CN114031914A - 一种生物基吸塑材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物基吸塑材料及其制备方法，属于可降解材料技术领域。该生物基吸塑材料包括以下重量份的原料：淀粉45‑80份、淀粉枝接剂5‑9份、生物可降解聚酯120‑150份、增塑剂12‑15份、扩链剂6‑10份、催化剂8‑12份；其中，所述生物可降解聚酯可以为聚乳酸、PBAT或PBST，所述扩链剂由磷酸酯类扩链剂和环氧类扩链剂组成；所述生物基吸塑材料的制备方法为：将原料按照重量份放入混合机中混合均匀，再放入双螺杆挤出机进行熔融挤出造粒，即得到所述生物基吸塑材料。本发明生产成本较低，环保绿色，且制备的可降解塑料力学性能良好。
Description
技术领域
本发明属于可降解材料技术领域，具体为一种生物基吸塑材料及其制备方法。
背景技术
塑料餐盒回收体系的建立面对巨大挑战，如何实现产业可持续发展，减少包装物对环境的污染是目前被众多学者关注的问题。越来越多的地方已经在推出包装领域相关产品的“禁塑”“限塑”时间表。生物基材料由于其绿色、环境友好、资源节约等特点，正逐步成为引领当代世界科技创新和经济发展的又一个新的主导产业；生物基塑料是生物基材料一个大的品种，按照其降解性能可以分为两类，即生物降解生物基塑料和非生物降解生物基塑料。生物降解生物基塑料包括聚乳酸等，非生物降解生物基塑料包括聚乙烯等多个品种。目前，从我国技术研究及产业化进度来看，主要还是以生物降解塑料为主。生物基材料是以淀粉、大豆、纤维素、木质素、植物油等一些可再生资源为原料的塑料，注重的是生产原料的生物来源性和可再生性。此类塑料既包括可降解或堆肥的塑料，也包括非降解塑料；既有热塑性树脂，也有热固性树脂。
随着人们经济生活水平的提高和国家相关法规的不断完善，生物可降解聚酯在纤维（非织造布）、“用即弃”包装、生活垃圾袋、农用薄膜、一次性医疗器件、高附加值的人体亲和医用材料等领域发挥着越来越重要的作用，正是因为这些应用领域的不断拓展，也促进了生物可降解聚酯技术和产业化的发展。市场上流通的生物降解塑料大多存在着一些缺陷，如为了增强塑料的力学性能而添加了增塑剂和无机填料进行改进，但这也大幅度增加了塑料的成本。因此对生物基吸塑材料进行研究就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，而提供一种生物基吸塑材料及其制备方法，本发明生产成本较低，环保绿色，且制备的可降解塑料力学性能良好。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种生物基吸塑材料，包括以下重量份的原料：淀粉45-80份、淀粉枝接剂5-9份、生物可降解聚酯120-150份、增塑剂12-15份、扩链剂6-10份、催化剂8-12份；其中，所述生物可降解聚酯可以为聚乳酸、PBAT或PBST，所述扩链剂由磷酸酯类扩链剂和环氧类扩链剂按照重量比为2：1组成，其中，所述PBAT为河南瑞奇特有限公司生产，型号为RQT-CH；所述PBS为中石化仪征有限公司生产，型号为TS159；所述磷酸酯类扩链剂为德国赢创公司生产，型号为EVONIK VESTAMIN A95，环氧类扩链剂为广州市壹诺化工科技有限公司生产，型号为6902。
进一步地，所述生物基吸塑材料包括以下重量份的原料：淀粉52-70份、淀粉枝接剂7-9份、生物可降解聚酯128-134份、增塑剂14-15份、扩链剂7-9份、催化剂10-12份，其中，所述淀粉枝接剂为广东弘欣生物科技有限公司生产，型号为YL03M。
进一步地，所述生物基吸塑材料还包括天然可降解高分子材料12-15份。
进一步地，所述天然可降解高分子材料为木质素、秸秆、壳聚糖以及植物纤维中的一种或多种。
进一步地，所述生物基吸塑材料还包括聚乙酸乙烯酯4-8份。
进一步地，所述增塑剂为柠檬酸三正丁酯、环氧植物油以及异山梨醇酯中的一种或多种。
进一步地，所述环氧植物油为环氧大豆油、米糠油中的一种或多种。
进一步地，所述催化剂由异溴丁酸羟乙酯和铁粉按照重量比为3：2混合而成。
一种制备上述生物基吸塑材料的方法，包括以下步骤：将所述原料按照重量份放入混合机中混合均匀，再放入双螺杆挤出机进行熔融挤出造粒，即得到所述生物基吸塑材料。
本发明的有益效果为：
（1）本发明原料中加入大量淀粉，并通过淀粉枝接剂提高淀粉在塑料中的相容性以及稳定性，淀粉相对较低的价格也降低了可降解材料的生产成本；本发明采用了由磷酸酯类扩链剂和环氧类扩链剂组成的扩链剂，磷酸酯类扩链剂对脂肪族、脂肪族－芳香族共聚酯的增量效果显著，并可以改善结晶性能；相对地，环氧类中的多环氧基团扩链剂相对安全、成本较低。
（2）本发明通过将聚乳酸、PBAT或PBST与木质素、秸秆、壳聚糖以及植物纤维进行共混，能有效增强塑料的弹性模量，提高塑料的力学性能，同时木质素、秸秆、壳聚糖以及植物纤维这些天然可降解高分子材料，其成本低廉，并且本身就能够天然降解；此外本发明通过将生物可降解聚酯与聚乙酸乙烯酯进行共混，能够降低结晶速率，改善塑料的热稳定性。
（3）本发明中加入了柠檬酸三正丁酯、环氧植物油以及异山梨醇酯作为增塑剂，柠檬酸酯类增塑剂能有效降低聚乳酸的玻璃化温度，可改善其加工性能，降低脆性断裂，提高产品韧性；环氧植物油（环氧大豆油、环氧米糠油）是生物可降解的环保添加剂，可取代生物毒性的邻苯类增塑剂，改善材料的加工性能；异山梨醇酯对聚乳酸的增塑改性效果明显，同时也可改善聚乳酸的结晶性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
一种生物基吸塑材料的制备方法，所述工艺步骤为：
将淀粉45份、淀粉枝接剂5份、聚乳酸120份、磷酸酯类扩链剂4份和环氧类扩链剂2份、木质素12份、聚乙酸乙烯酯4份，先置于高搅机中，以1200r/min转速高速搅拌3分钟，再边搅拌边滴入柠檬酸三正丁酯12份；滴毕继续高速（1200r/min）搅拌2分钟，最后加入异溴丁酸羟乙酯5份和铁粉3份，以600r/min低速搅拌5分钟，得到初混料；将上述初混料加入双螺杆挤出机熔融共混，挤出造粒，即得生物基吸塑材料制品；其中，双螺杆挤出机长径比为28.5，双螺杆挤出机转速为90rpm，双螺杆挤出机各段温度设定为：加热一区150℃、加热二区160℃、加热三区165℃、加热四区175℃、加热五区185℃、加热六区175℃、加热七区175℃、机头温度170℃。
实施例2
一种生物基吸塑材料的制备方法，所述工艺步骤为：
将淀粉65份、淀粉枝接剂7份、PBAT 135份、磷酸酯类扩链剂5份和环氧类扩链剂3份、秸秆13份、聚乙酸乙烯酯6份，先置于高搅机中，以1200r/min转速高速搅拌3分钟，再边搅拌边滴入环氧大豆油13份；滴毕继续高速（1200r/min）搅拌2分钟，最后加入异溴丁酸羟乙酯6份和铁粉4份，以600r/min低速搅拌5分钟，得到初混料；将上述初混料加入双螺杆挤出机熔融共混，挤出造粒，即得生物基吸塑材料；其中，双螺杆挤出机长径比为28.5，双螺杆挤出机转速为90rpm，双螺杆挤出机各段温度设定为：加热一区150℃、加热二区160℃、加热三区165℃、加热四区175℃、加热五区185℃、加热六区175℃、加热七区175℃、机头温度170℃。
实施例3
一种生物基吸塑材料的制备方法，所述工艺步骤为：
将淀粉80份、淀粉枝接剂9份、聚乳酸150份、磷酸酯类扩链剂7份和环氧类扩链剂3份、壳聚糖7份、植物纤维8份、聚乙酸乙烯酯8份，先置于高搅机中，以1200r/min转速高速搅拌3分钟，再边搅拌边滴入异山梨醇硝酸酯15份；滴毕继续高速（1200r/min）搅拌2分钟，最后加入异溴丁酸羟乙酯7份和铁粉5份，以600r/min低速搅拌5分钟，得到初混料；将上述初混料加入双螺杆挤出机熔融共混，挤出造粒，即得生物基吸塑材料；其中，双螺杆挤出机长径比为28.5，双螺杆挤出机转速为90rpm，双螺杆挤出机各段温度设定为：加热一区150℃、加热二区160℃、加热三区165℃、加热四区175℃、加热五区185℃、加热六区175℃、加热七区175℃、机头温度170℃。
将以上实施例制得的生物基吸塑材料制成塑料薄膜试样进行拉伸强度、断裂伸长率以及生物降解性测试，其测试如下表1所示：
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 断裂伸长率，% | 460 | 472 | 467 |
| 拉伸强度，MPa | 34 | 35 | 33 |
| 生物降解性，% | 90 | 94 | 95 |
其中，拉伸强度、断裂伸长率的测试方法为：《GB/T 1040.1-2018 塑料 拉伸性能的测定》，具体的，断裂伸长率的测试方法为：设置预应力后，将校准后的引伸计安装在试样的标距上并调整，在试样破坏时记录该拉伸长度，该长度与拉伸前试样长度的比值即为断裂伸长率；拉伸强度的测试方法为：在用引伸计拉伸过程当中，所观察到的最大初始应力即为拉伸强度，同时该值也可能是试样在屈服或断裂时的应力；
生物降解性测试方法为：生物降解率GB/T 19277.1 （ISO 14855-1）受控堆肥条件下材料最终需氧生物分解和崩解能力的测定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种生物基吸塑材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：淀粉45-80份、淀粉枝接剂5-9份、生物可降解聚酯120-150份、增塑剂12-15份、扩链剂6-10份、催化剂8-12份；其中，所述生物可降解聚酯为聚乳酸、PBAT或PBST，所述扩链剂由磷酸酯类扩链剂和环氧类扩链剂按照重量比为2：1组成。
2.根据权利要求1所述的一种生物基吸塑材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：淀粉52-70份、淀粉枝接剂7-9份、生物可降解聚酯128-134份、增塑剂14-15份、扩链剂7-9份、催化剂10-12份。
3.根据权利要求1或2所述的一种生物基吸塑材料，其特征在于，还包括天然可降解高分子材料12-15份。
4.根据权利要求3所述的一生物基吸塑材料，其特征在于，所述天然可降解高分子材料为木质素、秸秆、壳聚糖以及植物纤维中的一种或多种。
5.根据权利要求1或2所述的一种生物基吸塑材料，其特征在于，还包括聚乙酸乙烯酯4-8份。
6.根据权利要求1所述的一种生物基吸塑材料，其特征在于，所述增塑剂为柠檬酸三正丁酯、环氧植物油以及异山梨醇酯中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的一种生物基吸塑材料，其特征在于，所述环氧植物油为环氧大豆油、米糠油中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种生物基吸塑材料，其特征在于，所述催化剂由异溴丁酸羟乙酯和铁粉按照重量比为3：2混合而成。
9.一种制备权利要求1所述生物基吸塑材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述原料按照重量份放入混合机中混合均匀，再经双螺杆挤出机熔融挤出造粒，即得到所述生物基吸塑材料。
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