一种用于牙刷手柄的生物质复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及生物降解高分子材料技术领域，具体涉及一种用于牙刷手柄的生物质复合材料及其制备方法，其原料主要由50‑65份聚丁二酸丁二醇酯、20‑40份聚乳酸、15‑30份改性淀粉、10‑20份改性木粉、2‑8份纳米滑石粉、0.1‑0.5份相容剂、0.2‑0.8份抗氧剂、0.2‑0.6份润滑剂和0.8‑1.5份抗菌剂。本发明专利技术通过各组分的协同作用，在提高生物质复合材料的韧性、可塑性、强度、抗菌性以及可降解性能的同时，大大降低了成本，从而有利于规模化生产和应用。

A biomass composite material for toothbrush handle and its preparation method

The invention relates to the technical field of biodegradable macromolecule materials, in particular to a biomass composite material for toothbrush handle and its preparation method. The raw materials are mainly 50 65 polybutylene succinate, 20 40 polylactic acid, 15 30 modified starch, 10 20 modified wood flour, 2 8 nano talc powder, 0.1 0.5 compatibilizer, 0.2 0.8 antioxidant and 0.2 0.6. One portion of lubricant and 0.8 1.5 portion of antimicrobial agent. Through the synergistic action of each component, the invention improves the toughness, plasticity, strength, antimicrobial property and degradability of biomass composite material, and greatly reduces the cost, thereby facilitating large-scale production and application.

【技术实现步骤摘要】
一种用于牙刷手柄的生物质复合材料及其制备方法
本专利技术涉及生物降解高分子材料
，具体涉及一种用于牙刷手柄的生物质复合材料及其制备方法。
技术介绍
牙刷是日常清洁口腔的主要器具之一。牙刷做为易耗品，我国每年消费数亿支牙刷，世界每年消费达数十亿支。牙刷使用周期过后，就会被直接丢弃。市面现有的牙刷手柄材质为聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PETG)等石油基塑胶材质，用完的牙刷有95％得不到分类利用，一部分牙刷柄随雨水流入海洋，一部分采用掩埋或焚烧的方式处理。而焚烧的方式会产生大量有毒的副产物；掩埋的方式处理，这些塑胶降解周期非常长，有的甚至超过100年，经过长时间雨水和大气阳光的侵蚀崩解成塑胶微粒子流入海洋被海洋生物吸收，混入海盐，对环境和人体健康影响极大。因此，对环境友好的生物可降解材料是目前研究的热点。聚乳酸(PLA)是一种热塑性生物可降解材料，具有较高的强度和模量，近年来被人们视为是一种具有巨大潜力的环境友好包装材料。但是，纯聚乳酸为半结晶聚合物，其玻璃化转变温度高，存在韧性差、脆性大、成本高的缺点，从而影响了其加工性能和应用。淀粉和木粉是天然可再生生物材料，其极低的成本以及完全可降解性引起了人们极大的关注。国内外已有很多关于聚乳酸和淀粉以及聚乳酸和木粉共混材料方面的研究和报道。例如，中国专利CN102408690A公开了一种热塑性淀粉改性聚乳酸材料，通过简单的直接共混形成淀粉与聚乳酸的共混体系，但是淀粉与聚乳酸不相容，共混体系界面粘结性差，造成产物韧性、可塑性等物理机械性能降低；中国专利CN101831155A公开了一种淀粉/聚乳酸共混物的制备方法，其所使用的扩链剂为具有毒性的二异氰酸酯类化合物，限制了其在一次性食品包装和餐具方面的应用；又如中国专利CN101781448A公开了一种可完全生物降解的增强型聚乳酸/淀粉共混物的制备方法，该方法通过添加热塑性弹性增韧剂提高了共混物的力学和耐热性能，但所使用的热塑性弹性增韧剂为液体橡胶或热塑性弹性体，为不可生物降解成分，影响了共混物的可完全降解性。故，目前的淀粉改性聚乳酸材料仍存在以下缺陷：(1)淀粉本身的耐热温度受限，使淀粉在加工过程中会因为温度过高而发生碳化分解；(2)淀粉和木粉表面存在很多羟基、具有很强的极性，而聚乳酸含有疏水性基团，两相界面相容性差，造成复合材料的韧性、强度、可塑性等物理机械性能较差。为此，现有技术大多通过添加各种高成本的助剂以提高产品的性能，这样会导致产品的成本大大提升，而且造成材料的可降解性能降低；另一方面，刷牙使用后，通常将牙刷手柄放置在漱口杯中，而漱口杯比较潮湿，长时间容易滋养细菌。现有技术中，大多添加纳米银、氧化银等金属粒子来提高手柄材料的抗菌功能。但是，金属粒子的价格昂贵，导致产品成本高，而且金属粒子在热塑弹性体材料体系中的分散性差，不仅导致抗菌性能的下降，又会导致力学强度的降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中的不足而提供一种用于牙刷手柄的生物质复合材料及其制备方法，该复合材料在可塑性、韧性、强度、可降解性和抗菌性能上均得到了显著提升，而且在提高产品综合性能的同时降低了成本。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：提供一种用于牙刷手柄的生物质复合材料，由以下重量份的原料制成：其中，所述改性淀粉是由45-60份木薯淀粉、45-60份蒸馏水、2-8份甘油和0.2-1份马来酸酐经过糊化改性而成；所述改性木粉是由45-60原木粉、40-55份L-丙交酯和1-5份催化剂经过接枝改性而成。本专利技术通过对木薯淀粉和原木粉分别进行改性，一方面大大提高了木薯淀粉和原木粉的表面相容性以及塑化性能，使之能够很好地与聚乳酸相容，从而提高复合材料的可塑性、韧性和拉伸强度，另一方面改性淀粉耐热温度得到提升，解决了木薯淀粉在加工过程中因温度过高而发生碳化分解的问题。本专利技术采用的改性淀粉和改性木粉使用量较大，其原料廉价易得，能够显著降低成本，而且聚丁二酸丁二醇酯具有良好的生物降解性和优良的力学性能，相对聚乳酸其价格更低，以上通过各组分的协同作用，能够保证不影响产品各项性能的前提下，使成本得以降低。上述技术方案中，所述的一种用于牙刷手柄的生物质复合材料，由以下重量份的原料制成：上述技术方案中，所述原木粉为柚木粉、桦木粉、杨木粉、松木粉中的至少一种，其颗粒尺寸为60-80目；所述的催化剂为辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡。上述技术方案中，所述改性淀粉、改性木粉和聚乳酸的重量比为2:1:3。通过控制三者的用量比，有利于提高共混物中各组分之间的相容性，进一步提高产品的综合性能。上述技术方案中，所述抗菌剂由乳酸链球菌肽和茶多酚按照重量比(2-3):(1-3)复配而成，该抗菌剂溶于聚乳酸和聚丁二酸丁二醇酯共混体系，分散性好，使乳酸链球菌肽和茶多酚牢固地嵌于聚合物表面，不仅抗菌效果好，而且不会影响复合材料的力学性能。上述技术方案中，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯和马来酸酐接枝聚苯乙烯中的至少一种。通过添加相容剂，借助于分子间的键合力，使亲水性的淀粉和原木粉与脂肪族聚酯之间的界面张力减小，从而进一步使改性淀粉、改性木粉与聚乳酸、PBS的相容性提高，促使复合材料体系混合均匀，所制备的复合材料稳定性更高。上述技术方案中，所述纳米滑石粉的平均粒径为50-80nm。该粒径范围的纳米级滑石粉粒子能够改善在耐高温基材中的分散和界面粘结问题，进而有利于提高复合材料的强度和韧性；此外，还要控制好纳米滑石粉的粒径和用量，用量过少时，达不到产品最终使用性能的要求，用量过多时，因纳米级颗粒很容易在高温熔融共混时发生团聚而影响产品性能，同时也会显著增加材料成本。上述技术方案中，所述抗氧剂为特丁基对苯二酚、邻苯二酚和对苯二酚中的至少一种；所述润滑剂为硬酯酸锌、N,N'-亚乙基双硬脂酰胺和聚乙烯蜡中的任意一种，润滑剂起到改善聚合物流变性能作用。本专利技术还提供上述一种用于牙刷手柄的生物质复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤a、制备改性木粉：a1)按配方量将L-丙交酯和原木粉在55-65℃下烘干3-4h，控制含水率≤0.02％；a2)将L-丙交酯加入反应器中，搅拌下逐渐升温至110-120℃，使L-丙交酯完全熔融后，加入干燥后的原木粉，保持恒温，使L-丙交酯和原木粉充分均匀混合；a3)升温至130℃，搅拌条件下滴加质量浓度为2-6％的含有催化剂的甲苯溶液，反应1-1.5h后停止搅拌，冷却后取出反应产物，然后用丙酮溶液洗涤抽提，以使反应产物中催化剂及游离的聚合物完全清洗干净，最后烘干得到改性木粉；步骤b、制备改性淀粉：按配方量，在20-25℃条件下，将木薯淀粉与蒸馏水混合并搅拌均匀后，加入甘油和马来酸酐，并不断搅拌形成胶体状的混合物，然后置于水浴锅或油浴锅中进行加热糊化，加热温度为85-100℃，时间为10-30min，得到粘稠状胶体，然后经过烘干、粉碎，得到改性淀粉，备用；步骤c、按配方量，分别称取聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸和纳米滑石粉，在75-85℃下烘干4-5h，使各组分的含水率≤0.08％，然后将烘干的聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、改性淀粉和改性木粉进行搅拌干混至均匀，得到预混合物，接着加入配方量的相容剂、抗氧剂、润滑剂和抗菌剂，继续搅拌均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于牙刷手柄的生物质复合材料，其特征在于：由以下重量份的原料制成：

【技术特征摘要】
1.一种用于牙刷手柄的生物质复合材料，其特征在于：由以下重量份的原料制成：其中，所述改性淀粉是由45-60份木薯淀粉、45-60份蒸馏水、2-8份甘油和0.2-1份马来酸酐经过糊化改性而成；所述改性木粉是由45-60原木粉、40-55份L-丙交酯和1-5份催化剂经过接枝改性而成。2.根据权利要求1所述的一种用于牙刷手柄的生物质复合材料，其特征在于：由以下重量份的原料制成：3.根据权利要求1述的一种用于牙刷手柄的生物质复合材料，其特征在于：所述原木粉为柚木粉、桦木粉、杨木粉、松木粉中的至少一种，其颗粒尺寸为60-80目；所述的催化剂为辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡。4.根据权利要求1所述的一种用于牙刷手柄的生物质复合材料，其特征在于：所述改性淀粉、改性木粉和聚乳酸的重量比为2:1:3。5.根据权利要求1所述的一种用于牙刷手柄的生物质复合材料，其特征在于：所述抗菌剂由乳酸链球菌肽和茶多酚按照重量比(2-3):(1-3)复配而成所。6.根据权利要求1所述的一种用于牙刷手柄的生物质复合材料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯和马来酸酐接枝聚苯乙烯中的至少一种。7.根据权利要求1所述的一种用于牙刷手柄的生物质复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为特丁基对苯二酚、邻苯二酚和对苯二酚中的至少一种；所述润滑剂为硬酯酸锌、N,N'-亚乙基双硬脂酰胺和聚乙烯蜡中的任意一种。8.如权利要求1至7任意一项所述的一种用于牙刷手柄的生物质复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤a、制备改性木粉：a1)按配方量将L-丙交酯和原木粉在55-65℃下烘干3-4h，控制含水率≤0.02％；a2)将L-丙交酯加入反应器中，搅拌下逐渐升温至110-120℃，使L-丙交酯完全熔融后，加...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏志国，梁世丰，
申请(专利权)人：广东华腾生物有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44