CN117799270A - 一种生物可降解pla地板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物可降解PLA地板及其制备方法，从上到下包括耐磨层、装饰层以及基材层；所述耐磨层、装饰层以及基材层均以改性PLA材料为主要原料制备而成；所述改性PLA材料采用纳米氢氧化镁以及氧化石墨烯改性制备而成；本发明用生物可降解的聚乳酸树脂替代PVC，作为丙交酯或乳酸的热塑性聚酯，由于具有良好的降解性能，已用于多种领域。再辅以氢氧化镁改性处理后，大幅降低PLA材料的热稳定性，使热分解温度降低；降解能力更佳，通过填埋处理后，其在1‑2个月就能降解为水和二氧化碳，非常环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物可降解地板的制备领域，尤其是涉及一种生物可降解PLA地板及其制备方法。
背景技术
目前地板行业主要以木质地板和PVC塑胶地板两大类为主流，PVC地板凭借其出色的稳定性和耐用性，既解决了实木地板受潮变形霉烂的问题，又解决其他装修材料的甲醛问题，在海外发达国家有着非常良好的市场前景。
但由于PVC中含有大量的氯，地板在燃烧过程中释放出盐酸和其他有毒气体，影响人们的健康安全，而且PVC地板不易降解，在地板制备的过程中加入增塑剂，废旧塑胶地板的处理也存在困难，而且从环保的角度，存在一定的缺陷，现有技术有使用PLA(聚乳酸)材料来进行生物可降解地板的制作，但是存在韧性较差、力学性能不能达到传统PVC地板的缺点。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术中所存在的问题，本发明提出了一种生物可降解PLA地板及其制备方法，不仅质轻容易降解，还兼具PVC地板的优异性能，就有优异的韧性和力学性能。
技术方案：为达以上目的，本发明采取以下技术方案：一种生物可降解PLA地板，从上到下包括耐磨层、装饰层以及基材层；所述耐磨层、装饰层以及基材层均以改性PLA材料为主要原料制备而成；所述改性PLA材料采用纳米氢氧化镁以及氧化石墨烯改性制备而成。
更进一步的，所述改性PLA材料的制备方法如下：将PLA树脂溶解于溶剂中，再加入纳米氢氧化镁搅拌反应得到分散液；将氧化石墨烯在溶剂中超声剥离然后加入到分散液，搅拌反应，反应结束后离心分离，水洗，干燥，得到改性PLA材料。
更进一步的，所述改性PLA材料中PLA树脂和纳米氢氧化镁的重量比为(10-15):1。
更进一步的，所述基材层的制备原料以重量计算包括如下组分：改性PLA材料90-120份，稳定剂2～6份、石粉200～300份、硬脂酸1～3份，内润滑剂1～3份，着色剂0.2～0.5份、发泡剂1～3份。
更进一步的，所述耐磨层的制备原料以重量计算包括如下组分：改性PLA材料90-120份，稳定剂2～6份，石粉200～300份、耐磨剂20-40份，填料100-120份。
更进一步的，所述装饰层包括PLA透明层和PLA彩膜层。
更进一步的，所述PLA透明层以重量计算包括如下组分：改性PLA材料90-120份，稳定剂2～6份，其他添加剂0-12份。
更进一步的，所述PLA彩膜层以重量计算包括如下组分：改性PLA材料90-120份，稳定剂2～6份，其他添加剂0-12份、导电油墨0-10份。
上述生物可降解PLA地板的制备方法，包括如下步骤：
(1)装饰层的制备：首先分别称取相应重量份的各原料，添加到高速混合机，将混合料喂入螺杆挤出机料斗，塑化压延成一定厚度的透明片和白膜层，白膜用导电油墨进行印刷成设计图案制备成彩膜层；
(2)耐磨层的制备：分别称取相应重量份的各原料，添加到高速混合机，塑化压延成一定厚度的耐磨层；
(3)基材层：称取相应重量份的各原料，将改性PLA材料、稳定剂、石粉、硬脂酸，内润滑剂，着色剂，发泡剂添加到高速混合机，升高温度到100-120℃后，转速为250-300r/min，混合搅拌均匀；达到温度后即启动冷混，将高速混合机里的物料卸至冷混，同时将计量好的填料卸入冷混机搅拌10-15min；冷混好的物料卸至储料罐内备用；将混合料送入挤出机挤出一定厚度PLA发泡基材；
(4)按照从上到下的顺序进行叠料，引入五辊贴合设备，通过一辊和二辊之间的间隙进行定厚；在三辊上进行表皮层的贴合；五辊进行压延；其中压延一、二、三辊温度为180-190℃，压延四、五辊温度为85-100℃；压延速度为3-4m/min；压延速比为1:1.78-1:2，塑化压延成一定厚度的地板半成品；
(5)地板半成品再进行UV、回火处理，在恒温房静置72h后，开槽、冲切成所需尺寸并检测。
更进一步的，步骤(3)中挤出机1～5段温度225℃，225℃，210℃，200℃，195℃。
有益效果：本发明具有以下优点：(1)生物可降解PLA地板不仅具有优异的尺寸稳定性，还具备防霉，防潮，防火，防虫，安装方便快捷等优点，而且质轻、生物可降解，绿色环保，安全无毒，相比传统PVC硬质地板比具有巨大的优势。(2)用生物可降解的聚乳酸树脂替代PVC，作为丙交酯或乳酸的热塑性聚酯，由于具有良好的降解性能，已用于多种领域。再辅以氢氧化镁改性处理后，大幅降低PLA材料的热稳定性，使热分解温度降低；降解能力更佳，通过填埋处理后，其在1-2个月就能降解为水和二氧化碳，非常环保；(3)通过在挤出工艺中加入发泡剂，制备出PLA发泡基材，降低了地板的密度，解决了传统地板厚度规格增加，重量增大，运输成本高的问题；(4)采用纳米氢氧化镁改性PLA，不仅具有良好的力学性能，还具有良好的阻燃效果。
具体实施方式
实施例1：
一种生物可降解PLA地板，从上到下包括耐磨层、装饰层以及基材层；所述耐磨层、装饰层以及基材层均以改性PLA材料为主要原料制备而成；所述改性PLA材料采用纳米氢氧化镁以及氧化石墨烯改性制备而成，具体制备方法如下：将PLA树脂溶解于溶剂中，再加入纳米氢氧化镁搅拌反应得到分散液；将氧化石墨烯在溶剂中超声剥离然后加入到分散液，搅拌反应，反应结束后离心分离，水洗，干燥，得到改性PLA材料。所述改性PLA材料中PLA树脂和纳米氢氧化镁的重量比为13:1。
所述基材层的制备原料以重量计算包括如下组分：改性PLA材料100份，稳定剂4份、石粉260份、硬脂酸2份，内润滑剂2份，着色剂0.4份、发泡剂2份；所述耐磨层的制备原料以重量计算包括如下组分：改性PLA材料100份，稳定剂3份，石粉240份、耐磨剂29份，填料110份；所述装饰层包括PLA透明层和PLA彩膜层；所述PLA透明层以重量计算包括如下组分：改性PLA材料100份，稳定剂4份；所述PLA彩膜层以重量计算包括如下组分：改性PLA材料100份，稳定剂4份，导电油墨50份。
上述一种生物可降解PLA地板的制备方法，包括如下步骤：
(1)装饰层的制备：首先分别称取相应重量份的各原料，添加到高速混合机，将混合料喂入螺杆挤出机料斗，塑化压延成一定厚度的透明片和白膜层，白膜用导电油墨进行印刷成设计图案制备成彩膜层；
(2)耐磨层的制备：分别称取相应重量份的各原料，添加到高速混合机，塑化压延成一定厚度的耐磨层；
(3)基材层：称取相应重量份的各原料，将改性PLA材料、稳定剂、石粉、硬脂酸，内润滑剂，着色剂，发泡剂添加到高速混合机，升高温度到110℃后，转速为280r/min，混合搅拌均匀；达到温度后即启动冷混，将高速混合机里的物料卸至冷混，同时将计量好的填料卸入冷混机搅拌13min；冷混好的物料卸至储料罐内备用；将混合料送入挤出机挤出一定厚度PLA发泡基材；挤出机1～5段温度225℃，225℃，210℃，200℃，195℃。
(4)按照从上到下的顺序进行叠料，引入五辊贴合设备，通过一辊和二辊之间的间隙进行定厚；在三辊上进行表皮层的贴合；五辊进行压延；其中压延一、二、三辊温度为185℃，压延四、五辊温度为90℃；压延速度为3m/min；压延速比为1:1.78，塑化压延成一定厚度的地板半成品；
(5)地板半成品再进行UV、回火处理，在恒温房静置72h后，开槽、冲切成所需尺寸并检测。
实施例2：
一种生物可降解PLA地板，从上到下包括耐磨层、装饰层以及基材层；所述耐磨层、装饰层以及基材层均以改性PLA材料为主要原料制备而成；所述改性PLA材料采用纳米氢氧化镁以及氧化石墨烯改性制备而成，具体制备方法如下：将PLA树脂溶解于溶剂中，再加入纳米氢氧化镁搅拌反应得到分散液；将氧化石墨烯在溶剂中超声剥离然后加入到分散液，搅拌反应，反应结束后离心分离，水洗，干燥，得到改性PLA材料。所述改性PLA材料中PLA树脂和纳米氢氧化镁的重量比为14:1。
所述基材层的制备原料以重量计算包括如下组分：改性PLA材料110份，稳定剂4份、石粉280份、硬脂酸3份，内润滑剂13份，着色剂0.2份、发泡剂3份；所述耐磨层的制备原料以重量计算包括如下组分：改性PLA材料120份，稳定剂3份，石粉210份、耐磨剂25份，填料100份；所述装饰层包括PLA透明层和PLA彩膜层；所述PLA透明层以重量计算包括如下组分：改性PLA材料100份，稳定剂2份，其他添加剂内润滑剂2份；所述PLA彩膜层以重量计算包括如下组分：改性PLA材料120份，稳定剂2份，其他添加剂内润滑剂2份、导电油墨5份。
上述一种生物可降解PLA地板的制备方法，包括如下步骤：
(1)装饰层的制备：首先分别称取相应重量份的各原料，添加到高速混合机，将混合料喂入螺杆挤出机料斗，塑化压延成一定厚度的透明片和白膜层，白膜用导电油墨进行印刷成设计图案制备成彩膜层；
(2)耐磨层的制备：分别称取相应重量份的各原料，添加到高速混合机，塑化压延成一定厚度的耐磨层；
(3)基材层：称取相应重量份的各原料，将改性PLA材料、稳定剂、石粉、硬脂酸，内润滑剂，着色剂，发泡剂添加到高速混合机，升高温度到120℃后，转速为260r/min，混合搅拌均匀；达到温度后即启动冷混，将高速混合机里的物料卸至冷混，同时将计量好的填料卸入冷混机搅拌15min；冷混好的物料卸至储料罐内备用；将混合料送入挤出机挤出一定厚度PLA发泡基材；挤出机1～5段温度225℃，225℃，210℃，200℃，195℃。
(4)按照从上到下的顺序进行叠料，引入五辊贴合设备，通过一辊和二辊之间的间隙进行定厚；在三辊上进行表皮层的贴合；五辊进行压延；其中压延一、二、三辊温度为180℃，压延四、五辊温度为90℃；压延速度为3m/min；压延速比为1:2，塑化压延成一定厚度的地板半成品；
(5)地板半成品再进行UV、回火处理，在恒温房静置72h后，开槽、冲切成所需尺寸并检测。
对比例1：
其他实施方式与实施例1相同，不同之处在于所述耐磨层、装饰层以及基材层均以未改性的PLA材料为主要原料制备而成；各层配方中的改性PLA材料均为PLA材料。
对实施例1以及对比例1制备而成的地板成品性能进行测试，具体性能指标为测试地板的降解时间：具体性能指标为热膨胀系数，尺寸稳定性，可降解性能分别利用恒温水浴槽，鼓风烘箱和紫外加速老化试验箱进行测试；
热膨胀系数在规定的温度范围内，地板尺寸膨胀随温度的变化率。
尺寸稳定性，地板在加热80℃*6h后，冷却至室温后，地板尺寸的收缩率。
紫外加速老化试验，60℃下，地板放在老化试验箱内旋转，试验时间20d，测试质量损失率。
堆肥法测试可降解，60℃下，将制备的试样埋在混合有农家肥、废弃蔬菜、落叶、粪便等的土壤中进行堆肥降解实验，试验时间60天。
测试结果如表1所示：
表1实施例1以及对比例1地板成品综合性能测试结果
表1的数据可以看出，本发明实施例1制备的可降解地板在性能上满足PVC地板的要求，并且可通过光照射和堆肥的方式，进行降解，且优于改性前PLA材料的应用效果。
Claims (10)
1.一种生物可降解PLA地板，其特征在于从上到下包括耐磨层、装饰层以及基材层；所述耐磨层、装饰层以及基材层均以改性PLA材料为主要原料制备而成；所述改性PLA材料采用纳米氢氧化镁以及氧化石墨烯改性制备而成。
2.根据权利要求1所述的生物可降解PLA地板，其特征在于：所述改性PLA材料的制备方法如下：将PLA树脂溶解于溶剂中，再加入纳米氢氧化镁搅拌反应得到分散液；将氧化石墨烯在溶剂中超声剥离然后加入到分散液，搅拌反应，反应结束后离心分离，水洗，干燥，得到改性PLA材料。
3.根据权利要求1或2所述的生物可降解PLA地板，其特征在于：所述改性PLA材料中PLA树脂和纳米氢氧化镁的重量比为(10-15):1。
4.根据权利要求1所述的生物可降解PLA地板，其特征在于：所述基材层的制备原料以重量计算包括如下组分：改性PLA材料90-120份，稳定剂2～6份、石粉200～300份、硬脂酸1～3份，内润滑剂1～3份，着色剂0.2～0.5份、发泡剂1～3份。
5.根据权利要求1所述的生物可降解PLA地板，其特征在于：所述耐磨层的制备原料以重量计算包括如下组分：改性PLA材料90-120份，稳定剂2～6份，石粉200～300份、耐磨剂20-40份，填料100-120份。
6.根据权利要求1所述的生物可降解PLA地板，其特征在于：所述装饰层包括PLA透明层和PLA彩膜层。
7.根据权利要求1所述的生物可降解PLA地板，其特征在于：所述PLA透明层以重量计算包括如下组分：改性PLA材料90-120份，稳定剂2～6份，其他添加剂0-12份。
8.根据权利要求1所述的生物可降解PLA地板，其特征在于：所述PLA彩膜层以重量计算包括如下组分：改性PLA材料90-120份，稳定剂2～6份，其他添加剂0-12份、导电油墨0-10份。
9.一种权利要求1所述的生物可降解PLA地板的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)装饰层的制备：首先分别称取相应重量份的各原料，添加到高速混合机，将混合料喂入螺杆挤出机料斗，塑化压延成一定厚度的透明片和白膜层，白膜用导电油墨进行印刷成设计图案制备成彩膜层；
(2)耐磨层的制备：分别称取相应重量份的各原料，添加到高速混合机，塑化压延成一定厚度的耐磨层；
(3)基材层：称取相应重量份的各原料，将改性PLA材料、稳定剂、石粉、硬脂酸，内润滑剂，着色剂，发泡剂添加到高速混合机，升高温度到100-120℃后，转速为250-300r/min,混合搅拌均匀；达到温度后即启动冷混，将高速混合机里的物料卸至冷混，同时将计量好的填料卸入冷混机搅拌10-15min；冷混好的物料卸至储料罐内备用；将混合料送入挤出机挤出一定厚度PLA发泡基材；
(3)按照从上到下的顺序进行叠料，引入五辊贴合设备，通过一辊和二辊之间的间隙进行定厚；在三辊上进行表皮层的贴合；五辊进行压延；其中压延一、二、三辊温度为180-190℃，压延四、五辊温度为85-100℃；压延速度为3-4m/min；压延速比为1:1.78-1:2，塑化压延成一定厚度的地板半成品；
(4)地板半成品再进行UV、回火处理，在恒温房静置72h后，开槽、冲切成所需尺寸并检测。
10.根据权利要求9所述的生物可降解PLA地板的制备方法，其特征在于：步骤(3)中挤出机1～5段温度225℃，225℃，210℃，200℃，195℃。
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