CN115678230A - 一种用于聚乳酸日用品的生物可降解材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于聚乳酸日用品的生物可降解材料，1、按重量百分比计，包括以下组分：植物纤维素15‑55％，PLA25‑40％，增韧剂2‑3％，润滑剂2‑3％，扩链剂0.3‑1％。本发明一种用于聚乳酸日用品的生物可降解材料，采用植物纤维素为主要成分，使得成本大幅降低为未使用纤维素前的10％至40％；所采用植物纤维素粉末粒径为200‑1500，使用粒径越细与含量越高，则结晶程度耐温与抗变形抗脆等效果更好；加入植物纤维素可加速混料后的材料结晶速度与程度，加入的纤维素粉末粒径越细小与含量越高则改善效果越明显；使用天然纤维素在与聚乳酸混料后，可大幅改善聚乳酸材料的耐热温度，根据含量不同，最高至110℃，在日用品操作温度110℃以内不会有变形软化问题。
Description
技术领域
本发明涉及生物可降解生产技术领域，尤其涉及一种用于聚乳酸日用品的生物可降解材料。
背景技术
白色污染，全球禁塑，加上碳中和议题，使得生物可降解市场在近五年来蓬勃发展，尤其以聚乳酸(PLA，POLYLACTIC ACID)材料应用最成熟与广泛。然而PLA最大问题在于其使用后的废弃物必须单独回收与进行工业堆肥降解，且其价格昂贵，于耐热度60℃左右则会软化变形，在废弃物处理上成本也较高，而在实际日常生活用品使用上不适合在高温条件下使用，如微波加热或夏天运送过程中制品变形几率高；市面上亦有结晶聚乳酸材料可耐较高温度，然而其降解条件更严苛，价格更昂贵，不利于产业推广。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种用于聚乳酸日用品的生物可降解材料，该加工配料制得的日用品可以有效克服现有的日常生活聚乳酸制品不适合在高温条件下使用，如微波加热或夏天运送过程中制品变形几率高；市面上亦有结晶聚乳酸材料可耐较高温度，然而其降解条件更严苛，价格更昂贵，不利于产业推广的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种用于聚乳酸日用品的生物可降解材料，按重量百分比计，包括以下组分：
植物纤维素15-55％，PLA25-40％，增韧剂2-3％，润滑剂2-3％，扩链剂0.3-1％。
优选地，所述植物纤维素采用秸秆、玉米芯、椰子壳、甘蔗渣、竹子中的一种或多种。
优选地，所述植物纤维素粉末粒径为200-1500目。
优选地，所述增韧剂与扩链剂的使用比例为4:1。
优选地，所述增韧剂采用马来酸酐、甲基丙烯酸甲酯、卡拉胶、魔芋胶、阿拉伯树胶、黄原胶中的一种或多种。
优选地，所述扩链剂采用1,4-丁二醇、1,6-己二醇、甘油、二甘醇、己二胺、苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸甲酯三者共混聚合物中的一种或多种。
优选地，所述润滑剂采用硬脂酸、硬脂酸酯、硬脂酰胺、油酸酰胺、石蜡中的一种或多种。
一种用于聚乳酸日用品的生物可降解材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
将配方比例为15-55％的天然纤维素，PLA比例为25-40％，增韧剂比例为2-3％，扩链剂比例为0.3-1％，润滑剂比例为2-3％，进行高温混炼，然后再进行后续的加工；
后续的加工可以为热压加工：用于生产餐具类、餐碗、电子消费产品、卫浴产品、收纳用品、文书类产品、铝循环建材、汽车零派件；
后续的加工可以为挤压加工：用于生产吸管、蛇龙结构吸管、汤勺式冰沙吸管、AB伸缩结构吸管、农业用支架滴管；
后续的加工可以为吸塑加工：用于生产食品包装材、电子消费品包装材、食品餐盘、餐碗、饮料杯、杯盖。
优选地，植物纤维素制备时，将农业废弃物以清水洗净后进行粗粉碎，然后进行水解发酵反应，将纤维素含量提纯超过86％，再进行60-80℃烘干1-2小时，再将所得高含量纤维素进行研磨。
优选地，将纤维素，PLA，增韧剂，润滑剂，扩链剂，在80-110℃下放入高速粉体混合设备，转速为400-800rpm，进行混合与干燥约1-2小时；然后放入双螺杆混炼机进行高温混炼，混炼机的温度根据比例不同设定范围分别为，区域一110℃-130℃，区域二至四为130℃至150℃，区域五与六为150至165℃。
本发明提供的是一种用于聚乳酸日用品的生物可降解材料，采用植物纤维素为主要成分，使得成本大幅降低为未使用纤维素前的10％至40％；所采用植物纤维素粉末粒径为200-1500，使用粒径越细与含量越高，则结晶程度耐温与抗变形抗脆等效果更好；加入植物纤维素可加速混料后的材料结晶速度与程度，加入的纤维素粉末粒径越细小与含量越高则改善效果越明显；使用天然纤维素在与聚乳酸混料后，可大幅改善聚乳酸材料的耐热温度，根据含量不同，最高至110℃，在日用品操作温度110℃以内不会有变形软化问题；使用适当的增韧剂与扩链剂比例为4:1，可保持制品的韧性，在加工时可以将聚乳酸与纤维素粉体分子间做更紧密的粘合，因可保持制品的韧性；使用适当的润滑剂比例，在纤维素粉体比例较高时，可减少高粉体比例的能耗，在挤压加工时有较好的流动性，较未加入润滑剂能耗低10-20％；采用的植物纤维素来源为农业废弃物，并提纯后增加纤维素含量，因其加入比例较高，可大幅提升产品结晶性，进而使得耐热比较高。根据配方不同于终端制品需求的性质，其成本可以大幅下降10％至40％。此外，本发明技术方案制备过程绿色无污染，大量使用天然植物纤维，其减碳可达35-70％。
附图说明
图1为本发明一种用于聚乳酸日用品的生物可降解材料制成吸管制品先进行观察外观与量测示意图。
图2为本发明一种用于聚乳酸日用品的生物可降解材料制成吸管制品在60℃烘干30分钟完后进行观察外观与量测示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1:
将配方比例为15％的天然纤维素，粒径为200-500目，聚乳酸比例为80％，增韧剂比例为2％，扩链剂比例为0.3％，润滑剂比例为2.2％，测试制品耐热温度方法为：将吸管制品先进行观察外观与量测如图1，分别放入60,70,80,90,100，110,120℃油浴，持续搅动1小时，搅动期间观察其是否变形，结束后清洗，进行60℃烘干30分钟烘干，再进行观察外观与量测如图2。结果发现其在温度70℃以下，其外观无任何改变。
实施例2：
在实施例1的基础上，更改为25％的天然纤维素，聚乳酸比例为70％，测试耐热温度为80℃以下，其外观无任何改变。
实施例3：
在实施例2的基础上，更改为天然纤维素粒径为500-1500目，测试耐温度为90℃以下，其外观无任何改变。
实施例4：
在实施例3的基础上，更改为30％的天然纤维素，聚乳酸比例为65％，测试耐温度为90℃以下，其外观无任何改变。
实施例5：
在实施例3的基础上，更改为40％的天然纤维素，聚乳酸比例为55％，测试耐温度为100℃以下，其外观无任何改变。
实施例6：
在实施例3的基础上，更改为55％的天然纤维素，聚乳酸比例为40％，扩链剂比例为0.5％，润滑剂比例为2.5％，测试耐温度为110℃以下，其外观无任何改变。
测试例:
随机购买3种不同的市售“PLA”吸管制品作对比例1、对比例2和对比例3，对各实施例和对比例进行耐温度和外观变化的观察检测，测得结果如下表：
| 实施例 | 纤维素比例 | 耐温度/℃ | 外观变化 |
| 实施例1 | 15％ | 70 | 外观无任何改变 |
| 实施例2 | 25％ | 80 | 外观无任何改变 |
| 实施例3 | 25％ | 90 | 外观无任何改变 |
| 实施例4 | 30％ | 90 | 外观无任何改变 |
| 实施例5 | 40％ | 100 | 外观无任何改变 |
| 实施例6 | 55％ | 110 | 外观无任何改变 |
| 对比例1 | - | 70 | 外观有明显改变 |
| 对比例2 | - | 60 | 外观发生改变 |
| 对比例3 | - | 50 | 外观无任何改变 |
本发明提供的是一种用于聚乳酸日用品的生物可降解材料，采用植物纤维素为主要成分，使得成本大幅降低为未使用纤维素前的10％至40％；所采用植物纤维素粉末粒径为200-1500，使用粒径越细与含量越高，则结晶程度耐温与抗变形抗脆等效果更好；加入植物纤维素可加速混料后的材料结晶速度与程度，加入的纤维素粉末粒径越细小与含量越高则改善效果越明显；使用天然纤维素在与聚乳酸混料后，可大幅改善聚乳酸材料的耐热温度，根据含量不同，最高至110℃，在日用品操作温度110℃以内不会有变形软化问题；使用适当的增韧剂与扩链剂比例为4:1，可保持制品的韧性，在加工时可以将聚乳酸与纤维素粉体分子间做更紧密的粘合，因可保持制品的韧性；使用适当的润滑剂比例，在纤维素粉体比例较高时，可减少高粉体比例的能耗，在挤压加工时有较好的流动性，较未加入润滑剂能耗低10-20％；采用的植物纤维素来源为农业废弃物，并提纯后增加纤维素含量，因其加入比例较高，可大幅提升产品结晶性，进而使得耐热比较高。根据配方不同于终端制品需求的性质，其成本可以大幅下降10％至40％。此外，本发明技术方案制备过程绿色无污染，大量使用天然植物纤维，其减碳可达35-70％。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种用于聚乳酸日用品的生物可降解材料，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：
植物纤维素15-55％，PLA25-40％，增韧剂2-3％，润滑剂2-3％，扩链剂0.3-1％。
2.根据权利要求1所述的加工配料，其特征在于，所述植物纤维素采用秸秆、玉米芯、椰子壳、甘蔗渣、咖啡渣、竹子中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的加工配料，其特征在于，所述植物纤维素粉末粒径为200-1500目。
4.根据权利要求1所述的加工配料，其特征在于，所述增韧剂与扩链剂的使用比例为4:1。
5.根据权利要求1所述的加工配料，其特征在于，所述增韧剂采用马来酸酐、甲基丙烯酸甲酯、卡拉胶、魔芋胶、阿拉伯树胶、黄原胶中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的加工配料，其特征在于，所述扩链剂采用1,4-丁二醇、1,6-己二醇、甘油、二甘醇、己二胺、苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸甲酯三者共混聚合物中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的加工配料，其特征在于，所述润滑剂采用硬脂酸、硬脂酸酯、硬脂酰胺、油酸酰胺、石蜡中的一种或多种。
8.一种根据权利要求1-7任意所述的用于聚乳酸日用品挤压的加工配料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将配方比例为15-55％的天然纤维素，PLA比例为25-40％，增韧剂比例为2-3％，扩链剂比例为0.3-1％，润滑剂比例为2-3％，进行高温混炼，然后再进行后续的加工；
后续的加工可以为热压加工：用于生产餐具类、餐碗、电子消费产品、卫浴产品、收纳用品、文书类产品、铝循环建材、汽车零派件；
后续的加工可以为挤压加工：用于生产吸管、蛇龙结构吸管、汤勺式冰沙吸管、AB伸缩结构吸管、农业用支架滴管；
后续的加工可以为吸塑加工：用于生产食品包装材、电子消费品包装材、食品餐盘、餐碗、饮料杯、杯盖。
9.根据权利要求8所述的用于聚乳酸日用品挤压的加工配料的制备方法，其特征在于，植物纤维素制备时，将农业废弃物以清水洗净后进行粗粉碎，然后进行水解发酵反应，将纤维素含量提纯超过86％，再进行60-80℃烘干1-2小时，再将所得高含量纤维素进行研磨。
10.根据权利要求8所述的用于聚乳酸日用品挤压的加工配料的制备方法，其特征在于，将纤维素，PLA，增韧剂，润滑剂，扩链剂，在80-110℃下放入高速粉体混合设备，转速为400-800rpm，进行混合与干燥约1-2小时；然后放入双螺杆混炼机进行高温混炼，混炼机的温度根据比例不同设定范围分别为，区域一110℃-130℃，区域二至四为130℃至150℃，区域五与六为150至165℃。
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