一种耐穿刺生物可降解材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种耐穿刺生物可降解材料及其制备方法与应用，所述耐穿刺生物可降解材料包括如下重量份的组分：PLA 60～70份、第一改性剂15～25份和第二改性剂5～12份，所述第一改性剂为线型结构的PCL、星型结构的PCL中的至少一种，所述第二改性剂为PLA和PCL的嵌段共聚物、PLA和PCL的支化共聚物中的至少一种。本发明专利技术通过线型和/或星型结构的PCL、PLA和PCL的嵌段和/或支化共聚物共同对PLA进行改性，组分之间的相容性好，可形成有效的物理交联网络结构，显著提升了PLA的耐穿刺性能，扩宽了PLA在食品包装领域的应用。食品包装领域的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种耐穿刺生物可降解材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于生物可降解材料
，具体涉及一种耐穿刺生物可降解材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]塑料具有质量轻、耐腐蚀和易于成型加工等优点，已成为人们日常生活中不可或缺的材料。然而，现今塑料的使用面临着巨大的挑战，塑料在自然界中很难降解，导致使用后产生大量固体废弃物，对环境造成严重污染问题。
[0003]为减轻塑料对环境的污染和缓解能源危机，目前最有效的方法是使用生物可降解材料代替普通塑料制品。目前的生物可降解材料主要有聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸
‑
己二酸丁二醇酯(PBAT)等；其中，PLA是以乳酸为原料聚合生成的高分子材料，具有无毒、无刺激性、抗溶剂、易加工成型和优良的生物相容性等优点，而且其商业化程度较早，力学性能也是在现有生物可降解材料中属于较好的。
[0004]在食品包装保鲜领域，尤其在颗粒物等固体食品(例如食盐等)的包装保鲜中，为保障包装的阻隔效果和密封效果，避免食品刺穿或划损包装而造成包装袋出现划痕或孔洞等，一般要求包装袋需具备较高的抗穿刺性能。然而，PLA的抗穿刺性较差，由此限制了其在食品包装领域的应用。

技术实现思路

[0005]为克服上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种耐穿刺生物可降解材料及其制备方法与应用。
[0006]为实现其目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]一种耐穿刺生物可降解材料，其包括如下重量份的组分：PLA 60～70份、第一改性剂15～25份和第二改性剂5～12份，所述第一改性剂为线型结构的PCL(聚己内酯)、星型结构的PCL中的至少一种，所述第二改性剂为PLA和PCL的嵌段共聚物、PLA和PCL的支化共聚物中的至少一种。
[0008]专利技术人经研究发现，第一改性剂(即线型结构和/或星型结构的PCL)可与PLA的分子链间产生物理缠结作用，而有效的分子物理缠结可提高薄膜材料的耐穿刺性能，但第一改性剂与PLA的相容性较差，为此，本专利技术加入第二改性剂(即PLA和PCL的嵌段和/或支化共聚物)共同作用，一方面，第二改性剂可改善第一改性剂与PLA的相容性，使第一改性剂与PLA产生有效的分子物理缠结，另一方面，第一改性剂与第二改性剂可产生协同增效作用，形成更为有效的物理交联网络结构，显著提升薄膜材料的耐穿刺性能。
[0009]优选地，所述第一改性剂为星型结构的PCL。星型结构的PCL能更好地与PLA形成分子链缠结。
[0010]优选地，所述PLA的重均分子量(M
w
)为150000～250000g/mol，熔融指数为3～10g/10min(200℃，5kg)。专利技术人经研究发现，PLA的临界缠结分子量约为43000g/mol，因此，PLA
的分子量大于43000g/mol时才可发生链缠结，而要形成较为有效的缠结，提高材料的耐穿刺强度，PLA的分子量需大于其临界缠结分子量的3倍以上。本专利技术熔融指数的PLA具有较好的加工性能，若PLA的熔融指数太低，不利于注塑加工，而熔融指数太高则表明PLA的中低分子量过多，一方面会降低材料的性能，另一方面熔融指数太高会导致难以判断PLA在加工过程中是否出现了降解，不利于PLA加工参数的调控。
[0011]优选地，所述线型结构的PCL的数均分子量(M
n
)为100000～150000g/mol，熔融指数为2～4g/10min(160℃，5kg)。M
n
为100000～150000g/mol的线型PCL能更好地形成有效的分子链缠结，使材料的耐穿刺性能更好。同时，上述熔融指数的PCL具有较好的加工性能，若PCL的熔融指数太低，不利于注塑加工，而熔融指数太高则表明PCL的中低分子量过多，一方面降低了材料的性能，另一方面熔融指数太高会导致难以判断PCL在加工过程中是否出现了降解，不利于PCL加工参数的调控。
[0012]优选地，所述星型结构的PCL的数均分子量为50000～90000g/mol，臂长分子量＞10000g/mol。M
n
为50000～90000g/mol的星型PCL能更好地形成有效的分子链缠结，使材料的耐穿刺性能更好。
[0013]优选地，所述PLA和PCL的嵌段共聚物为三嵌段共聚物，首尾为聚乳酸嵌段，中间为聚己内酯嵌段(下文简称PLA
‑
b
‑
PCL
‑
b
‑
PLA)。
[0014]优选地，所述PLA和PCL的嵌段共聚物的数均分子量为140000～200000g/mol。M
n
为140000～200000g/mol的PLA
‑
b
‑
PCL
‑
b
‑
PLA能更好地形成有效的分子链缠结，使材料的耐穿刺性能更好。
[0015]优选地，所述PLA和PCL的支化共聚物以聚己内酯为主链，聚乳酸为支链(下文简称PCL
‑
g
‑
PLA)。
[0016]优选地，所述PLA和PCL的支化共聚物的数均分子量为140000～200000g/mol。
[0017]优选地，所述耐穿刺生物可降解材料还包括如下重量份的组分：耐水解剂0.5～2份和加工助剂0.5～1份。
[0018]优选地，所述耐水解剂为单体型碳化二亚胺类化合物，可选自如下牌号中的至少一种：Bio
‑
SW100山西省化工研究所、朗盛BioAdimide 500XT、朗亿HyMax 1010。PLA在加工和储存等过程中易发生水解，影响PLA性能的稳定性，PLA的水解反应是酯化的逆反应，其分子链中的酯键极易在水分子作用下断裂为羟基和羧基，同时生成的羧基也会催化PLA的进一步水解。本专利技术通过加入所述耐水解剂将PLA分子链末端的羧基和羟基消耗掉后，从而明显抑制PLA的水解，且所述耐水解剂与PLA反应后会进行扩链，形成嵌段、支化等拓扑结构，增加PLA的分子量，有效抵抗PLA因水解降低分子量导致的力学性能下降，提高PLA力学性能的稳定性。
[0019]优选地，所述加工助剂包括润滑剂和抗氧剂。
[0020]优选地，所述润滑剂包括乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)、双季戊四醇、硅油、分子量在1000～10000Da的低分子量聚乙烯、固体石蜡中的至少一种。
[0021]优选地，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076中的至少一种。
[0022]本专利技术还提供了一种所述耐穿刺生物可降解材料的制备方法，其包括如下步骤：
[0023](1)将PLA、第一改性剂和第二改性剂混合均匀，得到混合物A；
[0024](2)将混合物A加热至50～70℃，然后加入耐水解剂和加工助剂，混合均匀，得到混
合物B；
[0025](3)将混合物B加入双螺杆挤出机中进行熔融共混、挤出、冷却、造粒，得到所述耐穿刺生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐穿刺生物可降解材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：PLA60～70份、第一改性剂15～25份和第二改性剂5～12份，所述第一改性剂为线型结构的PCL、星型结构的PCL中的至少一种，所述第二改性剂为PLA和PCL的嵌段共聚物、PLA和PCL的支化共聚物中的至少一种。2.如权利要求1所述的耐穿刺生物可降解材料，其特征在于，所述PLA的重均分子量为150000～250000g/mol，熔融指数为3～10g/10min(200℃，5kg)。3.如权利要求1所述的耐穿刺生物可降解材料，其特征在于，所述线型结构的PCL的数均分子量为100000～150000g/mol，熔融指数为2～4g/10min(160℃，5kg)。4.如权利要求1所述的耐穿刺生物可降解材料，其特征在于，所述星型结构的PCL的数均分子量为50000～90000g/mo...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷洋，鞠晓晨，白晴，
申请(专利权)人：海信容声广东冰箱有限公司，
类型：发明
国别省市：