一種纖維增強全降解耐熱環(huán)保材料及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子材料領域，具體涉及一種纖維增強全降解耐熱環(huán)保材料及其制 備方法與應用。
【背景技術】
[0002] 目前，隨著石油資源的日趨緊張，環(huán)境污染又成為人類生存最主要的幾大問題之 一，可降解非石油基高分子材料越來越得到人們的重視。聚乳酸作為一種來源于可再生植 物資源的人工合成高分子材料，擁有可完全生物降解性，良好的加工成型能力及優(yōu)良的力 學性能，作為可降解塑料，已經(jīng)受到廣泛的關注與重視。聚乳酸高分子材料作為可再生的環(huán) 境友好材料，有望替代源自石油資源的一系列高分子材料如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚 乙烯醇、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物等材料廣泛應用 于工程塑料與日常生活用品、包裝材料、醫(yī)用材料等相關領域。
[0003] 但是，聚乳酸的價格偏高，并且作為一種熱塑性高分子材料，由于其具有相對較高 的玻璃化轉化溫度，較高的結晶度及較長的結晶時間，低溫或常溫下脆性大，高溫下熱穩(wěn)定 性不強，存在熱變形溫度低、容易水解、機械強度不足、熱加工窗口窄等缺陷，難以直接利 用。因而，對聚乳酸進行各種改性以提高其綜合性能，成為突破該材料大規(guī)模推廣應用瓶頸 的途徑。近年來，對聚乳酸進行改性的相關研宄十分活躍，取得了很多成果，已經(jīng)有效拓展 了聚乳酸的應用領域。
[0004] 目前，有大量的研宄及專利對聚乳酸高分子材料改進進行公開報道，但仍 存在聚乳酸用量大成本高、耐熱性能差、回收利用困難等缺陷。如中國發(fā)明專利ZL 200610010449. 1中公開了一種復合無機材料補強耐高溫生物降解母粒的制備方法，其采用 的生物降解樹脂含量較大，按重量百分比計達30%?60%，導致成本較高，并且工藝加工 上較困難，經(jīng)濟效益低；中國發(fā)明專利ZL200410061416. 0中公開了一種淀粉類可生物降 解塑料母料及其制備方法，其膠粘樹脂重量份達30?300份，含量較高，成本加大，而且采 用了膠粘樹脂接枝反應引發(fā)劑過氧化二異丙苯和過氧化氫異丙苯，使材料回收利用困難； 中國發(fā)明專利ZL03135999.X中公開了一種生物可降解聚合物，其以天然淀粉和聚乳酸為 原料，適用于農(nóng)用塑料膜和食品包裝材料，但由于大部分生物降解樹脂的玻璃化溫度很低 (50?70°C)，使得制成品的應用領域受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種纖維增強全降 解耐熱環(huán)保材料；
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述纖維增強全降解耐熱環(huán)保材料的制備方法；
[0007] 本發(fā)明的再一目的在于提供上述纖維增強全降解耐熱環(huán)保材料的應用。
[0008] 本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)：
[0009] 一種纖維增強全降解耐熱環(huán)保材料，所述纖維增強全降解耐熱環(huán)保材料由改性聚 乳酸、改性接枝淀粉和補強填料混合制備而成；所述改性聚乳酸由聚乳酸、擴鏈劑、耐熱成 核劑及抗氧劑混合制備而成，所述改性接枝淀粉由植物淀粉、增韌增塑劑、淀粉接枝改性 劑、熱穩(wěn)定劑、分散劑和助降解劑混合攪拌制備而成，所述補強填料由植物短纖維、無機材 料、潤滑增塑劑和表面處理劑攪拌混合制備而成；所述各組分的重量百分比如下：聚乳酸： 10%?15%，擴鏈劑：0. 2%?3%，耐熱成核劑：1%?5%，抗氧劑：0. 5%?3%，植物淀 粉：15%?40%，增韌增塑劑：5%?20%，淀粉接枝改性劑：0. 5%?2%，熱穩(wěn)定劑：1 %? 3 %，分散劑：1 %?3 %，助降解劑：0. 5 %?2 %，植物短纖維：10 %?20 %，無機材料：10? 30 %，潤滑增塑劑：0? 5 %?5 %，表面處理劑：0? 5 %?2 %。
[0010] 所述聚乳酸（PLA)優(yōu)選為PLA4032D、PLA2003D或PLA2500HP;
[0011] 所述PLA4032D、PLA2003D及PLA2500HP為美國NatureWorks公司的聚乳酸系 列產(chǎn)品；
[0012] 所述擴鏈劑優(yōu)選為ADR-4370s、ADR-4368C/CS、ADR-4380-3、聚合型環(huán)氧官能化擴 鏈劑TMP-6000 或BioAdimide500XT中的一種或一種以上；所述ADR-4370s、ADR-4368C/CS 以及ADR-4380-3為德國巴斯夫公司的擴鏈劑產(chǎn)品；所述BioAdimide500XT為德國萊茵化 學公司的擴鏈劑產(chǎn)品；
[0013] 所述耐熱成核劑優(yōu)選為滑石粉、LAK-301、TMC-328、TMC-300、TMC-306、Thermal 300、SanulaterHK3045 或CHC-300 中的一種或一種以上；
[0014] 所述LAK-301為日本TakemotoOil&Fat公司的新型芳香族/磺酸鹽成核劑； 所述TMC-328、TMC-300和TMC-306為山西省化工研宄院開發(fā)的聚乳酸專用成核劑；所 述SanulaterHK3045為東莞市三合化工有限公司的酰胺磺酸鈉高效成核劑產(chǎn)品；所述 CHC-300為廣州和爾鑫化工科技有限公司的聚乳酸用酰肼類成核劑；
[0015] 所述抗氧劑優(yōu)選為季戊四醇酯和/或亞磷酸酯；
[0016] 所述植物淀粉優(yōu)選為玉米淀粉、小麥淀粉、土豆淀粉、紅薯淀粉或木薯淀粉中的一 種或幾種的混合物；
[0017] 所述增韌增塑劑優(yōu)選為乙酰檸檬酸三丁酯、聚乙二醇或甘油中的一種或兩種以上 的混合物；
[0018] 所述淀粉接枝改性劑優(yōu)選為鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑或硅烷偶聯(lián)劑中的一種 或一種以上；
[0019] 所述熱穩(wěn)定劑優(yōu)選為硬脂酸、硬脂酸鈉或硬脂酸鈣中的一種或一種以上；
[0020] 所述分散劑優(yōu)選為液態(tài)石臘、氧化聚乙烯或聚乙烯復合臘中的一種或一種以上；
[0021] 所述助降解劑優(yōu)選為可控降解添加劑和/或光降解劑；
[0022] 所述植物短纖維優(yōu)選為長度1?3mm的短纖維；
[0023] 所述無機材料優(yōu)選為大小為2000?3000目的碳酸鈣、滑石粉、蒙托土或白炭黑中 的一種或兩種以上的混合物；
[0024] 所述潤滑增塑劑優(yōu)選為白油、環(huán)烷油、甘油、山梨醇、乙二醇或丙二醇中的一種或 一種以上；
[0025] 所述表面處理劑優(yōu)選為硅烷偶聯(lián)劑和/或馬來酸酐。
[0026] 本發(fā)明所述纖維增強全降解耐熱環(huán)保材料的制備方法，包括以下步驟：
[0027] (1)淀粉改性接枝：
[0028] 將所述植物淀粉烘干后投入高速混合機中高速攪拌，在高速混合機內(nèi)溫度升至 80?90°C時加入增韌增塑劑，然后高速攪拌5?8分鐘待溫度升至100°C，分三次間隔加 入等量的淀粉接枝改性劑，再高速攪拌5?8分鐘至溫度升至120°C，加入熱穩(wěn)定劑高速攪 拌，然后加入分散劑和助降解劑，再高速攪拌使物料混合均勻，放入低速攪拌機里冷卻攪拌 后出料即得改性接枝淀粉；
[0029] (2)補強填料制備：
[0030] 將植物短纖維和無機材料于100°C烘干箱中烘烤，然后送入高速混料機，邊攪拌邊 加入潤滑增塑劑和表面處理劑，攪拌均勻，得到補強填料，儲存待用；
[0031] (3)聚乳酸改性：
[0032] 稱取聚乳酸、擴鏈劑、耐熱成核劑及抗氧劑，加入混料機混合攪拌均勻，然后送入 雙螺桿造粒機中造粒，得到改性聚乳酸待用；
[0033] (4)成品制備：
[0034] 在高速混料機中加入改性接枝淀粉、補強填料及改性聚乳酸，攪拌均勻，所得混合 物料移入雙螺桿擠出機造粒，所得產(chǎn)物即為所述纖維增強全降解耐熱環(huán)保材料。
[0035] 上述纖維增強全降解耐熱環(huán)保材料可應用于日常生活用品、包裝材料或醫(yī)用材料 等領域。
[0036] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下的優(yōu)點及效果：
[0037] (1)本發(fā)明通過對聚乳酸進行改性，加入耐熱成核劑，使聚乳酸的熱變形溫度由 50?70°C提高到90?120°C，拓寬了聚乳酸產(chǎn)品的使用領域。
[0038] (2)本發(fā)明所述纖維增強全降解耐熱環(huán)保材料由于加入了植物短纖維對其進行增 強改性，使成品強度顯著提高。
[0039] (3)本發(fā)明制備方法中由于加入擴鏈劑對聚乳酸進行改性，使所得纖維增強全降 解耐熱環(huán)保材料加工性能大為改善。
[0040] (4)本發(fā)明加入了無機材料和改性淀粉，相應減少了聚乳酸的用量，使制品性能得 以改善的效果下，還使制品成本降低了 30%?60%。
【具體實施方式】
[0041] 下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0042] 實施例1
[0043] 一種纖維增強全降解耐熱環(huán)保材料，所述纖維增強全降解耐熱環(huán)保材料由改性 聚乳酸、改性接枝淀粉和補強填料混合制備而成，所述改性聚乳酸由聚乳酸、擴鏈劑、耐熱 成核劑及抗氧劑混合制備而成，所述改性接枝淀粉由植物淀粉、增韌增塑劑、淀粉接枝改性 劑、熱穩(wěn)定劑、分散劑和助降解劑混合攪拌制備而成，所述補強填料由植物短纖維、無機材 料、潤滑增塑劑和表面處理劑攪拌混合制備而成；所述各組分的重量百分比如下：聚乳酸： 12%，擴鏈劑：0. 3%，耐熱成核劑：2%，抗氧劑：0. 7%，植物淀粉：30%，增韌增塑劑：12%， 淀粉接枝改性劑：1 %，熱穩(wěn)定劑：1 %，分散劑：1 %，助降解劑：〇.5 %，植物短纖維：15 %，無 機材料：20%，潤滑增塑劑：3%，表面處理劑：1. 5%。
[0044] 所述聚乳酸（PLA)為PLA2003D;
[0045]所述擴鏈劑為ADR-4370S;
[0046] 所述耐熱成核劑為TMC-300 ;
[0047] 所述抗氧劑為季戊四醇酯；
[0048] 所述植物淀粉為玉米淀粉；
[0049] 所述增韌增塑劑為聚乙二醇；
[0050] 所述淀粉接枝改性劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑；
[0051] 所述熱穩(wěn)定劑為硬脂酸鈣；
[0052] 所述分散劑優(yōu)選為液態(tài)石臘；
[0053] 所述助降解劑為可控降解添加劑；
[0054] 所述植物短纖維為長度1?3mm的短纖維；
[0055] 所述無機材料為大小為2000?3000目的碳酸鈣-白炭黑混合物，其中碳酸鈣重 量百分比為17%，白炭黑重量百分比為3% ;
[0056] 所述潤滑增塑劑為甘油；
[0057] 所述表面處理劑為馬來酸酐。
[0058] 上述纖維增強全降解耐熱環(huán)保材料的制備方法，具體包括以下步驟：
[0059] (1)淀粉改性接枝：
[0060] 將30重量份的玉米淀粉烘干后投入高速混合機中高速攪拌，在高速混合機內(nèi)溫 度升