[发明专利]一种生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物可降解高分子材料共混及高分子成型加工领域，具体涉及一种生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂及其制备方法。

背景技术

聚乳酸是一种来自于可再生资源的一类脂肪族聚酯，具有良好的生物相容性和生物降解性。在自然环境中由于水解或通过微生物降解，聚乳酸最终可分解为二氧化碳和水。随着人们环保意识的提高和传统石油基高聚物价格的不断攀升，聚乳酸受到越来越广泛的关注，其应用领域也不断拓宽，由生物医疗应用到包装、纤维，再到电子产品、汽车等领域，有望成为21世纪最重要的材料之一。作为一种资源可再生材料，聚乳酸是近年来研究最多、发展最快的一种生物材料，但实际应用中还存在很多性能上的缺陷。随着基础研究和应用研究的深入，开发了很多以聚乳酸为主体的各种改性复合材料，不再单一像以往那样特别强调聚乳酸的可降解性能，更多突出聚乳酸作为一种材料，是一类具有功能性的塑料材料，在耐用材料领域可以体现出聚乳酸低碳、资源可再生、节约石油资源等其他性能特点，使聚乳酸材料在应用方面回归于合理，实际应用也随之迅速扩大。

现阶段将聚乳酸作为通用塑料应用还受到一定的限制，这主要是由于聚乳酸存在的性能缺陷，其中最关键的两点是：一是聚乳酸性脆易碎，断裂延伸率低且抗冲击性差；二是聚乳酸的热稳定不足，即使在热分解温度以下进行加工也会使分子量大幅度下降。聚乳酸具有很高的强度和模量，但是现有的常规聚乳酸增韧改性方法，通常很难做到在增韧的同时，保证其透明性、强度和生物相容性不受折损。专利CN1793229A公开了一种以聚乳酸为载体、通过对聚乳酸、淀粉、无机粉体等分别进行改性，然后在挤出机上造粒制得可完全降解的材料，虽然克服了聚乳酸的低温脆性，也大大降低了成本，但并未解决聚乳酸加工中不耐高温、易氧化分解的问题。专利CN101343406A制备了改性聚乳酸/淀粉共混体系，并添加了各种助剂，然而耐热温度仅仅提高到85℃，仍然不能应用于碗盘、水杯等耐热温度较高的生活类制品中。为了克服这些局限，有必要对聚乳酸进行改性处理，降低成本，提高应用温度范围，同时保持其优异的力学性能。

完全可生物降解植物纤维同样是一种具有优异耐热性、刚性和成型加工性的天然材料。淀粉是一种天然高分子材料，具有来源广、价格便宜、可生物降解等优点，被视为可降解材料领域最具潜力的研究对象之一。然而淀粉分子链中带有大量羟基，使其分子间与分子内有大量氢键形成，这使得淀粉加工性能不理想，往往需要采用分子改性的方式使其具有一定塑性。本发明专利中，以聚乳酸为基体树脂材料，将具有柔韧性的可完全生物降解植物纤维作为增强增韧组分，并添加热塑性淀粉提高树脂的热分解温度，加入抗氧剂、偶联剂、润滑剂等多种助剂，最终实现对聚乳酸材料的同时耐热及增韧改性。与传统的石油基高分子材料相比，通过上述方法获得的改性聚乳酸材料适合于大规模生产各类环境友好的生物可降解塑料制品。本发明的改性及成型方法不仅降低了生产成本，工艺简单环保，同时还提高了制品的综合性能，如耐热性、耐久性及抗冲击性等，是一类高性能、低成本、可完全生物降解的新型聚乳酸改性材料。

发明内容

为解决上述现有技术的缺陷与不足，本发明的目的在于提供一种生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂，其包含如下按质量百分比计的原料：30-90％的聚乳酸，5-65％的热塑性淀粉，3-40％的可完全生物降解植物纤维，1-10％的助剂，总量满足100％。其中，所述的助剂为润滑剂、偶联剂和抗氧剂。

所述的聚乳酸优选为聚DL-乳酸或聚L-乳酸，其粘均分子量为2-30万。

所述的热塑性淀粉优选通过包含如下步骤的方法制备得到：将淀粉和丙三醇按质量比15:1放入搅拌机中，于120℃下捏合10分钟，将其取出冷却后进行粉碎，最终制得热塑性淀粉。

所述的可完全生物降解植物纤维优选为苎麻纤维、木粉或苎麻纤维/木粉共混物。

所述的润滑剂优选为硬脂酸或液体石蜡；润滑剂的用量优选为聚乳酸、热塑性淀粉和可完全生物降解植物纤维总质量的0.4-5％。

所述的偶联剂优选为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH-560)；偶联剂的用量优选为聚乳酸、热塑性淀粉和可完全生物降解植物纤维总质量的0.4-5％。

所述的抗氧化剂优选为抗氧剂1010；抗氧剂的用量优选为聚乳酸、热塑性淀粉和可完全生物降解植物纤维总质量的0.2-3％。