CN105566874A - 一种聚乳酸竹粉复合改性材料 - Google Patents

一种聚乳酸竹粉复合改性材料 Download PDF

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Abstract

本发明属于环保材料领域，提供了一种聚乳酸竹粉复合改性材料，利用竹粉与聚乳酸材料的复合来对竹粉进行高价值利用，并降低了聚乳酸材料的成本；其组成包括以下重量份的组分：聚乳酸50-90份，成核剂0.5-2，填充增强剂5-20份，竹粉5-30份，偶联剂0.5-2份，增韧剂1-5份；所述聚乳酸竹粉复合改性改料具有较好的力学能，同时保持了聚乳酸材料的生物降解性能。

Description

一种聚乳酸竹粉复合改性材料
技术领域
本发明涉及环保材料领域，尤其是涉及可生物降解材料领域，具体地是涉及一种聚乳酸竹粉复合改性材料。
背景技术
竹材加工后的余料可以通过制成一定目数的竹粉，直接应用于高分子改性应用，进一步获得竹粉的利用价值。
目前，在环保材料领域属聚乳酸材料的发展最为迅速，其应用范围已经从最初的医疗领域扩展到日常生活领域，特别是一次性刀叉勺、杯子、薄膜、办公用品、园艺用品等；但由于聚乳酸的成本与普通石油基塑料相比没有优势，造成其大范围的推广受到限制；因此，人们开始对如何降低聚乳酸的成本进行了大量的研究，主要是通过生物质原料复合到聚乳酸基体中形成聚乳酸复合材料的方式来降低聚乳酸的成本；现有技术，大多是生物基质淀粉，也有使用稻壳纤维或甘蔗渣等生物基质原料。
发明内容
本发明目的是提高竹粉的使用价值，同时解决聚乳酸材料的高成本问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种聚乳酸竹粉复合改性材料，利用竹粉与聚乳酸材料的复合来对竹粉进行高价值利用，并降低了聚乳酸材料的成本；所述聚乳酸竹粉复合改性改料具有较好的力学能，同时保持了聚乳酸材料的生物降解性能。
本发明所采用的技术方案是：一种聚乳酸竹粉复合改性材料，其组成包括以下重量份的组分：
聚乳酸50-90份；
成核剂0.5-2份；
填充增强剂5-20份
竹粉5-30份；
偶联剂0.5-2份；
增韧剂1-5份。
上述聚乳酸竹粉复合改性材料的加工，可以通过以下步骤完成：
一，将成核剂和偶联剂常温混合均匀，制成混合物A；
二，常温下，将聚乳酸颗粒、增韧剂和混合物A均匀混合后，再加入填充增强剂和竹粉均匀混合；
三，对步骤二获得的混合物进行造粒处理。
上述工艺中，所述成核剂与偶联剂混合采用常温快速（≥2000r/min）搅拌的方式，搅拌时间为5-10分钟；
聚乳酸颗粒、增韧剂和混合物A的混合采用常温低速（≤500r/min）搅拌的方式，搅拌时间为10-15分钟；
加入填充增强剂和竹粉后的混合采用常温低速搅拌的方式，搅拌时间为15-30分钟；
造粒采用双螺杆造粒机进行，造粒温度为170-220℃。
优选地，成核剂与偶联剂混合搅拌时间为5分钟；聚乳酸颗粒、增韧剂和混合物A混合搅拌时间为10分钟，加入填充增强剂和竹粉后混合搅拌时间为15分钟；造粒温度为175度。
在本发明中，所述聚乳酸可以选择浙江海正生物材料或美国Natureworks生产的聚乳酸纯料，比如Revode190、4032D等；因为聚乳酸的光学纯度对其结晶和耐热性起到决定性的作用，光学纯度越高的聚乳酸在结晶后的耐热性将比光学纯度低的要高，所以优选地，所述聚乳酸的光学纯度在98%以上，更优选地所述聚乳酸的光学纯度在99.5%以上。
所述成核剂为硅灰石、硫酸钙晶须或碳化硅等无机材料；作为聚乳酸复合改性的成核剂，本发明优选超细5000目的二氧化硅；填充增强剂选用滑石粉，其有多种性能，例如：改善成型收缩性率、成品表面硬度、表面抗划痕性能、抗冲击强度等，同时，滑石粉作为一种无机物添加剂，与聚乳酸的生物降解性不冲突；而且，滑石粉的低成本可一定程度上降低聚乳酸树脂组合物的成本；然而，滑石粉的目数级别对聚乳酸的性能改变有一定的影响，目数较高或较低都对改性性能不利，因此，作为优选地，滑石粉的目数在800-5000目。
所述竹粉在复合改性前需要进行烘干处理；优选地，所述竹粉的大小为40目-400目；更优选地，所述竹粉的大小为40-200目，获得此目数范围的竹粉成本相对较低，同时可以满足于聚乳酸材料的复合改性，且其复合改性后的材料性能可以满足工业应用。
所述偶联剂可以为有机铬络合物、硅烷类、钛酸酯类和铝酸化合物，优选地为硅烷类，比如KH-560。
所述增韧剂可以选择热塑性弹性体（TPE）、高分子量聚氨酯（PU）、生物基聚酯等，为保持聚乳酸的生物降解性和环境负荷的影响考虑，本发明优先选择生物基类聚酯，具体地是具有柔性分子链的生物基聚酯，比如：聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚丁二酸乙二醇酯；所述的生物基聚酯具有生物质来源的特质和生物降解的性能，与聚乳酸具有良好的相容性，同时可改善聚乳酸的柔韧性；更优选地，作为增韧剂为聚己内酯材料。
本发明的有益效果是：
上述聚乳酸竹粉复合改性材料，利用了竹粉与聚乳酸材料的复合来对竹粉进行高价值利用，并降低了聚乳酸材料的成本，且复合改性后的材料具有较好的力学能，同时未改变聚乳酸材料本身所具有的生物降解性能。
具体实施方式
聚乳酸选用海正生物材料生产的Revode190，成核剂选用超细5000目的二氧化硅，填充增强剂选用滑石粉，偶联剂选用KH-560，增韧剂选用生物质来源的聚己内酯，竹粉由某竹制品生产企业提供，其目数在40目和100目两种。采用如下步骤处理：1、成核剂+偶联剂，使用小型快速搅拌机（30L容量）常温搅拌5分钟，制成混合物A；2、聚乳酸颗粒+增韧剂+混合物A，使用普通低速搅拌机（200L容量）常温搅拌10分钟后，再加入填充增强剂（滑石粉）和竹粉，再低速搅拌15分钟；3、采用双螺杆挤出造粒机对按一下实施例所描述的混合组合物进行造粒，造粒温度为170-220℃。最后对所获得的聚乳酸竹粉复合改性材料进行力学性能测试，具体见表1。
实施例1：在双螺杆改性造粒前对40目的竹粉进行烘干处理；混合物各组分配比为：聚乳酸5000克，成核剂100克，800目的填充增强剂2000克，40目的竹粉3000克，偶联剂200克，增韧剂300克。
实施例2：在双螺杆改性造粒前对40目的竹粉进行烘干处理；混合物各组分配比为：聚乳酸6000克，成核剂100克，800目的填充增强剂1500克，40目的竹粉2500克，偶联剂200克，增韧剂100克。
实施例3：在双螺杆改性造粒前对40目的竹粉进行烘干处理；混合物各组分配比为：聚乳酸7000克，成核剂100克，800目的填充增强剂1000克，40目的竹粉2000克，偶联剂200克，增韧剂100克。
实施例4：在双螺杆改性造粒前对40目的竹粉进行烘干处理；混合物各组分配比为：聚乳酸8000克，成核剂100克，1250目的填充增强剂500克，40目的竹粉1500克，偶联剂200克，增韧剂100克。
实施例5：在双螺杆改性造粒前对40目的竹粉进行烘干处理；混合物各组分配比为：聚乳酸8000克，成核剂100克，1250目的填充增强剂500克，40目的竹粉1500克，偶联剂100克，增韧剂100克。
实施例6：在双螺杆改性造粒前对40目的竹粉进行烘干处理；混合物各组分配比为：聚乳酸8000克，成核剂100克，1250目的填充增强剂500克，40目的竹粉2000克，偶联剂200克，增韧剂100克。
实施例7：在双螺杆改性造粒前对40目的竹粉进行烘干处理；混合物各组分配比为：聚乳酸8000克，成核剂200克，1250目的填充增强剂500克，40目的竹粉2000克，偶联剂200克，增韧剂100克。
实施例8：在双螺杆改性造粒前对40目的竹粉进行烘干处理；混合物各组分配比为：聚乳酸8000克，成核剂100克，1250目的填充增强剂500克，40目的竹粉2000克，偶联剂200克，增韧剂200克。
实施例9：在双螺杆改性造粒前对40目的竹粉进行烘干处理；混合物各组分配比为：聚乳酸8000克，成核剂100克，1250目的填充增强剂500克，40目的竹粉1500克，偶联剂200克，增韧剂500克。
实施例10：在双螺杆改性造粒前对100目的竹粉进行烘干处理；混合物各组分配比为：聚乳酸8000克，成核剂100克，1250目的填充增强剂500克，100目的竹粉2000克，偶联剂200克，增韧剂500克。
实施例11：在双螺杆改性造粒前使用粉碎机对40目的竹粉进行粉碎获得200目的竹粉，并对所述竹粉进行烘干处理；聚乳酸8000克，成核剂100克，1250目的填充增强剂500克，200目的竹粉2000克，偶联剂200克，增韧剂500克。
实施例12：在双螺杆改性造粒前使用超细粉碎机对100目的竹粉进行粉碎获得400目的竹粉，并对所述竹粉进行烘干处理；聚乳酸8000克，成核剂100克，1250目的填充增强剂500克，400目的竹粉1500克，偶联剂200克，增韧剂500克。
实施例13：在双螺杆改性造粒前使用超细粉碎机对100目的竹粉进行粉碎获得400目的竹粉，并对所述竹粉进行烘干处理；聚乳酸8000克，成核剂100克，1250目的填充增强剂500克，400目的竹粉2000克，偶联剂200克，增韧剂200克。
实施例14：在双螺杆改性造粒前对100目的竹粉进行烘干处理；混合物各组分配比为：聚乳酸7000克，成核剂100克，1250目的填充增强剂500克，100目的竹粉2500克，偶联剂200克，增韧剂500克。
实施例15：在双螺杆改性造粒前对100目的竹粉进行烘干处理；混合物各组分配比为：聚乳酸7000克，成核剂100克，3000目的填充增强剂500克，100目的竹粉3000克，偶联剂200克，增韧剂500克。
实施例16：在双螺杆改性造粒前对100目的竹粉进行烘干处理；混合物各组分配比为：聚乳酸7000克，成核剂100克，5000目的填充增强剂500克，100目的竹粉2500克，偶联剂200克，增韧剂500克。
实施例17：在双螺杆改性造粒前对40目的竹粉进行烘干处理；混合物各组分配比为：聚乳酸9500克，成核剂100克，1250目的填充增强剂500克，40目的竹粉500克，偶联剂200克，增韧剂100克。
对比例：对海正生物材料生产的Revode190聚乳酸纯料进行力学性能测试，结果见表1。
表1：聚乳酸竹粉复合改性材料与聚乳酸纯料力学性能对比。
结合上述表1所示结果可以得出，竹粉与聚乳酸的复合比例越高，所获得聚乳酸竹粉复合改性材料的力学性能越差，其为材料力学性能改变的主要因素，但在竹粉的复合重量份为30份时所获得复合改性材料的力学性能几乎与Revode190的力学性能相当，因此所述竹粉的重量份组成优选在5-30份；另外，竹粉的目数大小对所获得的聚乳酸竹粉复合改性材料的力学性能也有关联，其目数越大对力学性能越有利。

Claims (12)

1.一种聚乳酸竹粉复合改性材料，其特征在于，其组成包括以下重量份的组分：
聚乳酸50-90份；成核剂0.5-2份；填充增强剂5-20份；竹粉5-30份；偶联剂0.5-2份；增韧剂1-5份。
2.根据权利要求1所述聚乳酸竹粉复合改性材料，其特征在于，各组份重量份的含量为：聚乳酸70-80份；成核剂1份；填充增强剂5份；竹粉15-20份；偶联剂2份；增韧剂5份。
3.根据权利要求1或2所述聚乳酸竹粉复合改性材料，其特征在于，所述聚乳酸选择光学纯度>98%的聚乳酸纯料。
4.根据权利要求1或2所述聚乳酸竹粉复合改性材料，其特征在于，所述成核剂为硅灰石、硫酸钙晶须或碳化硅中一种。
5.根据权利要求1或2所述聚乳酸竹粉复合改性材料，其特征在于，所述成核剂为5000目的二氧化硅。
6.根据权利要求1或2所述聚乳酸竹粉复合改性材料，其特征在于，填充增强剂选用800-5000目滑石粉。
7.根据权利要求1或2所述聚乳酸竹粉复合改性材料，其特征在于，所述竹粉需要进行烘干处理。
8.根据权利要求1或2所述聚乳酸竹粉复合改性材料，其特征在于，所述竹粉为40-200目。
9.根据权利要求1或2所述聚乳酸竹粉复合改性材料，其特征在于，所述偶联剂为有机铬络合物、硅烷类、钛酸酯类或铝酸化合物。
10.根据权利要求1或2所述聚乳酸竹粉复合改性材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷KH-560。
11.根据权利要求1或2所述聚乳酸竹粉复合改性材料，其特征在于，所述增韧剂为热塑性弹性体（TPE）、高分子量聚氨酯（PU）或生物基聚酯。
12.根据权利要求1或2所述聚乳酸竹粉复合改性材料，其特征在于，所述增韧剂为聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯或聚丁二酸乙二醇酯。
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