双螺杆挤出机反应挤出，所得聚乳酸树脂组合物熔融指数仅为85g/10min。 CN114181506A利用高能射线如X射线、电子束或γ-射线辐照的方法，在一定的辐照剂量下使得聚乳酸及增韧树脂分子链断裂，从而获得低分子量的树脂或组合物，使得最终聚乳酸材料熔指达到200g/10min。除此之外，美国NatureWorks 公司生产的聚乳酸熔融指数通常最高也只能达到85g/10min，无法满足熔喷工艺中高流动性且熔融指数稳定的要求。
发明内容
本发明针对目前聚乳酸树脂的熔融指数普遍较低且工艺繁琐，无法很好适应熔喷工艺的问题，提出一种生物可降解高流动性熔喷材料及制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种生物可降解高流动性熔喷材料，所述材料包括以下重量份数的物质：聚乳酸100份，降解剂0.01-1份，抗氧剂0.01-1份，增塑剂1-5份、成核剂0.01-1 份。
作为优选，所述的聚乳酸为右旋聚乳酸、左旋聚乳酸、消旋聚乳酸、聚乳酸立体复合物中的一种或几种。
作为优选，所述的降解剂为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、二氧化钛、辛酸亚锡、氧化亚锡、氯化亚锡、二月桂酸二丁基锡、氯化锌、氯化铝、三乙基铝、氯化铁、氢氧化钠、氢氧化镁中的一种或多种。
作为优选，所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或者多种。
作为优选，所述的增塑剂为柠檬酸酯类、聚乙二醇、聚丙二醇、环氧大豆油、 PBAT中的一种或者多种。
作为优选，所述的成核剂为滑石粉、硫酸钙、碳酸钙、二氧化钛、硫酸钡、 TMC-300、TMC-328中的一种或者多种。
本发明还提供了一种生物可降解高流动性熔喷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将聚乳酸在40-80℃下干燥6-8h使聚乳酸的水分含量低于50ppm，然后与降解剂、抗氧剂、增塑剂、成核剂混合10-15min。
2)将所述步骤a混合后的物料经双螺杆挤出机反应挤出，双螺杆挤出机加工温度为140-230℃，螺杆转速为100-400rpm，产物经水冷、造粒、干燥后得到生物可降解高流动性熔喷材料。
由于采用上述技术方案,具有以下有益效果:
本发明的生物可降解熔喷材料的机械物理性能和降解性能好，以聚乳酸作为主料，加入降解剂改性，降低聚乳酸树脂的分子量，有效提高材料的流动性，并且加入增塑剂和成核剂之后，可以进一步提高结晶性能，改善力学性能。加入抗氧剂，可以有效控制材料熔融指数的稳定性。
本发明的生物可降解熔喷材料工艺流程简单，操作方便，有利于工业化生产。本发明制备的生物可降解熔喷材料保持了其原本的完全可降解性，可以广泛的适用于熔喷非织造领域，符合当代绿色环保的观念。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明：
下述实施例中，选用吉林中粮公司生产的牌号为JSC-710H的聚乳酸树脂作为基体，需要指出的是，在测试温度为190℃,负荷为2.16kg时,所述聚乳酸树脂的熔融指数为23g/10min。如无特别说明，其他所用的试剂、材料和设各均可从商业途径购得，或者常规方法制得。
以下实施例和对比例中采用的聚乳酸树脂均在60℃下真空干燥6-8h。
实施例1～5
按照表1中的原料配比常温下共混15min，然后加入φ30mm×2，L/D＝40 的双螺杆挤出机，双螺杆温度按照表2设置，螺杆转速200r/min，挤出料经过水冷，鼓风机干燥，再经过造粒机切割成粒料，切割速率300r/min，得到的物料在 60℃下真空干燥6-8h，得到生物可降解熔喷材料。
表1实施例1～5的原料及用量，按重量份计
表2实施例1～5双螺杆挤出机温度设定
| 一区 | 二区 | 三区 | 四区 | 五区 | 六区 | 七区 | 八区 | 九区 | 机头 | 物料 |
| 140℃ | 160℃ | 170℃ | 180℃ | 190℃ | 190℃ | 195℃ | 185℃ | 185℃ | 185℃ | 185℃ |
对比例1
与实施例1工艺相同，不同之处在于，采用的原料配比不同，见表3：
表3对比例1的原料及用量
| 原料 | 对比例1 |
| 聚乳酸 | 100 |
| 降解剂 | 辛酸亚锡 |
| 份数 | 0 |
| 抗氧剂 | 抗氧剂168 |
| 份数 | 0.2 |
| 增塑剂 | PEG2000 |
| 份数 | 0 |
| 成核剂 | TMC-300 |
| 份数 | 0.5 |
对比例2
与实施例1工艺相同，不同之处在于，采用的原料配比不同，见表4：
表4对比例2的原料及用量
对比例3
与实施例1工艺相同，不同之处在于，采用的原料配比不同，见表5：
表5对比例3的原料及用量
| 原料 | 对比例3 |
| 聚乳酸 | 100 |
| 降解剂 | 辛酸亚锡 |
| 份数 | 0.2 |
| 抗氧剂 | 抗氧剂168 |
| 份数 | 0 |
| 增塑剂 | PEG2000 |
| 份数 | 5 |
| 成核剂 | TMC-300 |
| 份数 | 0.5 |
将上述各实施例和对比例中的样品进行熔融指数测定，测试在上海思尔达科学仪器，型号RL-Z1B1熔体流动速率测定仪上进行，测试条件为190℃，2.16kg，每个样品测量五次，取平均值，测试结果如表6所示。
表6实施例及对比例所制备生物可降解熔喷材料的熔融指数
通过表6可得出，本发明所述配方和制备方法制备得到的生物可降解熔喷材料熔融指数得到了极大地提升，小分子量增塑剂也可以小幅度提高材料的熔融指数，抗氧剂在一定范围内限制了材料的过度降解，三者相互配合使得生产的生物可降解熔喷材料可以保持相对稳定的流动性能。
以上仅为本发明的具体实施，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种生物可降解高流动性熔喷材料，其特征在于，包括以下重量份数的物质：聚乳酸100份，降解剂0.01-1份，抗氧剂0.01-1份，增塑剂1-5份、成核剂0.01-1份；所述的降解剂为氯化锌、氯化铝、氯化铁、氢氧化钠、氢氧化镁中的一种或多种；其制备方法包括如下步骤：
a、直接将聚乳酸、降解剂、抗氧剂、增塑剂、成核剂按比例混合；
b、将所述步骤a混合后的物料经双螺杆挤出机反应挤出，产物经水冷、造粒、干燥后得到生物可降解高流动性熔喷材料。
2.根据权利要求1所述的一种生物可降解高流动性熔喷材料，其特征在于，所述的聚乳酸为右旋聚乳酸、左旋聚乳酸、消旋聚乳酸、聚乳酸立体复合物中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的一种生物可降解高流动性熔喷材料，其特征在于，所述的聚乳酸具有一定流动性，在测试条件为2.16kg，190℃时的熔体流动速率为2-100g/10min。
4.根据权利要求1所述的一种生物可降解高流动性熔喷材料，其特征在于，所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或者多种。
5.根据权利要求1所述的一种生物可降解高流动性熔喷材料，其特征在于，所述的增塑剂为柠檬酸酯类、聚乙二醇、聚丙二醇、环氧大豆油、PBAT中的一种或者多种。
6.根据权利要求1所述的一种生物可降解高流动性熔喷材料，其特征在于，所述的成核剂为滑石粉、硫酸钙、碳酸钙、二氧化钛、硫酸钡、TMC-300、TMC-328中的一种或者多种。
7.一种权利要求1-6中任一项所述的生物可降解高流动性熔喷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、直接将聚乳酸、降解剂、抗氧剂、增塑剂、成核剂按比例混合；
b、将所述步骤a混合后的物料经双螺杆挤出机反应挤出，产物经水冷、造粒、干燥后得到生物可降解高流动性熔喷材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，将聚乳酸在40-80℃下真空干燥6-8h使聚乳酸的水分含量低于50ppm，然后与降解剂、抗氧剂、增塑剂、成核剂混合，所述混合时间为10-15min；所述步骤b中，双螺杆挤出机加工温度为140-230℃，螺杆转速为100-400rpm。
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