[发明专利]一种生物可降解增强耐热聚乳酸树脂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生物可降解增强耐热聚乳酸树脂及其制备方法，由以下原料制备而成：聚乳酸、改性可降解植物纤维、助剂；助剂由抗氧剂、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基锡稳定剂、润滑剂按质量比0.2～3：1.2：0.8：0.5～5组成。本发明生物可降解增强耐热聚乳酸树脂，利用成核剂‑乙醇溶液或者氧化石墨烯溶液改性可降解植物纤维，得到的改性可降解植物纤维和成核剂两者具有非常好的协同效果，改性可降解植物纤维能显著地诱导聚乳酸结晶，纤维与聚乳酸基体有较强的界面相互作用，使得聚乳酸树脂具有非常好的耐热性，同时又有优良的力学性能，注塑成型后经进一步的热处理，聚乳酸树脂的耐热性可以得到显著提高。

技术领域

本发明涉及聚乳酸树脂技术领域，具体涉及一种生物可降解增强耐热聚乳酸树脂及其制备方法。

背景技术

为了有效应对石油资源的日益枯竭以及白色污染的愈加严重，研究和开发绿色、环保的生物可降解材料逐渐引起社会各界的关注与重视。聚乳酸(PLA)是以可再生的植物资源(玉米、甜菜、甘蔗、土豆等)所提炼出的以淀粉为原料而化学合成的一种可生物降解塑料。相比于众多商品化的塑料，如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)等，聚乳酸具有较优异的力学性能(杨氏模量3GPa，拉伸强度50～70MPa)，同时具有植物来源和可生物降解两大突出特性(即优异的可再生持续利用和环境友好性)。

高分子材料及其制品是温州主导产业之一，涉及产品主要产品包括塑料薄膜、塑料编织袋、汽车配件等，大部分是石油基高分子材料制品。充分利用聚乳酸及其复合材料取代这些石油基制品，能够使我们摆脱对石油资源及其衍生材料的依赖性；由于聚乳酸的最终降解物为CO₂和H₂O，又可以合成淀粉，不仅不会造成地球大气中CO₂含量的净增长，加剧现有的温室效应，更避免了白色污染问题，符合我国当前所提倡并大力发展的“低碳经济”及“节能减排”工作，符合浙江省绿色低碳经济的大趋势。因此，聚乳酸及其复合材料的开发利用，应当作为替代传统的石油基高分子材料、发展节能环保“低碳经济”的战略性项目来进行研究与开发。

目前，在许多西方国家，聚乳酸已被广泛地应用于食品包装、日常用品、电子电气、汽车工业等领域，受到了研究学者及工程专家们越来越多的重视，聚乳酸也从而被认为是21世纪最具发展前景的“绿色”塑料之一。

虽然在生物相容性、生物可降解性、力学性能、透明性等方面，聚乳酸有着其他高分子材料难以比拟的优点；但是，要进一步拓展其应用范围，使其替代众多通用塑料和工程塑料而在工业领域大规模应用，仍需要突破许多制约因素，特别是要克服耐热性差(即热变形温度低)的缺点。之所以聚乳酸的热变形温度远低于聚丙烯、聚乙烯之类的通用塑料，其主要原因在于：聚乳酸的结晶速率比较慢，通过普通的成型方法获得的都是非晶态PLA制品；而对于非晶态制品，其热变形温度主要取决于玻璃化转变温度的高低，聚乳酸的玻璃化转变温度只有54℃(1.8MPa)，大大低于PP、PE等材料。低结晶度、低玻璃化转变温度造成了聚乳酸的低耐热性，从而严重地制约了其在对材料的热稳定性有一定要求的领域应用，如饭盘、杯子、微波炉加热的容器、家用电器、电子电气和汽车零件等等；即使作为无耐热性要求的管材、卡片、箱盒等制品，在夏季运输过程中也有发生变形而丧失使用价值的可能。

因此，为了聚乳酸具有更加充分的利用和广阔的市场前景，有必要对聚乳酸进行共混改性，一方面提高其耐热性和力学强度，另外一方面降低其成本。

中国专利CN107841102A公开了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。本发明聚乳酸改性树脂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；其中，助剂为润滑剂，偶联剂和抗氧剂。将各原料先进行干燥，再按所述比例加入高混机共混5-30分钟，所得混合物加入到双螺杆挤出机中塑化挤出造粒即得到生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂。聚乳酸改性树脂的制备方法设备要求及工艺流程简单，成本低，易实现规模化生产，经济高效；通过将热塑性淀粉与可完全生物降解植物纤维添加进入聚乳酸基体中，保证了制品兼具较好的耐热性及冲击性能。