[发明专利]一种可控制降解的聚乳酸/淀粉全生物分解塑料制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物塑料制备技术领域，具体涉及一种可控制降解的聚乳酸/淀粉全生物分解塑料制备方法。

背景技术

理想的生物降解材料应具有与石油基塑料制品相近的使用性能，不但可在废弃后于自然环境中完全分解，无机化成为自然界中碳循环的一个组成部分，而且其材料降解时间可控，从而满足实际生产、销售及使用期限。脂肪族聚酯中的聚己内酯、聚乳酸等均是易水解的高聚物，单独作为降解塑料来使用价格太高，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则往往因淀粉的加入而加快，无法满足其作为一般塑料材料制品所应有的使用期限。如聚乳酸土壤掩埋3-6个月即破碎而失去其使用价值，而堆肥实验表明其降解速度会在聚乳酸基础上随淀粉含量增加而进一步加速。这是因为淀粉组分易于被环境微生物释放的酶所降解，加快了复合物的降解速度。因此，随着生物降解材料逐步工业化、实用化，研究这一类生物降解材料降解可控性显得愈加重要。

近年来，作为最有应用前景可完全替代石油基塑料以减少环境污染问题的聚乳酸生物降解材料，其与淀粉共混以降低成本已得到了广泛关注和研究。但要实际应用，聚乳酸/淀粉复合材料既需有一定的力学强度以保证其使用性能，还要尽量增加淀粉含量以降低成本，同时还需根据用途具有可控的降解性能。目前，对该材料体系的研究主要集中在前两方面，例如，本研究所在已授权专利“变性淀粉/乳酸寡聚体反应性共混全生物分解塑料及制备”(CN101220175)中通过采用真空热处理技术促使淀粉与乳酸寡聚体进行固相酯化反应，获得了具有一定力学强度且成本达到实际应用水平的聚乳酸/淀粉复合材料，但是在如何使聚乳酸/淀粉材料的降解变得可控来满足实际生产生活中不同要求方面的研究和相关专利还鲜有报道。

亚磷酸酯作为稳定剂和抗氧化剂经常用在PP、PE、PS等石油基塑料产品中。在生物降解塑料领域，亚磷酸酯曾作为扩链剂用于高分子聚乳酸的合成，以及作为高效偶联剂用在PLA与PCL的反应性共混体系中。时至今日，有关该类酯用于聚乳酸/淀粉复合物降解性能方面研究尚无报导。

发明内容

本发明的目的是提供一种可控制降解的聚乳酸/淀粉全生物分解塑料制备方法。

一种可控制降解的聚乳酸/淀粉全生物分解塑料制备方法，按照如下操作步骤进行：

(1)塑料母粒的制备：将干燥粉碎后的淀粉或其改性衍生物、聚乳酸、扩链剂和降解控制剂放入旋转反应器中进行真空热处理；恒定温度40～100℃抽负压保持高真空0.5～10h；然后以1～30℃/h的速率程序升温，交替抽负压保持高真空，最终体系温度维持在80～180℃，反应时间为1～10小时，真空度为0～6500Pa，制得塑料母粒；

(2)挤出：将质量比100∶2-40的塑料母粒和助剂置于挤出机内，机筒采用4～6个加热单元分段加热，温度控制在100℃～190℃，物料在螺杆内停留时间为3～20min，螺杆长度与其直径比为20～80，螺杆转速为10～50rpm，用T型模具法、管式法挤成片材；

(3)拉伸：将熔融挤出物经冷却滚筒、空气、水冷却后，退火处理，用热风、温水、红外线或微波的方法再加热，用滚筒法、扩幅法或管式法在单轴或双轴上以拉伸比为4～6倍进行拉伸，拉伸温度为60℃～120℃。

步骤(1)中所述的淀粉、其改性衍生物或聚乳酸，其粒径在20～200目之间；淀粉或其改性衍生物为原淀粉、氧化淀粉、双醛淀粉、交联淀粉、酯化淀粉、醚化淀粉、酰化淀粉、阴离子淀粉、阳离子淀粉或羧甲基淀粉；聚乳酸是粘均分子量为2000～150000的L-聚乳酸。

步骤(1)中所述的所述干燥条件为0～100℃真空烘箱干燥5～200小时。

步骤(1)中所述的塑料母粒的质量组成为：淀粉或其改性衍生物2-50份，聚乳酸2-70份，扩链剂0.1-10份，降解控制剂0.1-20份。

步骤(1)中所述的扩链剂为环氧树脂类、环砜类或甘油酯类。

步骤(1)中所述的降解控制剂为磷酸酯类或亚磷酸酯类。

步骤(1)中所述的旋转反应器带固定搅拌装置并呈45度旋转，其转速为30～200rpm。

步骤(2)中所述的制备过程中可以在挤出机中直接添加塑料母粒及步骤(1)中所述的扩链剂和/或降解控制剂。

步骤(2)中所述助剂为润滑剂、增塑剂、补强剂、增韧剂、开口剂、光亮剂中的一种或一种以上。

本发明的有益效果：对本发明方法所制得的降解可控型聚乳酸/淀粉反应性共混全生物分解塑料母粒进行力学性能测试：