一种全生物可降解组分增韧PLA复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种全生物可降解组分增韧PLA复合材料及其制备方法。所述材料按重量份计，包括有聚乳酸66‑95.9份、藻酸类天然高分子3‑15份、植物油或其衍生物1‑18份和碱性催化剂0.1‑1.0份。其制备方法是先将所述组份烘干，然后在密炼机中共混并切粒，然后将颗粒放入挤出机中挤出，通过注塑机注塑成型即可。本发明专利技术的材料具有生产成本低，可生物降解，增塑剂不易发生渗透和迁移，无污染，增韧效果好，且力学性能强的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种全生物可降解组分增韧PLA复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种PLA复合材料及其制备方法，特别是一种全生物可降解组分增韧PLA复合材料及其制备方法。
技术介绍
由于石油基聚合物会带来资源过度消耗和环境污染等问题，近年来，人们对可生物降解聚合物特别是由生物基原料衍生出的聚合物的需求不断增加。由于聚乳酸(PLA)具有可生物降解性，可再生性，生物相容性，高机械强度，高熔融温度和易加工性等固有优势，因此作为化石基聚合物的一种有前途的替代物，已经受到了越来越多的关注。聚乳酸作为可生物降解聚合物成为研究热点，原因在于两点：一方面聚乳酸的合成单体乳酸由可再生的植物资源(玉米、木薯等)通过微生物发酵制得无需消耗石油资源；另一方面聚乳酸能在自然界中彻底降解，分解为二氧化碳和水，对生态环境没有污染。然而，聚乳酸存在明显的缺陷，性脆，断裂伸长率和冲击强度较低，限制了其大规模商业化应用。因此，研究大多关注在怎样提高聚乳酸的韧性。目前针对聚乳酸增韧改性的方法很多，可划分为化学改性和物理改性两种。化学改性如共聚改性和物理方法如共混改性。共聚改性即在聚乳酸分子链上引入柔性较好的链段形成嵌段共聚物，从而赋予聚乳酸很好的柔顺性。但这种化学改性方法往往成本较高；有时还用到有机溶剂，对溶剂的回收及处理将进一步增加合成成本。因此，这种方法不适合大规模的工业化生产。物理共混改性包括与柔性较好的高分子材料共混以及与小分子增塑剂共混。这两种共混方法都可以在一定程度上提高聚乳酸的柔韧性。但也有其各自的缺点，如使用的柔性高分子材料多为石油基聚合物，与聚乳酸的相容性差，存在非生物降解性等问题；而采用小分子增塑剂共混时，小分子增塑剂往往容易发生渗透、迁移，致使增韧效果减弱。所以，物理共混的方法在一定程度上也受到了限制。传统共混方法，通常使用石基弹性体或非商业合成脂肪族聚酯作为共混组份增韧聚乳酸，但存在成本较高、不可持续、非生物降解性等问题，不利于实际应用。因此，后来发展为用可再生聚合物如生物质来源的聚酯，微生物聚酯，天然橡胶及其衍生物和生物基聚酰胺等增韧聚乳酸。与它们相比，植物油(一种廉价的，绿色可持续的原料)作为生物质资源提供了更好的用作增韧剂的选择，在这其中，蓖麻油和大豆油已经被尝试用于聚乳酸增韧。然而由于植物油和聚乳酸基体之间的不混溶性，导致直接共混增韧效果并不好；尽管反应性共混提供了一种强有力的改善方法，但与其他增韧聚乳酸组分相比，其增韧效果仍然相当不足。因此，制备超韧性聚乳酸/植物油复合材料仍然存在挑战。因此，如何在保持聚乳酸固有可生物降解属性的同时实现聚乳酸增韧复合材料的研发，同时又不降低其原有的拉伸强度等综合性能，即发展全生物可降解组分增韧聚乳酸复合材料具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种全生物可降解组分增韧PLA复合材料及其制备方法。本专利技术的材料具有生产成本低，可生物降解，增塑剂不易发生渗透和迁移，无污染，增韧效果好，且力学性能强的特点。本专利技术的技术方案：一种全生物可降解组分增韧PLA复合材料，按重量份计，包括有聚乳酸66-95.9份、藻酸类天然高分子3-15份、植物油或其衍生物1-18份和碱性催化剂0.1-1.0份。前述的全生物可降解组分增韧PLA复合材料，按重量份计，包括有聚乳酸77.3-92.8份、藻酸类天然高分子5-10份、植物油或其衍生物2-12份和碱性催化剂0.2-0.7份。前述的全生物可降解组分增韧PLA复合材料，按重量份计，包括有聚乳酸88份、藻酸类天然高分子4.5份、植物油或其衍生物7份和碱性催化剂0.5份。前述的全生物可降解组分增韧PLA复合材料，所述藻酸类天然高分子是从巨型海藻、海带、叶藻、鹅掌菜、爱森藻、马尾藻或墨角藻中提取得到；其中海藻酸羧基含量19-25％，海藻酸成分中甘露糖醛酸与古洛糖醛酸的比值为0.33-3.10。前述的全生物可降解组分增韧PLA复合材料，所述植物油为环氧蓖麻油、环氧棕榈油、环氧花生油、环氧大豆油、环氧化亚麻籽油、环氧化玉米油或环氧化菜籽油中的一种或任意几种的任意比混合物；所述植物油的衍生物为环氧脂肪酸甲酯、环氧柠檬酸酯类或蓖麻油脂肪酸酯类中的一种或任意几种的任意比混合物；其中植物油或其衍生物的环氧值为4.0-6.5，酸值为0.5-0.9，环氧当量比为0.06-2:1。前述的全生物可降解组分增韧PLA复合材料，所述聚乳酸的重均分子量为15-20万，分子量分布指数为1.4-2.2。前述的全生物可降解组分增韧PLA复合材料，所述碱性催化剂为4-二甲氨基吡啶、1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯、1,5-二氮杂二环[4,3,0]-5-壬烯、1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯、2-乙基-4-甲基咪唑、四甲基胍、三乙胺或氢氧化钙中的一种或任意几种的任意比混合物。前述的全生物可降解组分增韧PLA复合材料，所述藻酸类天然高分子与植物油或其衍生物中的环氧当量比为0.06-2:1。一种前述的全生物可降解组分增韧PLA复合材料的制备方法，是先将所述组份烘干，然后在密炼机中共混并切粒，然后将颗粒放入挤出机中挤出，通过注塑机注塑成型即可。前述的全生物可降解组分增韧PLA复合材料的制备方法，具体步骤如下：1)将聚乳酸、藻酸类天然高分子、植物油或其衍生物和碱性催化剂在70-90℃下干燥10-30h，得A品；2)将A品冷却至室温，物理共混0.5-1.5h，然后在密炼机中共混5-30min，其中密炼机温度170-210℃，转速20-60rpm，密炼后趁热切粒，得B品；3)将B品放入双螺杆挤出机，在挤出机温度为160-210℃、螺杆转速为20-50rpm下进行挤出，并通过注塑机注塑成型即可。本专利技术的有益效果1、本专利技术的增韧聚乳酸采用的所有原料可完全生物可降解，且价廉无毒，对人体健康无害，使用后不会对环境带来任何负面影响，解决了石油基聚合物带来的环境污染以及现目前化学改性带来的成本高的问题。2、本专利技术通过天然藻酸类物质中包含的生物基羧酸与环氧植物油或其衍生物的开环反应，形成某种交联作用，及羟基或羧基与聚乳酸中的羟基或羧基反应，实现聚乳酸的增韧，可有效防止增塑剂从共混体系中发生渗透、迁移而失效，解决了物理共混时材料不透明和增塑剂渗透、迁移以及造成污染的问题。3、本专利技术的复合材料，在保持聚乳酸固有可生物降解属性同时又不大幅降低其原有的拉伸强度的条件下，还大幅提升材料的韧性(断裂伸长率和冲击强度)，解决了传统技术增韧聚乳酸时需牺牲力学性能(拉伸性能)的弊端。附图说明图1是本专利技术的全生物基组分增韧聚乳酸复合材料的制备方法的流程图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，但并不作为对本专利技术限制的依据。本专利技术的实施例实施例1：一种全生物可降解组分增韧PLA复合材料，按重量份计，由聚乳酸88份、藻酸类天然高分子4.5份、植物油或其衍生物7份和碱性催化剂0.5份组成。实施例2：一种全生物可降解组分增韧PLA复合材料，按重量份计，由聚乳酸66份、藻酸类天然高分子15份、植物油或其衍生物18份和碱性催化剂1份组成。实施例3：一种全生物可降解组分增韧PLA复合材料，按重量份计，由聚乳酸92.8份、藻酸类天然高分子5份、植物油或其衍生物2份和碱性催化剂0.2份组成。实施例4：一种全生物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全生物可降解组分增韧PLA复合材料，其特征在于：按重量份计，包括有聚乳酸66‑95.9份、藻酸类天然高分子3‑15份、植物油或其衍生物1‑18份和碱性催化剂0.1‑1.0份。

【技术特征摘要】
1.一种全生物可降解组分增韧PLA复合材料，其特征在于：按重量份计，包括有聚乳酸66-95.9份、藻酸类天然高分子3-15份、植物油或其衍生物1-18份和碱性催化剂0.1-1.0份。2.根据权利要求1所述的全生物可降解组分增韧PLA复合材料，其特征在于：按重量份计，包括有聚乳酸77.3-92.8份、藻酸类天然高分子5-10份、植物油或其衍生物2-12份和碱性催化剂0.2-0.7份。3.根据权利要求2所述的全生物可降解组分增韧PLA复合材料，其特征在于：按重量份计，包括有聚乳酸88份、藻酸类天然高分子4.5份、植物油或其衍生物7份和碱性催化剂0.5份。4.根据权利要求1-3任一项所述的全生物可降解组分增韧PLA复合材料，其特征在于：所述藻酸类天然高分子是从巨型海藻、海带、叶藻、鹅掌菜、爱森藻、马尾藻或墨角藻中提取得到；其中海藻酸羧基含量19-25％，海藻酸成分中甘露糖醛酸与古洛糖醛酸的比值为0.33-3.10。5.根据权利要求1-3任一项所述的全生物可降解组分增韧PLA复合材料，其特征在于：所述植物油为环氧蓖麻油、环氧棕榈油、环氧花生油、环氧大豆油、环氧化亚麻籽油、环氧化玉米油或环氧化菜籽油中的一种或任意几种的任意比混合物；所述植物油的衍生物为环氧脂肪酸甲酯、环氧柠檬酸酯类或蓖麻油脂肪酸酯类中的一种或任意几种的任意比混合物；其中植物油或其衍生物的环氧值为4.0-6.5，酸值为0.5-0.9，环氧当量比为0.06-2:1。6.根据权利要求1-3任一项所述的全生物可...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢海波，高成涛，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州,52