CN115109398B - 一种增强增韧的可降解材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种增强增韧的可降解材料及其制备方法，按质量份数计，所述降解材料组分包括聚乳酸60～90份，成核剂5～8份，填料10～40份，增塑剂2～10份，稳定剂1～3份，分散剂0.5～1份，其制备方法包括如下步骤：a.将粉末状聚乳酸烘干处理，再将烘干后的聚乳酸和成核剂混合均匀得到混合料；b.将步骤a中得到的混合料先置于2.0～4.0MPa气压环境下10～20小时，再将混合料冷却降温至0～2℃，最后充入常温CO2，静置，得到备混料；c.将步骤b中得到的备混料与填料、增塑剂、稳定剂和分散剂均匀共混，得到母料；d.将步骤c中所得母料经过螺杆挤出机熔融混炼后挤出、冷却制得所述可降解材料。该材料可降解，并且韧性和强度高。
Description
技术领域
本发明涉及可降解塑料材料技术领域，尤其涉及一种增强增韧的可降解材料及其制备方法。
背景技术
随着人们对环境保护和健康的重视，对可降解材料的需求越来越大。但由于可降解材料具有可降解特点，其机械性能会随着材料使用时间变长而降低，迫切需要对可降解材料进行改性处理，尤其是增强增韧方面，以便延长材料使用寿命以及拓展更多应用场景。市面上绝大数的可降解材料通过共混改性，但会出现韧性的提高常伴随其强度的下降，以及对于热塑性材料主要采用挤出或注射方法型加工，但高流动性的材料的韧性较差。
发明内容
本发明旨在一定程度上解决上述技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种增强增韧的可降解材料及其制备方法，该材料可降解，并且韧性和强度高。
一种增强增韧的可降解材料及其制备方法，其特征在于，按质量份数计，所述降解材料组分包括聚乳酸60～90份，成核剂5～8份，填料10～40份，增塑剂2～10份，稳定剂1～3份，分散剂0.5～1份，其制备方法包括如下步骤：
a.将粉末状聚乳酸烘干处理，再将烘干后的聚乳酸和成核剂混合均匀得到混合料；
b.将步骤a中得到的混合料先置于2.0～4.0MPa气压环境下10～20小时，再将混合料冷却降温至0～2℃，最后充入常温CO2，静置，得到备混料；
c.将步骤b中得到的备混料与填料、增塑剂、稳定剂和分散剂均匀共混，得到母料；
d.将步骤c中所得母料经过螺杆挤出机熔融混炼后挤出、冷却、造粒制得所述可降解材料。
进一步，在步骤b中，所述成核剂为粉末状的木质素、环己六醇和微纤化纤维素的一种或多种；所述填料为秸秆粉、纳米碳酸钙和微米碳酸钙的一种或多种；所述增塑剂为环氧植物油、柠檬酸三正丁酯、柠檬酸三乙酯和乙酰基柠檬酸三丁酯中的一种或多种；所述稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌和无毒亚磷酸酯中的一种或多种；所述分散剂为单硬脂酸甘油酯、三硬脂酸甘油酯和石蜡的一种或多种。
进一步，在步骤a中，聚乳酸烘干干燥为真空环境下80～90℃；聚乳酸和成核剂搅拌混合时间为1～3小时。
进一步，在步骤b中，所述混合料降温处理为将所述混合料置于冰水中降至0～2℃，其中充入的常温CO2温度为25±2℃；充入常温CO2后的静置时间为8～16小时。
进一步，所述分散剂为单硬脂酸甘油酯与石蜡按1：(1～1.5)混合而成。
进一步，在步骤d中，螺杆挤出机的料筒温度分别是140℃～170℃,160℃～200℃,190℃～230℃，模头温度200℃-220℃；
进一步，在步骤d中，冷却为水冷、常温冷却中一种或多种组合。
进一步，水冷槽中的初始水温35-45℃，常温冷却环境温度为20℃-25℃。
本发明的有益效果：本发明一种增强增韧的可降解材料及其制备方法，按质量份数计，所述降解材料组分包括聚乳酸60～90份，成核剂5～8份，填料10～40份，增塑剂2～10份，稳定剂1～3份，分散剂0.5～1份，其制备方法包括如下步骤：a.将粉末状聚乳酸烘干处理，再将烘干后的聚乳酸和成核剂混合均匀得到混合料；b.将步骤a中得到的混合料先置于2.0～4.0MPa气压环境下10～20小时，再将混合料冷却降温至0～2℃，最后充入常温CO2，静置，得到备混料；c.将步骤b中得到的备混料与填料、增塑剂、稳定剂和分散剂均匀共混，得到母料；d.将步骤c中所得母料经过螺杆挤出机熔融混炼后挤出、冷却、造粒制得所述可降解材料。该材料可降解，并且韧性和强度高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
一种增强增韧的可降解材料及其制备方法，其特征在于，按质量份数计，所述降解材料组分包括聚乳酸60～90份，成核剂5～8份，填料10～40份，增塑剂2～10份，稳定剂1～3份，分散剂0.5～1份，其制备方法包括如下步骤：
a.将粉末状聚乳酸烘干处理，再将烘干后的聚乳酸和成核剂混合均匀得到混合料；
b.将步骤a中得到的混合料先置于2.0～4.0MPa气压环境下10～20小时，再将混合料冷却降温至0～2℃，最后充入常温CO2，静置，得到备混料；
c.将步骤b中得到的备混料与填料、增塑剂、稳定剂和分散剂均匀共混，得到母料；
d.将步骤c中所得母料经过螺杆挤出机熔融混炼后挤出、冷却、造粒制得所述可降解材料。
进一步，在步骤b中，所述成核剂为粉末状的木质素、环己六醇和微纤化纤维素的一种或多种；所述填料为秸秆粉、纳米碳酸钙和微米碳酸钙的一种或多种；所述增塑剂为环氧植物油、柠檬酸三正丁酯、柠檬酸三乙酯和乙酰基柠檬酸三丁酯中的一种或多种；所述稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌和无毒亚磷酸酯中的一种或多种；所述分散剂为单硬脂酸甘油酯、三硬脂酸甘油酯和石蜡的一种或多种。
进一步，在步骤a中，聚乳酸和成核剂搅拌混合时间为1～3小时。
进一步，在步骤b中，所述混合料降温处理为将所述混合料置于冰水中降至0～2℃，其中充入的常温CO2温度为25±2℃；充入常温CO2后的静置时间为8～16小时。
进一步，所述分散剂为单硬脂酸甘油酯与石蜡按1：(1～1.5)混合而成。
进一步，在步骤d中，螺杆挤出机的料筒温度分别是140℃～170℃,160℃～200℃,190℃～230℃，模头温度200℃-220℃；
进一步，在步骤d中，冷却为水冷、常温冷却中一种或多种组合。
进一步，水冷槽中的初始水温35-45℃，常温冷却环境温度为20℃-25℃。
根据本发明的具体实施例，按照上述方法步骤在下列条件下进行试验，制得样品。
空白例：从市场上购置常见的聚乳酸颗粒。
实施例1：聚乳酸80份，木质素5份，秸秆粉30份，乙酰基柠檬酸三丁酯3份，无毒亚磷酸酯2份，单硬脂酸甘油酯与石蜡按1：1混合而成，占0.5份。首先对聚乳酸真空环境下80℃烘干干燥处理，将聚乳酸和木质素均匀快速搅拌1小时，将混合料置于在3.0MPa环境下处理8小时，然后对混合料置于冰水中降温降至0℃，后将25℃的CO2充入该环境中，充入CO2后静置10小时，然后取出混合料与秸秆粉、乙酰基柠檬酸三丁酯、无毒亚磷酸酯和单硬脂酸甘油酯与石蜡混合物均匀共混，螺杆挤出机的料筒温度分别是150℃,180℃,220℃，模头温度215℃，挤出料通过40℃水冷进行冷却，待水槽中温度达到60℃，将水排出，挤出料暴露在常温(23℃)冷却、造粒，制得样品1。
实施例2：聚乳酸80份，木质素6份，秸秆粉30份，乙酰基柠檬酸三丁酯3份，无毒亚磷酸酯2份，单硬脂酸甘油酯与石蜡按1：1.3混合而成，占0.6份。首先对聚乳酸真空环境下80℃烘干干燥处理，将聚乳酸和木质素均匀快速搅拌1.5小时，将混合料置于在3.0MPa环境下处理12小时，然后对混合料置于冰水中降温降至0℃，后将25℃的CO2充入该环境中，充入CO2后静置12小时，然后取出混合料与秸秆粉、乙酰基柠檬酸三丁酯、无毒亚磷酸酯和单硬脂酸甘油酯与石蜡混合物均匀共混，螺杆挤出机的料筒温度分别是150℃,180℃,220℃，模头温度215℃，挤出料经过初始温度为40℃水冷，待水槽中温度达到60℃，将水排出，挤出料暴露在常温(23℃)冷却、造粒，制得样品2。
实施例3：聚乳酸80份，木质素6份，秸秆粉30份，乙酰基柠檬酸三丁酯3份，无毒亚磷酸酯2份，单硬脂酸甘油酯与石蜡按1：1.3混合而成，占0.6份。首先对聚乳酸真空环境下80℃烘干干燥处理，将聚乳酸和木质素均匀快速搅拌1.5小时，将混合料置于在3.5MPa环境下处理12小时，然后对混合料置于冰水中降温降至0℃，后将25℃的CO2充入该环境中，充入CO2后静置12小时，然后取出混合料与秸秆粉、乙酰基柠檬酸三丁酯、无毒亚磷酸酯和单硬脂酸甘油酯与石蜡混合物均匀共混，螺杆挤出机的料筒温度分别是150℃,180℃,220℃，模头温度215℃，挤出料经过初始温度为40℃水冷，待水槽中温度达到60℃，将水排出，挤出料暴露在常温(23℃)冷却、造粒，制得样品3。
实施例4：聚乳酸80份，木质素6份，秸秆粉30份，乙酰基柠檬酸三丁酯3份，无毒亚磷酸酯2份，单硬脂酸甘油酯与石蜡按1：1.3混合而成，占0.6份。首先对聚乳酸真空环境下80℃烘干干燥处理，将聚乳酸和木质素均匀快速搅拌1.5小时，将混合料置于在7.0MPa环境下处理12小时，然后对混合料置于冰水中降温降至0℃，后将25℃的CO2充入该环境中，充入CO2后静置12小时，然后取出混合料与秸秆粉、乙酰基柠檬酸三丁酯、无毒亚磷酸酯和单硬脂酸甘油酯与石蜡混合物均匀共混，螺杆挤出机的料筒温度分别是150℃,180℃,220℃，模头温度215℃，挤出料经过初始温度为40℃水冷，待水槽中温度达到60℃，将水排出，挤出料暴露在常温(23℃)冷却、造粒，制得样品4。
实施例5：聚乳酸80份，木质素6份，秸秆粉30份，乙酰基柠檬酸三丁酯3份，无毒亚磷酸酯2份，单硬脂酸甘油酯与石蜡按1：1.3混合而成，占0.6份。首先对聚乳酸真空环境下80℃烘干干燥处理，将聚乳酸和木质素均匀快速搅拌1.5小时，然后取出混合料与秸秆粉、乙酰基柠檬酸三丁酯、无毒亚磷酸酯和单硬脂酸甘油酯与石蜡混合物均匀共混，螺杆挤出机的料筒温度分别是150℃,180℃,220℃，模头温度215℃，挤出料经过初始温度为40℃水冷，待水槽中温度达到60℃，将水排出，挤出料暴露在常温(23℃)冷却、造粒，制得样品5。
实施例6：聚乳酸80份，环己六醇6份，微米碳酸钙20份，柠檬酸三乙酯3份，无毒亚磷酸酯2份，单硬脂酸甘油酯与石蜡按1：1.3混合而成，占0.6份。首先对聚乳酸真空环境下80℃烘干干燥处理，将聚乳酸和环己六醇均匀快速搅拌1.5小时，将混合料置于在5.0MPa环境下处理12小时，然后对混合料置于冰水中降温降至0℃，后将25℃的CO2充入该环境中，充入CO2后静置12小时，然后取出混合料与微米碳酸钙、柠檬酸三乙酯、无毒亚磷酸酯、单硬脂酸甘油酯与石蜡共混物混合均匀，螺杆挤出机的料筒温度分别是150℃,180℃,220℃，模头温度215℃，挤出料经过初始温度为40℃水冷，待水槽中温度达到60℃，将水排出，挤出料暴露在常温(23℃)冷却、造粒，制得样品6。
实施例7：实施例5：聚乳酸70份，环己六醇7份，微米碳酸钙20份，柠檬酸三乙酯3份，硬脂酸钙2份，单硬脂酸甘油酯0.6份。首先对聚乳酸真空环境下80℃烘干干燥处理，将聚乳酸和环己六醇均匀快速搅拌1.5小时，将混合料置于在5.0MPa环境下处理12小时，然后对混合料置于冰水中降温降至0℃，后将25℃的CO2充入该环境中，充入CO2后静置12小时，然后取出混合料与微米碳酸钙、柠檬酸三乙酯、硬脂酸钙、单硬脂酸甘油酯均匀共混，螺杆挤出机的料筒温度分别是150℃,180℃,220℃，模头温度215℃，挤出料经过初始温度为40℃水冷，待水槽中温度达到60℃，将水排出，挤出料暴露在常温(23℃)冷却、造粒，制得样品7。
性能测试：将实施例与对比例中制备的聚乳酸可降解型材料进行性能检测，检测结果如下表所示。
(注：参考ISO 14855的测试方法，以材料的90天堆肥后CO2释放量为降解性指标))
数据分析：
1、样品3与样品2相比材料的拉伸强度和断裂伸长率有所增强，试验差别差别在于“将混合料置于在3.5MPa环境下处理12小时”。进一步，对比样品4和样品2，随着压强的进一步提高(7MPa)，材料的拉伸强度和断裂伸长率有却降低了。
2、样品5和样品2相比，差别在于未对混合料进行加压和CO2处理，材料拉伸强度和断裂拉伸率有所下降，但仍然比单纯的聚乳酸材料强度高出许多。
3、样品6和样品7与样品2、3、4相比，无明显差异，选本发明涉及的不同的成核剂、填料增塑剂、稳定剂及分散剂，样品性质稳定无明显差异。
4、样品2、3、4、5、6、7与样品0相比，降解率有明显降低，本发明的材料韧性和使用寿命有明显提高。
根据上述的检测结果可见，采用本发明的配方和制备方法制备的可降解材料具有优异的拉伸强度、断裂伸长率等高性能，有效改善了聚乳酸的力学性能，延长了材料使用寿命以及拓展更多应用场景。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (3)
1.一种增强增韧的可降解材料的制备方法，其特征在于，按质量份数计，所述降解材料组分包括聚乳酸60~90份，成核剂5~8份，填料10~40份，增塑剂2~10份，稳定剂1~3份，分散剂0.5~1份，所述成核剂为粉末状的木质素、环己六醇和微纤化纤维素的一种或多种；所述填料为秸秆粉、纳米碳酸钙和微米碳酸钙的一种或多种；所述增塑剂为环氧植物油、柠檬酸三正丁酯、柠檬酸三乙酯和乙酰基柠檬酸三丁酯中的一种或多种；所述稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌和无毒亚磷酸酯中的一种或多种；所述分散剂为单硬脂酸甘油酯与石蜡按1：（1~1.5）混合而成，制备方法包括如下步骤：
a. 将粉末状聚乳酸烘干处理，再将烘干后的聚乳酸和成核剂混合均匀得到混合料；
b. 将步骤a中得到的混合料先置于2.0~4.0MPa气压环境下10~20小时，再将混合料冷却降温至0~2℃，最后充入常温CO2，静置，得到备混料；
c. 将步骤b中得到的备混料与填料、增塑剂、稳定剂和分散剂均匀共混，得到母料；
d. 将步骤c中所得母料经过螺杆挤出机熔融混炼后挤出、冷却、造粒制得所述可降解材料；
在步骤a中，聚乳酸烘干干燥为真空环境下80~90℃，聚乳酸和成核剂搅拌混合时间为1~3小时；
在步骤b中，所述混合料降温处理为将所述混合料置于冰水中降至0~2℃，其中充入的常温CO2温度为25±2℃；充入常温CO2后的静置时间为8~16小时；
在步骤d中，螺杆挤出机的料筒温度分别是140℃~170℃,160℃~200℃,190℃~230℃，模头温度200℃-220℃。
2.根据权利要求1中所述的一种增强增韧的可降解材料的制备方法，其特征在于，在步骤d中，冷却为水冷、常温冷却中一种或多种组合。
3.根据权利要求2中所述的一种增强增韧的可降解材料的制备方法，其特征在于，水冷的初始水温35-45℃，常温冷却环境温度为20℃-25℃。
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