一种包含超细立构复合聚乳酸的全生物降解材料
阅读说明：本技术 一种包含超细立构复合聚乳酸的全生物降解材料 (Full-biodegradable material containing superfine stereo composite polylactic acid ) 是由 吴腾达 杨杰 庄吉彬 刁雪峰 申应军 于 2020-12-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种包含超细立构复合聚乳酸的全生物降解材料,原料包括超细立构复合聚乳酸以及生物降解材料：超细立构复合聚乳酸和生物降解材料的重量比为15-35:65-85；其中,所述超细立构复合聚乳酸为：将左旋聚乳酸、右旋聚乳酸混合均匀后,通过密炼机或者双螺杆挤出机在120-180℃混炼4-10分钟得到的立构复合聚乳酸固体,再经过研磨、低温粉碎、过筛得到粉末,其粉末平均粒径Dv(50)小于500um,[Dv(90)-Dv(10)]/2小于400um；所述的超细立构复合聚乳酸与生物降解材料在低于200℃的加工温度下熔融共混,得到所述的包含超细立构复合聚乳酸的全生物降解材料。(The invention discloses a full biodegradable material containing superfine stereo composite polylactic acid, which comprises the following raw materials: the weight ratio of the superfine stereo composite polylactic acid to the biodegradable material is 15-35: 65-85; wherein, the superfine stereo composite polylactic acid is: uniformly mixing the levorotatory polylactic acid and the dextrorotatory polylactic acid, then mixing for 4-10 minutes at 120-180 ℃ by an internal mixer or a double-screw extruder to obtain a stereocomplex polylactic acid solid, and then grinding, crushing at low temperature and sieving to obtain powder, wherein the average particle size Dv (50) of the powder is less than 500um, and [ Dv (90) -Dv (10) ]/2 is less than 400 um; the superfine stereo composite polylactic acid and the biodegradable material are melted and blended at the processing temperature lower than 200 ℃ to obtain the full biodegradable material containing the superfine stereo composite polylactic acid.)
技术领域
本发明涉及一种包含超细立构复合聚乳酸的全生物降解材料。
背景技术
传统生物降解材料普遍存在耐温低、强度差的缺点，在现有的使用条件下较难实现有效替换。因此，开发高性能生物降解材料方案适应目前主流的市场应用需求，成为生物降解材料推广应用急需解决的问题。
常见生物降解材料的熔点(50-150℃)低，结晶度低，热变形温度较低。在日常耐温(70-90℃)应用场景下，无法提供足够的耐温性能保障。由于生物降解材料自身的结晶能力较弱，通过外部工艺促进结晶通常会使加工工序复杂化、生产成本增加，不利广泛推广应用。通过添加无机填充物提高生物降解材料的耐热性能是常用的材料改性方法，但无机填充物在使用时容易重金属、特定元素含量超标而不满足堆肥降解要求。
CN201110207647.8公开一种可生物降解聚乙烯薄膜及其制备方法，所述可生物降解聚乙烯薄膜，其原料包括以下重量百分数的各组分：高密度聚乙烯40～55％、聚乳酸立构复合物 10～30％、环氧植物油3～25％、淀粉15～35％、增容剂3～15％。
CN201510908115.5公开了一种可生物降解农用地膜。是由以下重量份数的物质组成：高密度聚乙烯50-60份、富马酸30-40份、聚乳酸立构复合物5-10份、环氧植物油3-15份、玉米淀粉15-35份、增容剂3-8份、淀粉基生物降解材料25-45份、光稳定剂0.3-0.8份、热稳定0.3-0.5份、热氧化降解促进剂0.3-0.5份、催化剂0.1-0.3份、聚乙烯蜡30-40份。该发明提供的可生物降解的农用地膜，在植物生长阶段保持地膜保温保湿的杀虫的功效。
CN201711263639.9公开了一种聚乳酸复合材料及其制备方法。聚乳酸复合材料及其制备方法按重量份计，原料及组成为：外消旋聚乳酸共聚物100重量份，立构复合聚乳酸10-40 重量份，其中，立构复合聚乳酸中，聚左旋乳酸30-70重量份，聚右旋乳酸30-70重量份。将立构复合型聚乳酸与外消旋聚乳酸共混，增强纯外消旋聚乳酸树脂的力学性能。
但以上专利中，均未涉及耐温性能提升方面的研究,同时将聚乙烯与立构复合聚乳酸的共混加工,材料并不能完全生物降解。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种包含超细立构复合聚乳酸的全生物降解材料。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：
一种包含超细立构复合聚乳酸的全生物降解材料，原料包括超细立构复合聚乳酸以及生物降解材料：超细立构复合聚乳酸和生物降解材料的重量比为15-35:65-85；
其中，所述超细立构复合聚乳酸为：将左旋聚乳酸、右旋聚乳酸混合均匀后，通过密炼机或者双螺杆挤出机在120-180℃混炼4-10分钟得到的立构复合聚乳酸固体，再经过研磨、低温粉碎、过筛得到粉末，其中，左旋聚乳酸、右旋聚乳酸的混合比例为4:6-6:4，其粉末平均粒径Dv(50)小于500um，[Dv(90)-Dv(10)]/2小于400um；
其中，Dv(10)、Dv(50)、Dv(90)分别代表粒径分布在10％、50％、90％的对应粒径。[Dv(90)-Dv(10)]/2近似粒径分布曲线的半峰宽值。
所述的超细立构复合聚乳酸与生物降解材料在150-200℃的加工温度下熔融共混，得到所述的包含超细立构复合聚乳酸的全生物降解材料。
本发明限定立构复合聚乳酸粉末平均粒径Dv(50)小于500um，[Dv(90)-Dv(10)]/2小于 400um：粒径均一、大小合适的立构复合聚乳酸粉末更容易分散加工，提升材料整体性能。如果Dv(50)大于500um，则材料的抗冲性能下降较多；在本发明中，如果[Dv(90)-Dv(10)]/2 大于400um，材料的耐热温度和物理性能均下降；超细立构复合聚乳酸与生物降解材料的熔融共混的加工温度在150-200℃，立构复合聚乳酸粉末不熔融,非晶区部分在此温度下继续结晶，耐热性能可以保持，；如果加工温度大于200℃，立构复合聚乳酸粉末部分熔融后，不再形成立构复合晶体,影响共混材料的耐热性能提升。
在本发明中，所述的生物降解材料包括PBS(聚丁二酸丁二醇酯)、PBAT(聚对苯二甲酸- 己二酸丁二醇酯)、PHA(聚羟基烷酸酯)、PPC(二氧化碳-环氧丙烷共聚物)、PCL(聚己内酯) 中的至少一种。
在本发明的优选实施例中，立构复合聚乳酸固体的混炼温度为140-170℃。
在本发明的优选实施例中，超细立构复合聚乳酸与生物降解材料的熔融加工温度为 160-180℃。
在本发明的优选实施例中，超细立构复合聚乳酸/PCL共混的比例为重量比18-22:78-82，熔融温度为155-165℃，注塑温度为160-170℃。
在本发明的优选实施例中，超细立构复合聚乳酸/PCL共混的比例为重量比20:80，熔融温度为160℃，注塑温度为165℃。
在本发明的优选实施例中，超细立构复合聚乳酸/PBS共混的比例为重量比13-17:83-87，熔融温度为155-165℃，注塑温度为165-175℃。
在本发明的优选实施例中，超细立构复合聚乳酸/PBS共混的比例为重量比15:85，熔融温度为160℃，注塑温度为170℃。
在本发明的优选实施例中，超细立构复合聚乳酸/PBAT共混的比例为重量比 33-37:60-70，熔融温度为175-185℃，注塑温度为170-180℃。
在本发明的优选实施例中，超细立构复合聚乳酸/PBAT共混的比例为重量比35:65，熔融温度为180℃，注塑温度为175℃。
本发明制备的一种包含立构复合聚乳酸的全生物降解材料具有以下优点：
(1)本发明公开的超细立构复合聚乳酸，由于其粒径小、分布均匀，在生物降解材料中容易加工分散均匀。由于制备的立构复合聚乳酸具有高熔点(220～240℃)，因此在150-200℃下加工时，材料不会熔融，同时材料非晶区的部分能够继续结晶，促进共混材料的耐热性能提升。超细立构复合聚乳酸的使用与普通无机填充材料相比，无重金属含量超标的问题，使用起来更加安全和环保。
(2)本发明制备的立构复合聚乳酸材料具有高熔点(220-240℃)，耐温性能好，将其引入到生物降解材料中，可以提高材料耐温性能，由于其自身良好的生物降解性，不必担心重金属、特定元素含量超标的问题。
(3)在150-200℃内可反复加工，不影响材料的耐热性能。
具体实施方式
实施例1超细立构复合聚乳酸/PCL共混
首先制备超细立构复合聚乳酸：将左旋聚乳酸、右旋聚乳酸混合均匀后，通过密炼机在150℃混炼7分钟得到的立构复合聚乳酸固体，再经过研磨、低温粉碎、过筛得到粉末，其中，左旋聚乳酸、右旋聚乳酸的混合比例重量比为1:1。
将研磨、低温粉碎、过筛得到的超细立构复合聚乳酸(Dv50＝400um, [Dv(90)-Dv(10)]/2＝300um)与PCL 6500按照质量比20:80混合均匀后在160℃下通过双螺杆挤出机熔融共混挤出、造粒，再经注塑机在165℃下制样。
实施例2超细立构复合聚乳酸/PBS共混
首先制备超细立构复合聚乳酸：将左旋聚乳酸、右旋聚乳酸混合均匀后，通过密炼机在 160℃混炼5分钟得到的立构复合聚乳酸固体，再经过研磨、低温粉碎、过筛得到粉末，其中，左旋聚乳酸、右旋聚乳酸的混合比例为重量比1:1。
将超细立构复合聚乳酸(Dv50＝200um,[Dv(90)-Dv(10)]/2＝320um)与PBS FZ91按照质量比15:85混合均匀后在160℃下通过双螺杆挤出机熔融共混挤出、造粒，再经注塑机在170℃下制样。
实施例3超细立构复合聚乳酸/PBAT共混
首先制备超细立构复合聚乳酸：将左旋聚乳酸、右旋聚乳酸混合均匀后，通过密炼机在 140℃混炼5分钟得到的立构复合聚乳酸固体，再经过研磨、低温粉碎、过筛得到粉末，其中，左旋聚乳酸、右旋聚乳酸的混合比例为重量比1:1。
将超细立构复合聚乳酸(Dv50＝440um,[Dv(90)-Dv(10)]/2＝280um)与PBATTH801T按照质量比35:65混合均匀后在180℃下通过双螺杆挤出机熔融共混挤出、造粒，再经注塑机在175℃下制样。
对比例1普通聚乳酸/PCL共混
将聚乳酸3001D与PCL 6500按照质量比20:80混合均匀后在160℃下通过双螺杆挤出机熔融共混挤出、造粒，再经注塑机在165℃下制样。
对比例2大尺寸立构复合聚乳酸/PBS共混
将大尺寸立构复合聚乳酸(Dv50＝1300um，[Dv(90)-Dv(10)]/2＝350um)与PBSFZ91按照质量比15:85混合均匀后在160℃下通过双螺杆挤出机熔融共混挤出、造粒，再经注塑机在170℃下制样。
对比例3超细立构复合聚乳酸/PBS在230℃下共混。
将超细立构复合聚乳酸(Dv50＝400um,[Dv(90)-Dv(10)]/2＝300um)与PBS FZ91按照质量比15:85混合均匀后在230℃下通过双螺杆挤出机熔融共混挤出、造粒，再经注塑机在220℃下制样。
对比例4小尺寸大分散立构复合聚乳酸/PBAT共混
将小尺寸大分散立构复合聚乳酸(Dv50＝460um,[Dv(90)-Dv(10)]/2＝600um)与PBAT TH801T按照质量比35:65混合均匀后在180℃下通过双螺杆挤出机熔融共混挤出、造粒，再经注塑机在175℃下制样。
表1
实施例1与对比例1相比，采用超细立构复合聚乳酸材料与PCL共混，材料的耐热温度提升明显。
对比例2与实施例2相比，采用大尺寸立构复合聚乳酸与PBS共混，材料的抗冲性能下降较多。
对比例3与实施例2相比，在熔融温度230℃下加工，温度达到立构复合聚乳酸粉末的熔点，晶体先融化后，冷却结晶形成的立构复合晶较少，使对比例3不具备较高的耐温性能。
对比例4与实施例3相比，采用小尺寸大分散立构复合聚乳酸与PBAT共混，材料的耐热温度和物理性能均下降。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
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