一種全生物降解材料及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及全生物降解材料技術領域，具體涉及一種全生物降解材料及其制備方 法和應用。
【背景技術】
[0002] 塑料工業(yè)迅速發(fā)展，塑料已經(jīng)廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個領域，用途十分廣泛。然 而，隨之而來的是大量廢棄塑料的產(chǎn)生（例如中國每年產(chǎn)生的廢棄塑料約為500萬噸），其 中大多數(shù)廢棄塑料為聚丙烯（PP)、聚乙烯（PE)和聚苯乙烯（PS)材料，這些材料不能夠自然 分解，因此，由PP材料、PE材料、PS材料制成的一次性塑料包裝材料、農(nóng)用薄膜和一次性餐 具等產(chǎn)品經(jīng)使用后，其廢棄物如果被隨意丟棄，將會因其非降解性而堆積在土地上，從而造 成嚴重的白色污染，而且這種白色污染將會隨著使用量的增加和時間的積累而加劇。
[0003] 隨著人們環(huán)保意識的不斷提高，可生物降解的環(huán)境友好材料受到越來越多的關 注，近年來人們致力于研發(fā)能夠替代塑料的可降解材料，以解決白色污染問題，并減緩石油 的消耗。然而，目前真正意義的可降解材料如聚乳酸（PLA)、聚羥基脂肪酸酯（PHA)、聚丁二 酸丁二醇酯（PBS)等，價格非常昂貴，而且性能較傳統(tǒng)塑料（如聚丙烯PP和聚乙烯PE)有 一定差距，導致其在近幾年內(nèi)市場認可度不高。
[0004] 申請公布號為CN103881211A(申請?zhí)枮?01410101063. 6)的中國發(fā)明專利申請 公開了一種生物降解塑料，包括以下重量份的組分原料：聚乙烯100份、丙烯酸樹脂60~ 80份、淀粉30~55份、聚乳酸15~25份、鈦酸酯偶聯(lián)劑1~2. 5份、抗菌劑0. 08~1. 2 份、增塑劑1~3份、抗氧劑0. 2~15份、硬脂酸0. 5~1份。該技術方案通過在聚乙稀、 丙烯酸樹脂中加入淀粉、聚乳酸以及偶聯(lián)劑、抗菌劑等化工助劑，使得本發(fā)明的塑料力學性 能好，可生物降解，減少細菌滋生，保護環(huán)境。但是該塑料主體材料仍為不可降解材料，在一 定程度上仍會造成白色污染。
[0005] 申請公布號為CN103627154A(申請?zhí)枮?01310532786. 7)的中國發(fā)明專利申請 公開了一種聚乳酸/淀粉生物基可降解復合材料，由以下重量百分比的原料制成：聚乳酸 30 %~94 %、酚類環(huán)氧化合物0. 1 %~10 %、天然淀粉5 %~60 %、抗氧劑0 %~1 %、潤滑 劑0 %~5 %、催化劑0 %~1 %以及抗水解劑0 %~1 %。該技術方案在聚乳酸基料中添加 酚類環(huán)氧化合物，可促使聚乳酸、酚類環(huán)氧化合物以及天然淀粉三者特殊的分子結構組合 在一起，從而提高該聚乳酸/淀粉生物基可降解復合材料的機械性能，另一方面，在聚乳酸 基料中直接添加天然淀粉，可以一定程度上降低材料的成本，但是其仍含有一定的不可降 解成分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種全生物降解材料及其制備方法和應用，這種全生物降解材料力 學性能優(yōu)異，可生物降解，且價格較低。
[0007] 采用的技術方案如下：
[0008] -種全生物降解材料，由以下重量百分含量的原料制成：
[0009] 聚乳酸 15%~70%; 淀粉 20%~50%; 己二酸丁二醇酯和對苯二甲酸丁二醇酯的共聚物 3%~65%; 聚丙交酯多元醇 1%~10%; 鈦酸酯偶聯(lián)劑 0.1 %~5%; 助劑 0%~5%。
[0010] 本發(fā)明中，以聚乳酸（PLA)、己二酸丁二醇酯和對苯二甲酸丁二醇酯的共聚物 (PBAT)為基礎材料，添加淀粉填料，利用聚丙交酯多元醇和鈦酸酯偶聯(lián)劑改善PLA、PBAT和 淀粉之間的界面相容性，從而大幅度提高此復合材料的力學性能：一方面，在鈦酸酯偶聯(lián)劑 的引發(fā)作用下，聚丙交酯多元醇的羥基與淀粉表面的羥基發(fā)生螯合效應；另一方面，聚丙交 酯多元醇和PLA及PBAT具有良好的相容性，因此，本發(fā)明所述的全生物降解材料中各組分 之間具有良好的相容性，從而保證了此材料的力學性能；另外，聚丙交酯多元醇對于聚乳酸 還具有優(yōu)異的成核效果，可以有效的縮短成型時間，并提高產(chǎn)品的耐熱性能。
[0011] 本發(fā)明全生物降解材料中各組分的含量可以根據(jù)實際情況進行選擇，聚乳酸含量 高的話，沖擊強度較好，己二酸丁二醇酯和對苯二甲酸丁二醇酯的共聚物含量高的話，斷裂 伸長率較好，可以根據(jù)適用領域進行調(diào)整。
[0012] 作為優(yōu)選，所述的全生物降解材料，由以下重量百分含量的原料制成：
[0013] 聚乳酸 17%~60%; 淀粉 30%~45%; 己二酸丁二醇酯和對苯二甲酸丁二醇酯的共聚物 6%~50%; 聚丙交酯多元醇 3%~5%; 鈦酸酯偶聯(lián)劑 0.3%~1%; 助劑 0%~5%。
[0014] 進一步優(yōu)選，所述的全生物降解材料，由以下重量百分含量的原料制成：
[0015] 聚乳酸 40%~60%; 淀粉 30%~45%; 己二酸丁二醇酯和對苯二甲酸丁二醇酯的共聚物 6%~10%; 聚丙交酯多元醇 3%~5%; 鈦酸酯偶聯(lián)劑 0.3%~1%; 助劑 0%~5%。
[0016] 該重量百分含量下，該材料沖擊強度較好，更適合用于制備一次性餐具等。
[0017] 進一步優(yōu)選，所述的全生物降解材料，由以下重量百分含量的原料制成：
[0018] 聚乳酸 17%~27%; 淀粉 30%~40%; 己二酸丁二醇酯和對苯二甲酸丁二醇酯的共聚物 39%~50%; 聚丙交酯多元醇 3 %~5%; 鈦酸酯偶聯(lián)劑 0.3%~1 %; 助劑 0%~5%,
[0019] 該重量百分含量下，該材料斷裂伸長率較好，更適合用于制備塑料包裝材料、農(nóng)用 地膜等。
[0020] 更進一步優(yōu)選，所述的全生物降解材料，由以下重量百分含量的原料制成：
[0021] 聚乳酸 60%; 浞粉 30.5%； 己二酸丁二醇酯和對苯二甲酸丁二醇酯的共聚物 6%; 聚丙交酯多元醇 3%; 鈦酸酯偶聯(lián)劑 0.5%。
[0022] 該重量百分含量下，該材料沖擊強度最好。
[0023] 所述的聚乳酸可采用市售通用聚乳酸，如Natureworks公司生產(chǎn)的型號為4032D 的產(chǎn)品、Natureworks公司生產(chǎn)的型號為3251D的產(chǎn)品、浙江海正公司生產(chǎn)的型號為 REV0DE101的產(chǎn)品、浙江海正公司生產(chǎn)的型號為REV0DE110的產(chǎn)品等。
[0024] 所述的天然淀粉為玉米淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、紅薯淀粉、馬鈴薯淀粉中的一 種或兩種以上（包括兩種）。
[0025] 所述的己二酸丁二醇酯和對苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，也即聚（己二酸丁二醇 酯-對苯二甲酸丁二醇酯），可采用市售產(chǎn)品，如鑫富藥業(yè)生產(chǎn)的PBAT。
[0026] 所述的聚丙交酯多元醇為L型、D型或兩者的共混物，可采用市售產(chǎn)品，如深圳市 光華偉業(yè)實業(yè)有限公司生產(chǎn)的型號為D-PLA220B的產(chǎn)品。
[0027] 鈦酸酯偶聯(lián)劑也可采用市售產(chǎn)品，如采用南京優(yōu)普化工有限公司生產(chǎn)的型號為 UP-311W的產(chǎn)品。
[0028] 所述的助劑為抗氧劑、潤滑劑等。
[0029] 本發(fā)明的全生物降解材料既具有優(yōu)異且穩(wěn)定的性能，適用于塑料包裝材料、農(nóng)用 地膜及一次性餐具等領域，以該全生物降解材料為原材料，通過現(xiàn)有的加工技術，即可生產(chǎn) 塑料包裝材料、農(nóng)用地膜及一次性餐具等。
[0030] 本發(fā)明還提供了一種全生物降解材料的制備方法，采用現(xiàn)有的高速混合設備和雙 螺桿擠出機即可實現(xiàn)，易于實施。
[0031] -種全生物降解材料的制備方法，包括以下步驟：
[0032] 1)先將聚乳酸、淀粉以及己二酸丁二醇酯和對苯二甲酸丁二醇酯的共聚物干燥處 理（優(yōu)選在100°c~110°C下干燥處理20~40min)，然后加入聚丙交酯多元醇和鈦酸酯偶 聯(lián)劑并混合均勻，得到混合物料；
[0033] 2)將混合物料加入到雙螺桿擠出機中熔融共混，經(jīng)風冷并造粒，得到全生物降解 材料。
[0034] 作為優(yōu)選，所述的雙螺桿擠出機的螺桿長徑比為35~45:1，熔融共混的溫度為 130~180°C，優(yōu)選為雙螺桿擠出機的螺桿長徑比為40:1 ;熔融共混的溫度為160~175°C。
[0035] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)