[發明專利]一種可控制降解的聚乳酸/淀粉全生物分解塑料制備方法

無效

• 申請號: 201210076849.8
• 申請日: 2012-03-21
• 公開（公告）號: CN102627841A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 李十中;劉小剛;蒲薇華
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L3/02;C08L3/04;C08K5/521;C08K5/524;C08J3/22;B29C47/92
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

技術領域

本發明屬于生物塑料制備技術領域，具體涉及一種可控制降解的聚乳酸/淀粉全生物分解塑料制備方法。

背景技術

理想的生物降解材料應具有與石油基塑料制品相近的使用性能，不但可在廢棄后于自然環境中完全分解，無機化成為自然界中碳循環的一個組成部分，而且其材料降解時間可控，從而滿足實際生產、銷售及使用期限。脂肪族聚酯中的聚己內酯、聚乳酸等均是易水解的高聚物，單獨作為降解塑料來使用價格太高，加入淀粉等天然高分子可降低其成本，但所得共混材料的生物降解速率則往往因淀粉的加入而加快，無法滿足其作為一般塑料材料制品所應有的使用期限。如聚乳酸土壤掩埋3-6個月即破碎而失去其使用價值，而堆肥實驗表明其降解速度會在聚乳酸基礎上隨淀粉含量增加而進一步加速。這是因為淀粉組分易于被環境微生物釋放的酶所降解，加快了復合物的降解速度。因此，隨著生物降解材料逐步工業化、實用化，研究這一類生物降解材料降解可控性顯得愈加重要。

近年來，作為最有應用前景可完全替代石油基塑料以減少環境污染問題的聚乳酸生物降解材料，其與淀粉共混以降低成本已得到了廣泛關注和研究。但要實際應用，聚乳酸/淀粉復合材料既需有一定的力學強度以保證其使用性能，還要盡量增加淀粉含量以降低成本，同時還需根據用途具有可控的降解性能。目前，對該材料體系的研究主要集中在前兩方面，例如，本研究所在已授權專利“變性淀粉/乳酸寡聚體反應性共混全生物分解塑料及制備”(CN101220175)中通過采用真空熱處理技術促使淀粉與乳酸寡聚體進行固相酯化反應，獲得了具有一定力學強度且成本達到實際應用水平的聚乳酸/淀粉復合材料，但是在如何使聚乳酸/淀粉材料的降解變得可控來滿足實際生產生活中不同要求方面的研究和相關專利還鮮有報道。

亞磷酸酯作為穩定劑和抗氧化劑經常用在PP、PE、PS等石油基塑料產品中。在生物降解塑料領域，亞磷酸酯曾作為擴鏈劑用于高分子聚乳酸的合成，以及作為高效偶聯劑用在PLA與PCL的反應性共混體系中。時至今日，有關該類酯用于聚乳酸/淀粉復合物降解性能方面研究尚無報導。

發明內容

本發明的目的是提供一種可控制降解的聚乳酸/淀粉全生物分解塑料制備方法。

一種可控制降解的聚乳酸/淀粉全生物分解塑料制備方法，按照如下操作步驟進行：

(1)塑料母粒的制備：將干燥粉碎后的淀粉或其改性衍生物、聚乳酸、擴鏈劑和降解控制劑放入旋轉反應器中進行真空熱處理；恒定溫度40～100℃抽負壓保持高真空0.5～10h；然后以1～30℃/h的速率程序升溫，交替抽負壓保持高真空，最終體系溫度維持在80～180℃，反應時間為1～10小時，真空度為0～6500Pa，制得塑料母粒；

(2)擠出：將質量比100∶2-40的塑料母粒和助劑置于擠出機內，機筒采用4～6個加熱單元分段加熱，溫度控制在100℃～190℃，物料在螺桿內停留時間為3～20min，螺桿長度與其直徑比為20～80，螺桿轉速為10～50rpm，用T型模具法、管式法擠成片材；

(3)拉伸：將熔融擠出物經冷卻滾筒、空氣、水冷卻后，退火處理，用熱風、溫水、紅外線或微波的方法再加熱，用滾筒法、擴幅法或管式法在單軸或雙軸上以拉伸比為4～6倍進行拉伸，拉伸溫度為60℃～120℃。

步驟(1)中所述的淀粉、其改性衍生物或聚乳酸，其粒徑在20～200目之間；淀粉或其改性衍生物為原淀粉、氧化淀粉、雙醛淀粉、交聯淀粉、酯化淀粉、醚化淀粉、酰化淀粉、陰離子淀粉、陽離子淀粉或羧甲基淀粉；聚乳酸是粘均分子量為2000～150000的L-聚乳酸。

步驟(1)中所述的所述干燥條件為0～100℃真空烘箱干燥5～200小時。

步驟(1)中所述的塑料母粒的質量組成為：淀粉或其改性衍生物2-50份，聚乳酸2-70份，擴鏈劑0.1-10份，降解控制劑0.1-20份。

步驟(1)中所述的擴鏈劑為環氧樹脂類、環砜類或甘油酯類。

步驟(1)中所述的降解控制劑為磷酸酯類或亞磷酸酯類。

步驟(1)中所述的旋轉反應器帶固定攪拌裝置并呈45度旋轉，其轉速為30～200rpm。

步驟(2)中所述的制備過程中可以在擠出機中直接添加塑料母粒及步驟(1)中所述的擴鏈劑和/或降解控制劑。

步驟(2)中所述助劑為潤滑劑、增塑劑、補強劑、增韌劑、開口劑、光亮劑中的一種或一種以上。

本發明的有益效果：對本發明方法所制得的降解可控型聚乳酸/淀粉反應性共混全生物分解塑料母粒進行力學性能測試：