[发明专利]一种低成本增韧聚乳酸复合材料及其制备方法

说明书

一种低成本可生物降解聚乳酸基复合材料及其制法，该复合材料由54.3~81.9 wt%聚乳酸、8~15wt %环氧化植物油、10~30wt%未经过表面处理的无机填料以及过氧化物引发剂四组分，经过干燥、混合后，通过双螺杆挤出机一步熔融共混改性、挤出造粒制得。其中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；环氧化植物油的环氧值为4.5~7。熔融共混过程中对无机填料进行原位接枝表面改性，避免了传统粉体表面预处理繁琐，同时不采用其他昂贵的生物降解聚酯作为增韧剂，仍可制备力学性能优异的复合材料，使生产成本大幅降低；该复合材料无毒，可全降解，适合于制作一次性餐具，食品和医疗包装材料。

技术领域

本发明涉及一种低成本、改性工艺简单的增韧聚乳酸基复合材料及其制备方法，尤其涉及一种无机粉体添加量高、力学性能优异的聚乳酸树脂及其制备方法。

背景技术

随着经济发展，塑料制品需求和消费的显著增长，使塑料工业产生迅猛发展。塑料消费迅速增长的同时，废弃物公害也成为全球关注焦点问题。废弃塑料的大量产生不仅增加了处置成本方面的经济负担，而且造成了环境污染，另外我国石油基塑料工业还面临着原材料短缺的困境，解决这些问题的有效途径之一，就是开发可生物降解材料。

聚乳酸（PLA）是一种来源于玉米、小麦等可再生资源的生物降解材料，强度和刚性优异，90年代后期，已经开始大规模工业化。目前，世界最大的聚乳酸生产商——美国Natureworks公司，2009年产能就达到15万吨/年；近年来，我国也建成多家万吨级PLA生产线。积极开发推广应用聚乳酸制品,对我国市场消费及汽车、包装、食品、环保事业的发展都将具有极为重要的意义。聚乳酸制品生产及开发一直是世界各国研究的热点。但由于PLA成本高，价格是通用树脂（如聚烯烃、聚酯类）的几倍，且本身具有脆性大、抗冲击性差等缺点，限制了聚乳酸制品的推广和应用。

无机填料是工业上常用的聚合物复合材料添加剂，可以降低制品成本、增强聚合物、提高热稳定性和尺寸稳定性等，但无机填料与聚合物基体间的界面结合力对整个复合材料的性能起着至关重要的作用。针对无机粉体填充聚乳酸的研究，已有诸多报道，中国专利CN101333331A、CN103965596B和CN100537661C都公开了无机粉体填充聚乳酸基复合材料的制备方法，无机粉体的添加量可高达30~40wt%，且耐热性好，但无机粉体均需要进行表面处理活化，其中湿法处理工艺较为繁琐、耗时，生产效率低不利于工业化推广。CN101955639A公开的聚乳酸改性料制备方法中，虽然避免了无机填料的预处理工艺，但选用热塑性聚氨酯弹性体作为增韧剂，影响了复合材料的生物降解性，使材料不能完全降解。CN103113727A、CN101362853A和CN104072957B制备的全降解聚乳酸基复合材料中，虽然无机粉体的添加量也很高，但其组分中选用低分子量聚乳酸或生物降解聚酯（如PBS、PBAT、PHA等）进行增韧改性，成本较高。还有报道通过采用双噁唑啉、酰氯、异氰酸酯等作为交联剂，提高聚乳酸复合材料韧性，但这些交联剂毒性较大，即使微量残留也限制了聚乳酸制品在医疗、食品等领域应用。本发明开发出一种低成本全生物降解的增韧聚乳酸基复合材料，该制备方法在熔融共混过程中引发组分间发生原位接枝交联反应，所有组分均无毒、可生物降解，且工艺简单、价格低廉、易于工业化生产。

发明内容

本发明目的是提供一种低成本增韧聚乳酸基复合材料及其制备方法，其工艺流程简单、易控，复合材料成本低廉，可全生物降解，可用于一次性餐具、食品和医疗包装材料、生物医用材料等领域。

本发明提供的一种低成本增韧聚乳酸基复合材料，由54.3~81.9 wt%聚乳酸、8~15wt %环氧化植物油或其衍生物、10~30wt%未经过表面处理的无机填料、0.1~0.7wt %过氧化物引发剂四组分，经过干燥、混合后，通过双螺杆挤出机一步熔融共混改性、挤出造粒制得。

其中，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；所述未经过表面处理的无机填料尺寸为1250~8000目。