一种生物可降解材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于可降解材料技术领域，公开了一种生物可降解材料及其制备方法和应用。制备该生物可降解材料的原料包括：聚乳酸、热塑性淀粉、环氧化合物和石墨烯。本发明专利技术提供的生物可降解材料，采用聚乳酸、热塑性淀粉作为生物可降解材料的核心原料，通过加入石墨烯提升材料的力学性能，改善材料的透明度；以环氧化合物特殊的结构增强聚乳酸、热塑性淀粉和石墨烯三者的相容性，四者协同作用，使制得的生物可降解材料的力学性能优异，透光性强，表面光泽感好。本发明专利技术提供的制备方法简单，对设备要求低。对设备要求低。

【技术实现步骤摘要】
一种生物可降解材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于可降解材料
，具体涉及一种生物可降解材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]聚乳酸(PLA)是当前最有发展前景的生物基聚合物之一，其具有优异的生物降解性和生物相容性。聚乳酸可以从发酵的小麦、玉米、甜菜中提取或通过化学合成获得。而聚乳酸的生物降解只需要对其在55
‑
60℃进行工业化堆肥处理即可，且处理后的聚乳酸能够作为肥料，重新回归自然。
[0003]纯的聚乳酸材料还具有良好的透明性，利用其制备的薄膜在食品包装、地膜等中的应用前景广阔。但是聚乳酸以及聚乳酸薄膜的力学性能较差，不能与传统聚合物抗衡，因此，一般会采用化学修饰或物理修饰提升聚乳酸的力学性能。化学修饰包括在聚乳酸聚合物结构中加入小分子，而物理修饰包括添加纳米颗粒，这些纳米颗粒将充当成核剂并扩大聚合物基质中的晶区。但通过加入外来物对聚乳酸进行修饰时，往往出现各原料间相容性差，无法制备出理想的复合材料。且，即使采用化学修饰或物理修饰制备出聚乳酸复合材料，材料的力学性能得到提升，但其透明度急剧下降，制备的薄膜透光性差，且无表面光泽，无法满足包装材料和地膜材料的要求。
[0004]因此，亟需提供一种生物可降解材料，能够改善各原料间的相容性，同时提升材料的力学性能和透明度。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种生物可降解材料，能够改善各原料间的相容性，同时提升材料的力学性能和透明度；使制备的薄膜力学性能优异，透光性强，表面光泽感好。
[0006]本专利技术第一方面提供了一种生物可降解材料。
[0007]专利技术构思：本专利技术采用聚乳酸、热塑性淀粉作为生物可降解材料的核心原料，通过加入石墨烯提升材料的力学性能，并改善材料的透明度；以环氧化合物特殊的结构增强聚乳酸、热塑性淀粉和石墨烯三者的相容性，使制得的生物可降解材料的力学性能优异，透光性强，表面光泽感好。
[0008]具体的，一种生物可降解材料，制备所述生物可降解材料的原料包括：聚乳酸、热塑性淀粉、环氧化合物和石墨烯。
[0009]聚乳酸和热塑性淀粉均属于生物可降解材料，聚乳酸的分子链中含有大量羟基或羧基，热塑性淀粉中也含有大量羟基，通过加入环氧化合物，使环氧化合物中的环氧基与聚乳酸和热塑性淀粉中的羟基或羧基发生开环反应，从而形成巨大而致密的网状结构，并将石墨烯包裹其中；而石墨烯具有以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成的单层二维蜂窝状晶格结构，能够良好地吸附于网状结构，实现各原料的良好相容。同时，形成的网状结构与具
有高强度和良好韧性的石墨烯结合，能够有效提升材料的力学性能，且四者相互作用，能够提高材料的透明度。
[0010]优选的，所述聚乳酸与所述环氧化合物的质量比为(1
‑
10):1；进一步优选的，所述聚乳酸与所述环氧化合物的质量比为(3
‑
10):1；更优选的，所述聚乳酸与所述环氧化合物的质量比为(3
‑
8):1。通过控制所述聚乳酸与所述环氧化合物的用量，有利于网状结构的形成。
[0011]优选的，所述聚乳酸与所述热塑性淀粉的质量比为(5
‑
20):1；进一步优选的，所述聚乳酸与所述热塑性淀粉的质量比为(10
‑
15):1。
[0012]优选的，所述石墨烯的质量占所述原料的总质量的0.1
‑
2％；进一步优选的，所述石墨烯的质量占所述原料的总质量的0.5
‑
1％。通过控制石墨烯的量不仅能够有效提高所述生物可降解材料的机械性能，同时不影响材料吹塑成膜后的透明度。
[0013]优选的，所述聚乳酸的重均分子量为1
×
105‑6×
105；进一步优选的，所述聚乳酸的重均分子量为2
×
105‑4×
105。当所述聚乳酸的分子量过大，结构过大，不利于与热塑性淀粉的相容，也会影响石墨烯的分布均匀性。当所述聚乳酸的分子量过小，不利于力学性能的提升。
[0014]优选的，所述环氧化合物为选自缩水甘油醚、二环戊二烯环氧化物、1,4
‑
丁二醇缩水甘油醚、1,6
‑
己二醇缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、聚乙二醇缩水甘油醚或聚丙二醇缩水甘油醚中的至少一种；进一步优选的，所述环氧化合物为选自二环戊二烯环氧化物、1,4
‑
丁二醇缩水甘油醚、1,6
‑
己二醇缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚或聚乙二醇缩水甘油醚中的至少一种。
[0015]优选的，制备所述生物可降解材料的原料还包括热塑性聚氨酯弹性体。
[0016]优选的，所述热塑性聚氨酯弹性体的质量与所述聚乳酸的质量比为1：(5
‑
10)；进一步优选的，所述热塑性聚氨酯弹性体的质量与所述聚乳酸的质量比为1：(5
‑
8)。
[0017]优选的，制备所述生物可降解材料的原料还包括成核剂。
[0018]优选的，所述成核剂选自二氧化硅、滑石或植物纤维中的一种。所述成核剂能够增加材料的细腻度；选用二氧化硅、滑石或植物纤维作为成核剂，还可以与石墨烯相互配合，进一步提高材料的透明度和表面光泽。
[0019]优选的，所述成核剂的质量占所述原料的总质量的0.1
‑
3％；进一步优选的，所述成核剂的质量占所述原料的总质量的0.1
‑
1％。
[0020]本专利技术第二方面提供了一种生物可降解材料的制备方法。
[0021]具体的，一种生物可降解材料的制备方法，包括以下步骤：
[0022]将各组分混合，得混合料；然后将所述混合料挤出造粒，即制得所述生物可降解材料。
[0023]优选的，所述混合的温度为45
‑
60℃。
[0024]优选的，当含有成核剂时，所述混合的过程为先将所述石墨烯与所述成核剂，混合，然后再加入所述热塑性淀粉和其余原料。将所述成核剂与所述石墨烯先混合，一方面有利于两者混合得更均匀；另一方面，有利于两者的相互作用，共同提高材料的机械性能和透明度。
[0025]优选的，所述挤出造粒的过程采用双螺杆挤出机实现。
[0026]优选的，所述挤出造粒分为6个温度区，一区温度为：130
‑
145℃；二区温度为：130
‑
145℃；三区温度为：150
‑
165℃；四区温度为：150
‑
165℃；五区温度为：150
‑
165℃；六区温度为：130
‑
145℃。
[0027]本专利技术第三方面提供了一种生物可降解薄膜。
[0028]具体的，一种生物可降解薄膜，由所述生物可降解材料经吹塑成膜制得。
[0029]所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物可降解材料，其特征在于，制备所述生物可降解材料的原料包括：聚乳酸、热塑性淀粉、环氧化合物和石墨烯。2.根据权利要求1所述的生物可降解材料，其特征在于，所述聚乳酸与所述环氧化合物的质量比为(1
‑
10):1。3.根据权利要求1所述的生物可降解材料，其特征在于，所述聚乳酸与所述热塑性淀粉的质量比为(5
‑
20):1。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的生物可降解材料，其特征在于，所述石墨烯的质量占所述原料的总质量的0.1
‑
2％。5.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的生物可降解材料，其特征在于，所述聚乳酸的重均分子量为1
×
105‑6×
105。6.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的生物可降解材料，其特征在于，所述环氧化合物为选自缩水甘油醚、二环戊二烯环氧化物、1,4
‑
丁二醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏华，张彦粉，武军，邱赞业，孔真，杨伟栋，沈海生，
申请(专利权)人：永发印务东莞有限公司，
类型：发明
国别省市：