CN114350129A - 一种全生物基高降解复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子聚合物改性领域，具体涉及一种可注塑可全降解的材料改性方案。本发明提供的全生物基高降解复合材料，包括以下重量份的原料：聚乳酸50‑80份、生物基聚酰胺510 1‑20份、滑石粉1‑20份、增韧剂1‑10份、硅烷偶联剂0.1‑0.5份、抗氧剂0.1‑0.5份、表面处理剂0.1‑0.5份。本发明通过以聚乳酸、生物基聚酰胺510、滑石粉为原料实现生物降解，通过以增韧剂、硅烷偶联剂、抗氧剂和表面处理剂为复合助剂进行材料改性，改善了材料体系的注塑加工性能，提高了力学强度，具有优良的生物降解性，并可回收再使用，本发明能够实现快速高程度生物降解，并可以应用在更多的注塑类产品上，可循环再利用，减少对环境的污染，制备方法简单。
Description
技术领域
本发明属于高分子聚合物改性领域，具体涉及一种全生物基高降解复合材料的改性方案。
背景技术
生物降解塑料是指一类通过自然界存在的微生物作用而引起降解的塑料。理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终被无机化而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。生物降解塑料目前广泛应用于日用品、包装材料、农业、医疗等多个领域，但由于其本身加工性能差、不易成型等原因，单纯降解材料的应用范围偏窄，这就大大限制了可降解材料的使用范围。通过与生物基材料的复合改性，可提高材料的力学和加工性能，同时拥有很高的降解能力，并能进行一定程度上的循环利用，极大的提升材料的应用范围，也符合环保需求。需要找到合适的复合材料体系以达到改善的目的。
本领域中已经使用许多方案来提高聚乳酸塑料的综合性能，如以聚乳酸935-1000份，生物基聚酰胺1-50份，开口剂1-10份，抗氧化剂1-5份为组分的可生物降解热收缩膜；(申请号202011091242.8一种具有高透明性的可生物降解热收缩膜及其制备方法、应用)。在注塑过程中，生物基聚酰胺的添加会改善聚乳酸的结晶度，但是在扫描电子显微镜下观察共混物的断面照片，会有微孔和团聚现象，且随着生物基聚酰胺含量的增加，分界面越发清晰，这表明两者的共混相容性比较差，力学性能也难以提高，而且产品难以脱模。而如果通过矿粉体系同步对聚乳酸进行结晶提升，配合增韧剂不仅能在传统意义上提升性能，还可以极大的改善生物基聚酰胺和聚乳酸的相容性能，从而进一步力学冲击性能，成型性能更佳，使注塑产品得到极大的改善。
发明内容
本发明基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种全生物基高降解复合材料及其制备方法。
本发明为解决上述技术不足，采用改性的技术方案，具体包括以下原料及重量分数：聚乳酸50-80份、生物基聚酰胺510 1-20份、滑石粉1-20份、增韧剂1-10份、硅烷偶联剂0.1-0.5份、抗氧剂0.1-0.5份、表面处理剂0.1-0.5份。
优选的，所述全生物基高降解复合材料包括以下重量份的原料：聚乳酸55-75份、生物基聚酰胺510 3-15份、滑石粉10-20份、增韧剂3-10份、硅烷偶联剂0.1-0.5份、抗氧剂0.1-0.5份、表面处理剂0.1-0.5份。
其制备方法包括以下步骤：
S1：将聚乳酸于50～70℃下干燥2～4h，生物基聚酰胺510于80～100℃下干燥2～4h干燥；
S2：将S1中干燥后的聚乳酸、生物基聚酰胺510冷却后，加入滑石粉、增韧剂、硅烷偶联剂、抗氧剂、表面处理剂分散均匀；
S3：将S2中混好物料挤出造粒；
S4：将S3中造好的材料粒子，风干冷却后，防水打包。
优选的，所述S2中分散方法为使用高速搅拌机搅拌分散，搅拌速度为3000r/min，搅拌时间为15min，温度为60～120℃。
优选的，所述S3中造粒方法为将使用双螺杆挤出，挤出温度为180～220℃，主机转速大约为200～360r/min。
优选的，所述S4中，将造好的材料粒子，通过风干冷却后，用铝箔防水包装袋作为内衬进行打包。
本发明的有益效果是，通过以聚乳酸、生物基聚酰胺510、滑石粉为原料实现生物降解，通过以增韧剂、硅烷偶联剂、抗氧剂和表面处理剂为复合助剂进行材料改性，改善了材料体系的加工性能，提高强度的同时也有较好的冲击力学性能，同时兼具优良的生物降解性和回收利用性，本发明能够实现快速高程度生物降解，并可以应用在更多的注塑类产品上，减少对环境的污染，制备方法简单。
通过加入生物基聚酰胺和滑石粉，改善PLA的结晶效果和结晶行为，通过增韧剂使得树脂和矿粉体系(滑石粉)互配性更好，提高了结晶的均匀度，同时生物基聚酰胺和增韧剂也改善了材料的韧性及强度，成型更加顺利，并使得材料具有了一定的可回收利用性。
一次性回收料比例在20％时，材料的力学冲击性能几乎不受到影响。
具体实施方式
以下部分是具体实施方式对本发明做进一步说明，但以下实施方式仅仅是对本发明的进一步解释，不代表本发明保护范围仅限于此，凡是以本发明的思路所做的等效替换，均在本发明的保护范围。
实施例1
本发明提出了一种全生物基高降解复合材料的改性技术方案，具体包括以下原料及重量分数：聚乳酸59份、生物基聚酰胺510 10份、滑石粉20份、增韧剂10份、硅烷偶联剂0.2份、抗氧剂0.3份、表面处理剂0.5份。
其制备方法包括以下步骤：
S1：按照配比依次对聚乳酸、生物基聚酰胺510、滑石粉、增韧剂、硅烷偶联剂、抗氧剂、表面处理剂进行称量；
S2：将S1中所述的聚乳酸于50～70℃下干燥2-4h，生物基聚酰胺510于80-100℃下干燥2-4h；
S3：待两种聚合物冷却后取出放入高速搅拌机内，添加称量好的滑石粉、增韧剂、硅烷偶联剂、抗氧剂、表面处理剂，搅拌分散，搅拌速度为3000r/min，搅拌时间为15min，温度为60-120℃；
S4：将混好物料取出后置于双螺杆中挤出造粒，挤出温度为180-220℃，主机转速大约为200-360r/min；
S5：将造好的塑料粒子，风干冷却后，防水打包，即可制得全生物基高降解复合材料。
实施例2
本发明提出了一种全生物基高降解复合材料的改性技术方案，具体包括以下原料及重量分数：聚乳酸80份、生物基聚酰胺510 20份、滑石粉20份、增韧剂10份、硅烷偶联剂0.5份、抗氧剂0.5份、表面处理剂0.5份。
其制备方法包括以下步骤：
S1：按照配比依次对聚乳酸、生物基聚酰胺510、滑石粉、增韧剂、硅烷偶联剂、抗氧剂、表面处理剂进行称量；
S2：将S1中所述的聚乳酸于50～70℃下干燥2-4h，生物基聚酰胺510于80-100℃下干燥2-4h；
S3：待两种聚合物冷却后取出放入高速搅拌机内，添加称量好的滑石粉、增韧剂、硅烷偶联剂、抗氧剂、表面处理剂，搅拌分散，搅拌速度为3000r/min，搅拌时间为15min，温度为60-120℃；
S4：将混好物料取出后置于双螺杆中挤出造粒，挤出温度为180-220℃，主机转速大约为200-360r/min；
S5：将造好的塑料粒子，风干冷却后，防水打包，即可制得全生物基高降解复合材料。
实施例3
本发明提出了一种全生物基高降解复合材料的改性技术方案，具体包括以下原料及重量分数：聚乳酸50份、生物基聚酰胺510 1份、滑石粉1份、增韧剂1份、硅烷偶联剂0.1份、抗氧剂0.1份、表面处理剂0.1份。
其制备方法包括以下步骤：
S1：按照配比依次对聚乳酸、生物基聚酰胺510、滑石粉、增韧剂、硅烷偶联剂、抗氧剂、表面处理剂进行称量；
S2：将S1中所述的聚乳酸于50～70℃下干燥2-4h，生物基聚酰胺510于80-100℃下干燥2-4h；
S3：待两种聚合物冷却后取出放入高速搅拌机内，添加称量好的滑石粉、增韧剂、硅烷偶联剂、抗氧剂、表面处理剂，搅拌分散，搅拌速度为3000r/min，搅拌时间为15min，温度为60-120℃；
S4：将混好物料取出后置于双螺杆中挤出造粒，挤出温度为180-220℃，主机转速大约为200-360r/min；
S5：将造好的塑料粒子，风干冷却后，防水打包，即可制得全生物基高降解复合材料。
对比实例1
本发明提出了一种全生物基高降解复合材料的改性技术方案，具体包括以下原料及重量分数：聚乳酸100份、生物基聚酰胺510 5份。
其制备方法包括以下步骤：
S1：按照配比依次对聚乳酸、生物基聚酰胺510；
S2：将S1中所述的聚乳酸于50～70℃下干燥2-4h，生物基聚酰胺510于80-100℃下干燥2-4h；
S3：待两种聚合物冷却后取出放入高速搅拌机内，搅拌分散，搅拌速度为3000r/min，搅拌时间为15min，温度为60-120℃；
S4：将混好物料取出后置于双螺杆中挤出造粒，挤出温度为180-220℃，主机转速大约为200-360r/min；
S5：将造好的塑料粒子，风干冷却后，防水打包，即可制得全生物基高降解复合材料。
将实施例1-3和对比实例1得到的高降解塑料，进行注塑成型，产品为某款电动牙刷刷头，考察成型性能，打标准力学样条进行测试，并添加20％制品破碎料进行对比实验，结果见表1。
表1实施例1-3及对比实例1性能汇总：
由表1可以看出，对比实例1成型性能较差，不能顺利脱模，产品会产生拉拔现象，样条对应的冲击性能也不如复合改性后的材料；随着生物基聚酰胺含量额增加，在优选范围内，产品的冲击也会不断提升。通过对比可以看出，本发明经过复合改性的PLA树脂，注塑成型后力学性能优异，较对比实例1性能有较大提升，20％回收料添加后冲击性能保持良好，说明生物基聚酰胺和增韧剂的互配体系配以滑石粉及助剂辅助体系，可以使PLA材料的注塑成型性能更加优异，更加适合注塑产品生产及应用。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种全生物基高降解复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：聚乳酸50-80份、生物基聚酰胺510 1-20份、滑石粉1-20份、增韧剂1-10份、硅烷偶联剂0.1-0.5份、抗氧剂0.1-0.5份、表面处理剂0.1-0.5份。
2.根据权利要求1所述的全生物基高降解复合材料，包括以下重量份的原料：聚乳酸55-75份、生物基聚酰胺510 3-15份、滑石粉10-20份、增韧剂3-10份、硅烷偶联剂0.1-0.5份、抗氧剂0.1-0.5份、表面处理剂0.1-0.5份。
3.根据权利要求1～2所述的任何一种全生物基高降解复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1：将聚乳酸于50～70℃下干燥2～4h，生物基聚酰胺510于80～100℃下干燥2～4h干燥；
S2：将S1中干燥后的聚乳酸、生物基聚酰胺510冷却后，加入滑石粉、增韧剂、硅烷偶联剂、抗氧剂、表面处理剂分散均匀；
S3：将S2中混好物料挤出造粒；
S4：将S3中造好的材料粒子，风干冷却后，防水打包。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述S2中分散方法为使用高速搅拌机搅拌分散，搅拌速度为3000r/min，搅拌时间为15min，温度为60～120℃。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述S3中造粒方法为将使用双螺杆挤出，挤出温度为180～220℃，主机转速大约为200～360r/min。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述S4中，将造好的材料粒子，通过风干冷却后，用铝箔防水包装袋作为内衬进行打包。
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| CN116199972A (zh) * | 2023-02-09 | 2023-06-02 | 青岛周氏塑料包装有限公司 | 一种环保生物基材料及其制备方法 |
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| CN102558798A (zh) * | 2012-01-16 | 2012-07-11 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 一种车用聚乳酸复合材料及其制备方法 |
| CN107141744A (zh) * | 2017-07-06 | 2017-09-08 | 魏科峰 | 一种聚乳酸/聚酰胺生物高分子合金材料及其制备方法 |
| CN110003629A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-07-12 | 安徽农业大学 | 一种生物基高韧聚乳酸组合物及其制备方法 |
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