[發明專利]一種高強度低成本全生物降解材料的制備方法及其產品

在審

• 申請號: 202011153908.8
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112266583A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 臺啟龍;趙進文;陳麗娟
• 申請（專利權）人: 蘇州和塑美科技有限公司
• 主分類號: C08L67/02
• 分類號: C08L67/02;C08L91/00;C08L97/02;C08K5/00;C08K5/20;C08K5/544;C08K5/1545;C08K5/1515
• 代理公司: 杭州知閑專利代理事務所(特殊普通合伙) 33315
• 代理人: 朱朦琪

本發明公開了一種高強度低成本全生物降解材料的制備方法及其產品，該制備方法以生物降解聚酯為基材，以植物纖維與聚乳酸纖維為增強填料；具體包括：S1、將除聚乳酸纖維外的所有原料共混后從主喂料口加入擠出機中；S2：將聚乳酸纖維從玻纖孔加入到擠出機中，經擠出造粒得到高強度低成本全生物降解材料。本發明公開的制備方法，同時采用植物纖維和PLA纖維作為增強填料，配合特定的工藝條件制備得到具有高強度、低成本且全生物降解的材料。

技術領域

本發明屬于可生物降解材料的制造領域，具體涉及一種高強度低成本全生物降解材料的制備方法及其產品。

背景技術

隨著工業進程的加快，生活水平的提高，日常生活中每天都在生產和消耗大量的塑料制品，然而這些普通的塑料制品被廢棄后處理起來相當麻煩，直接燃燒會產生有毒氣體，污染大氣；若采用填埋的處理方式，完全降解需要一兩百年，對土地資源造成嚴重的浪費。

聚乳酸(PLA)是一種新型的生物降解材料，使用可再生的植物資源所提取的淀粉原料經由發酵過程，再由高分子合成制備得到。PLA具有優異的生物降解性，可完全降解，且力學性能優異，但價格較貴。聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯(PBAT)與聚丁二酸丁二醇酯(PBS)也均是具有良好可生物降解性能的聚合物，價格相對PLA較低，但存在強度較差的問題。

為結合兩者的優勢，普遍方法是將PLA直接添加到PBAT基材和/或PBS基材中，通過共混后熔融造粒制備復合材料來起到增強作用，但當PLA添加份數少的情況下，PLA呈微粒以海島結構分散在體系中，連續相仍然是PBAT和/或PBS，PLA的增強效果得不到真正體現；當PLA添加份數很高的情況下，雖然強度得到了大幅提升，但是相對成本也很高。

植物纖維是一種廉價易得的天然可降解材料，通常將其作為填料添加到可降解樹脂中來降低成本，但是由于植物纖維存在大量羥基，親水性強等特點造成植物纖維與可降解樹脂相容性差。目前多是通過預先對植物纖維改性或對基體材料改性來改善上述相容性差的問題。但即使經過改性處理后，單純的采用植物纖維來作為增強組分，增強效果仍不太明顯。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明公開了一種高強度低成本全生物降解材料的制備方法，同時采用植物纖維和PLA纖維作為增強填料，配合特定的工藝條件制備得到具有高強度、低成本且全生物降解的材料。

具體技術方案如下：

一種高強度低成本全生物降解材料的制備方法，以生物降解聚酯為基材，以植物纖維與聚乳酸纖維為增強填料；

具體包括：

S1、將除聚乳酸纖維外的所有原料共混后從主喂料口加入擠出機中；

S2：將聚乳酸纖維從玻纖孔加入到擠出機中，經擠出造粒得到所述的高強度低成本全生物降解材料。

本發明首次提出將植物纖維和PLA纖維共同作為增強填料，復配使用。該發明構思不同于現有技術中多將PLA作為基材使用的思路，而是將其紡絲成纖維后作為增強填料使用，經試驗發現，這樣可以在PLA占比較少的情況下大大提高材料的強度。

本發明中能將兩者的增強功能獲得充分發揮的關鍵還在于采用了特定的加工工藝，首先，將除乳酸纖維外的所有原料共混后從主喂料口加入擠出機，通過控制主喂料口到玻纖孔間的擠出溫度為140～150℃，并控制螺桿組合為強剪切，強分散；在該工藝條件下，未經任何預處理的植物纖維可以在生物降解聚酯中得到充分分散和反應；然后與經玻纖孔加入的聚乳酸纖維共混擠出，玻纖孔到模頭間的擠出溫度設定為110～120℃，并控制螺桿組合為中等剪切，強分散；在該工藝條件下，聚乳酸纖維并不能被充分熔融，大部分還是以具有一定長徑比的纖維狀分散在基材中，類似于玻纖增強樹脂的形態。通過上述特定的工藝流程與工藝參數的設計，本發明通過一步擠出制備得到了具有高強度、低成本及全降解的復合材料，將植物纖維和PLA纖維的增強功能得到了充分發揮。