[发明专利]一种食品级可生物降解聚乳酸基复合材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种高韧性、改性工艺简单的食品级可生物降解聚乳酸基复合材料及其制备方法，尤其涉及一种可作为注塑、吸塑、吹塑成型工艺通用树脂的低成本生物降解复合材料。

背景技术

近年来，世界各国相继颁布法令限制通用塑料在某些领域的使用，随即市场对生物降解材料需求愈加迫切，我国每年因产品包装不符合进口国要求而损失的金额高达200亿元，而聚乳酸作为绿色包装材料，已取得世界多国的认证，聚乳酸的发展已成为国际产业热点。聚乳酸具有优异的生物降解和生物相容性，且其来源于可再生资源如玉米淀粉等，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。但是它本身存在脆性大、抗冲击性差、结晶速率慢等缺点，亟需解决，为聚乳酸的应用开辟更加广阔的发展空间。

世界各国的大量学者致力于聚乳酸的增塑改性研究。Nadia Ljunberg等研究发现甘油三乙酸酯和柠檬酸三丁酯的增塑效果显著，增塑剂分子量越低，玻璃化转变温度越低，增塑剂浓度达到一定值时，共混体系发生相分离（J Appl Polym Sci, 2002, 86:1227-1234）；Chang Kwanho等研究了大豆油（SOY）增塑PLA的共混体系，发现SOY加入量很低时，体系就发生了相分离，共混过程中SOY析出，损失很多，只有选择合适的嵌段共聚物作为改性剂，才能提高PLA/SOY共混体系的相容性（ACS Appl Mater Inter, 2009, 1:2390-2399）；该研究组为了增加大豆油的添加量，改善共混体系相容性，又合成了双键大豆油（CSOY），再将其引发聚合，制备交联大豆油作为PLLA的增韧剂，异丙基-乳酸嵌段共聚物作为增容剂，最终制备的PLLA复合材料韧性比纯PLLA提高6倍，拉伸强度也有很大提高，交联大豆油的凝胶含量对共混体系相形态有很大影响，而相形态又直接影响着体系力学性能（Macromolecules, 2010, 43:1807-1814）；Ali Fathilah 等人报道了环氧大豆油（ESO）增塑PLA的热学、力学及流变学性能研究，结果表明ESO对PLA的增塑效果显著，ESO的加入使Tg从纯PLA的60℃下降到51℃，同时提高了PLA的冷结晶能力，共混物断裂伸长率也增加到38%，但拉伸强度下降很多（Polym Bull, 2009, 62: 91-98）。

为了改善聚乳酸力学性能，同时降低制品成本，改性研究除了选择合适的增塑剂，还需添加无毒、可作食品包装的填料，而本发明采用的无机填料对聚乳酸同时起到成核剂作用。一般为改善复合材料界面结合力、增加无机粉体填料量，通常需用偶联剂对无机粉体进行表面处理，如专利CN101333331A公布的滑石粉填充聚乳酸复合材料组成中，滑石粉添加量可高达40份，但其表面处理工艺复杂，不利于大规模工业化和降低生产成本，且专利中没有提及改性复合材料的力学性能。还有很多研究通过在聚乳酸中添加其他类生物降解聚酯（如PBS）来改善共混体系相容性和材料力学性能、加工性等，专利CN100577731C、CN100537661C和CN1858114A都公布了关于吹塑、注塑或吸塑聚乳酸专用树脂的配方和制备方法，但其PBS含量较高，分别高于14wt%和55wt%，增加了生物降解制品成本。专利CN100569306C公布的可降解一次性注射器配方及制备方法中，虽然也在生物降解聚酯中添加了增塑剂和无机填料进行改性，但所述配方没有提及可作吸塑、吹塑用，也未说明其力学性能改善效果， 吸塑、吹塑成型工艺对材料韧性、抗冲击性、加工性等方面要求较高，因此，用于加工一次性餐具和食品级包装材料、薄膜等制品的生物降解树脂制备方法及性能，还需进一步深入研究，以期开发出工艺简单、价格低廉、易于工业化生产的生物降解制品。

发明内容

为避免现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种食品级可生物降解聚乳酸基复合材料及其应用，其采用食品级、无毒环保材料以及低制备成本的一步法共混改性工艺，制得的复合材料适合通过注塑、吸塑、吹塑成型工艺制作一次性餐具、包装材料及薄膜等制品。

本发明的食品级可生物降解聚乳酸基复合材料，由55~85 wt%聚乳酸、2~10wt %生物降解聚酯（不包括聚乳酸）、3~10wt %食品级增塑剂和10~30wt %未经过表面处理的无机填料四种组分，经过干燥、混合和造粒工序制得。其中，所述无机填料的平均粒径为2.7~19微米；所述聚乳酸的重均分子量为10~18万、分子量分布指数为1.2~2.0。