[发明专利]一种生物降解聚乳酸/淀粉复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种可生物降解的聚乳酸/淀粉复合材料及其制备方法。

背景技术

为了取代降解性能差的石油基高分子材料，人们采用生物或化学的方法合成了一些可完全生物降解的高分子材料，如美国Cargill公司采用玉米等谷类为原料，通过淀粉水解发酵成乳酸再开环聚合的方法合成聚乳酸。

聚乳酸（PLA）是一种来源广泛，可生物降解的高分子材料。从国内外PLA生产和研究的现状可以看出，PLA的合成路线较长，导致其产品价格偏高，使其制品难以在包装等领域得到广泛推广。通常可通过向PLA聚合物中添加淀粉来降低PLA产品的成本，但由于聚乳酸/淀粉复合材料力学性能和热性能不佳，使其难以得到广泛应用。导致聚乳酸/淀粉复合材料性能不佳的主要原因在于原生淀粉与聚乳酸相容性差，导致淀粉的分散性差，且原生淀粉与聚乳酸的界面结合性差，使这种聚乳酸/淀粉复合材料的应用受到了极大的限制。

为了改善聚乳酸和淀粉的相容性，浙江大学研究了淀粉接枝共聚物在淀粉/聚乳酸共混体系中的应用，发现淀粉-聚醋酸乙烯酯和淀粉-聚乳酸接枝共聚物均可有效的增加淀粉和聚乳酸的相容性，从而提高共混物的耐水性能和力学性能（高分子材料科学与工程,2002,18(5),108-110）。中国专利申请号为200710049748.0的专利公开了一种“生物降解聚乳酸/淀粉复合材料共混界面的偶联与增容技术”，通过添加具有特殊结构的表面活性剂及偶联剂和增容剂，改善淀粉在聚乳酸中的分散，调整和增加聚乳酸-淀粉共混体系的相容性，从而提高复合材料的力学性能。中国专利申请号为 201010128741.X的专利公开了“一种淀粉/聚乳酸共混物的制备方法”，从工业L-乳酸出发，直接熔融聚合合成乳酸低聚物，加入扩链剂对乳酸低聚物进行原位扩链反应，在淀粉/聚乳酸低聚物混合体系中生成高分子量的聚乳酸，从而得到性能较好的共混物材料。上述三篇文献中虽然采用不同的方法调整淀粉与聚乳酸之间的相容性，部分提高了材料的性能，但是其制备方法较复杂，对设备及工艺的要求较高，不利于大规模的产业化生产。

发明内容

基于以上原因，人们致力于研究在改善淀粉与聚乳酸相容性的同时，解决成本-综合性能的问题，采用较简单的工艺和常用设备来制造加工性能及使用性能都能满足现有要求的聚乳酸/淀粉复合材料。

本发明的第一目的在于提供一种性能良好的聚乳酸/淀粉复合材料，其具有较好的力学性能和热性能，并保持了生物可降解性，不会污染环境。

本发明的第二目的是提供一种工艺简单，易于实现的聚乳酸/淀粉复合材料的制备方法，该方法在大幅度提高聚乳酸和淀粉的相容性的同时，也增强了其力学性能和热性能，并保持了生物可降解性，不会污染环境。

本发明的技术方案如下：

一种生物降解聚乳酸/淀粉复合材料，由包含以下重量份的组分制成：

聚乳酸 50～70份，

淀粉   20～40份，

增塑剂 1～15份，

增容剂5～10份，

抗氧剂 0.1～0.5份，

成核剂 0～5份。

较佳地，所述的淀粉选自玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉或马铃薯淀粉中的一种或几种。

较佳地，所述的增塑剂选自乙二醇、二缩乙二醇、丙二醇、丙三醇、山梨醇、甲酰胺、乙酰胺或尿素中的一种或几种。

较佳地，所述的增容剂选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚己内酯、聚四氢呋喃或聚乙酸乙酯中的一种或几种。

较佳地，所述的抗氧剂选自邻苯二酚或对苯二酚中的一种或两种。

较佳地，所述的成核剂选自丁酸钠、磺酸钠、无机硅酸盐或滑石中的一种或几种。

一种上述的生物降解聚乳酸/淀粉复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按如下配比称取各重量份的组份：聚乳酸50～70份，淀粉20～40份，增塑剂1～15份，增容剂5～10份，抗氧剂 0.1～0.5份，成核剂0～5份；

（2）将淀粉与增塑剂、抗氧剂在混料机中共混5～10min，然后将混合料经双螺杆挤出机挤出，挤出温度80～120℃，制成热塑性淀粉颗粒；    

（3）将步骤（2）中制备的热塑性淀粉颗粒与聚乳酸、增容剂和成核剂置于混料机中混合5～10min，之后将混合料送入双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，挤出温度160～200℃，得到生物降解聚乳酸/淀粉复合材料颗粒。

较佳的，还包括，在制备复合材料前，将所述原料聚乳酸和淀粉进行烘干处理，烘干温度为60～85℃，烘干时间为8～12h；