[发明专利]一种可生物降解聚乳酸基复合材料及应用

说明书

技术领域

本发明涉及高韧性、高耐热性的可生物降解聚乳酸基复合材料，尤其涉及一种可作为注塑、吸塑、吹塑成型工艺通用树脂的高性能、低成本可生物降解聚乳酸基复合材料，并涉及其制备方法及应用。

背景技术

近年来，基于对石油等非可再生能源及环境保护的考虑，世界各国已广泛开展非石油基生物降解材料的研发工作，聚乳酸被认为是最有前景的传统塑料替代品之一。聚乳酸原料是由玉米发酵而成，且可生产全降解塑料，经微生物作用后，能够分解为二氧化碳和水，因此应用于包装材料、薄膜、一次性餐具等领域具有广阔的市场前景。但是聚乳酸本身的脆性、抗冲击性差、耐热性差等缺点严重限制其制品的开发和应用。目前已有大量研究工作致力于改善聚乳酸的机械性能和热性能，同时降低复合材料的成本。

吸塑成型制品对材料热性能、脱模性、抗冲击性、韧性等方面要求较高，而聚乳酸本身硬而脆，吸塑后制品无法满足要求，因此需要进行改性研究。CN100577731C中公开了一种聚二元酸二元醇酯/聚乳酸合金的制备方法，使其适于吹塑、注塑或吸塑等成型工艺，但添加剂价格和含量较高，增加了聚乳酸制品的成本。CN100432146C发明的可生物降解注射模塑成型体，以聚乳酸类树脂为基材，添加表面处理无机填料改性，使制备的成型体具有良好的机械性能和阻燃性，但该配方树脂不能用于吸塑成型工艺。CN100537661C和CN1858114A中公开的生物降解复合及改性专用树脂，可用注塑、吹塑、吸塑等多种成型工艺加工，且添加了一定量无机填料和淀粉，可大幅降低生物降解制品成本，但目前大部分淀粉基生物降解材料及产品存在吸水性强、易变形、耐候性差等缺点，这两项发明中添加的其他类脂肪族聚酯(如聚丁二酸丁二醇酯)含量较高，尤其是作为吸塑级树脂时，CN100537661C和CN1858114A中公开的可生物降解的复合及改性树脂中聚丁二酸丁二醇酯的含量高达55％-73.5％，使生物降解吸塑制品成本较高，无法通过吸塑成型工艺加工成品价格低廉的一次性餐具和包装材料等制品。因此，用于加工一次性餐具和包装材料等制品的生物降解树脂还需进一步深入研究，以期得到可工业化生产和推广的生物降解塑料制品。

发明内容

本发明的目的是提供一种可生物降解聚乳酸基复合材料，该可生物降解聚乳酸基复合材料不但机械性能与聚乳酸相比得到了很大改善、而且成本低，可通过吸塑成型工艺制作一次性餐具、包装材料、薄膜等制品，以提升聚乳酸的民用价值，拓展其应用领域。

为达上述目的，本发明提供的一种可生物降解聚乳酸基复合材料由

65～80wt％重均分子量为10～18万、分子量分布指数为1.2～2.0的聚乳酸；

7～9wt％除聚乳酸外的脂肪族聚酯；

3～8wt％增塑剂；和

10～20wt％经选自由KH550、KH560、KH570和A-171构成的偶联剂组的一种或两种偶联剂表面处理后的无机填料；

经过真空干燥、混合和造粒工序制得；

所述无机填料为由碳酸钙、滑石粉和硅灰石构成的物质组中的一种或两种，平均粒径为2～20微米；表面处理前的无机填料与所用偶联剂的重量比为100：1.5～5。

在上述的可生物降解聚乳酸基复合材料中，优选地，所述的表面处理包括：

水解步骤：称取偶联剂加入体积百分比为95％的乙醇水溶液中，升温至70℃，冷凝回流3h；

反应步骤：称取无机填料加入水解后的溶液中，加热至80℃，不断搅拌，反应3～5h；以及

在反应结束后，抽滤、烘干所得固体，研碎后得到表面处理后的无机填料。

在上述的可生物降解聚乳酸基复合材料中，优选地，所述的表面处理包括：

称取偶联剂加入体积百分比为95％的乙醇水溶液中，常温搅拌过夜，制得偶联剂溶液；

将无机填料加入高搅机中，升温至60℃后，边低速搅拌边喷入所述偶联剂溶液，偶联剂溶液加完后，继续高速搅拌10分钟；

然后在80℃下烘干24h。

在上述的可生物降解聚乳酸基复合材料中，优选地，所述聚乳酸的重均分子量为13～17万，分子量分布指数为1.3～1.6。

在上述的可生物降解聚乳酸基复合材料中，优选地，所述脂肪族聚酯为聚二元酸二元醇酯。更优选地，所述聚二元酸二元醇酯为由聚丁二酸乙二醇酯、聚己二酸乙二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚癸二酸丁二醇酯、聚己二酸丙二醇酯和聚己二酸-1,2-丙二醇酯构成的物质组中的一种或几种物质。