[发明专利]一种高强度低成本全生物降解材料的制备方法及其产品

说明书

本发明公开了一种高强度低成本全生物降解材料的制备方法及其产品，该制备方法以生物降解聚酯为基材，以植物纤维与聚乳酸纤维为增强填料；具体包括：S1、将除聚乳酸纤维外的所有原料共混后从主喂料口加入挤出机中；S2：将聚乳酸纤维从玻纤孔加入到挤出机中，经挤出造粒得到高强度低成本全生物降解材料。本发明公开的制备方法，同时采用植物纤维和PLA纤维作为增强填料，配合特定的工艺条件制备得到具有高强度、低成本且全生物降解的材料。

技术领域

本发明属于可生物降解材料的制造领域，具体涉及一种高强度低成本全生物降解材料的制备方法及其产品。

背景技术

随着工业进程的加快，生活水平的提高，日常生活中每天都在生产和消耗大量的塑料制品，然而这些普通的塑料制品被废弃后处理起来相当麻烦，直接燃烧会产生有毒气体，污染大气；若采用填埋的处理方式，完全降解需要一两百年，对土地资源造成严重的浪费。

聚乳酸(PLA)是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源所提取的淀粉原料经由发酵过程，再由高分子合成制备得到。PLA具有优异的生物降解性，可完全降解，且力学性能优异，但价格较贵。聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)与聚丁二酸丁二醇酯(PBS)也均是具有良好可生物降解性能的聚合物，价格相对PLA较低，但存在强度较差的问题。

为结合两者的优势，普遍方法是将PLA直接添加到PBAT基材和/或PBS基材中，通过共混后熔融造粒制备复合材料来起到增强作用，但当PLA添加份数少的情况下，PLA呈微粒以海岛结构分散在体系中，连续相仍然是PBAT和/或PBS，PLA的增强效果得不到真正体现；当PLA添加份数很高的情况下，虽然强度得到了大幅提升，但是相对成本也很高。

植物纤维是一种廉价易得的天然可降解材料，通常将其作为填料添加到可降解树脂中来降低成本，但是由于植物纤维存在大量羟基，亲水性强等特点造成植物纤维与可降解树脂相容性差。目前多是通过预先对植物纤维改性或对基体材料改性来改善上述相容性差的问题。但即使经过改性处理后，单纯的采用植物纤维来作为增强组分，增强效果仍不太明显。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明公开了一种高强度低成本全生物降解材料的制备方法，同时采用植物纤维和PLA纤维作为增强填料，配合特定的工艺条件制备得到具有高强度、低成本且全生物降解的材料。

具体技术方案如下：

一种高强度低成本全生物降解材料的制备方法，以生物降解聚酯为基材，以植物纤维与聚乳酸纤维为增强填料；

具体包括：

S1、将除聚乳酸纤维外的所有原料共混后从主喂料口加入挤出机中；

S2：将聚乳酸纤维从玻纤孔加入到挤出机中，经挤出造粒得到所述的高强度低成本全生物降解材料。

本发明首次提出将植物纤维和PLA纤维共同作为增强填料，复配使用。该发明构思不同于现有技术中多将PLA作为基材使用的思路，而是将其纺丝成纤维后作为增强填料使用，经试验发现，这样可以在PLA占比较少的情况下大大提高材料的强度。

本发明中能将两者的增强功能获得充分发挥的关键还在于采用了特定的加工工艺，首先，将除乳酸纤维外的所有原料共混后从主喂料口加入挤出机，通过控制主喂料口到玻纤孔间的挤出温度为140～150℃，并控制螺杆组合为强剪切，强分散；在该工艺条件下，未经任何预处理的植物纤维可以在生物降解聚酯中得到充分分散和反应；然后与经玻纤孔加入的聚乳酸纤维共混挤出，玻纤孔到模头间的挤出温度设定为110～120℃，并控制螺杆组合为中等剪切，强分散；在该工艺条件下，聚乳酸纤维并不能被充分熔融，大部分还是以具有一定长径比的纤维状分散在基材中，类似于玻纤增强树脂的形态。通过上述特定的工艺流程与工艺参数的设计，本发明通过一步挤出制备得到了具有高强度、低成本及全降解的复合材料，将植物纤维和PLA纤维的增强功能得到了充分发挥。