[发明专利]一种聚乳酸/淀粉全生物基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚乳酸复合材料技术领域，具体涉及一种聚乳酸/淀粉全生物基复合材料及其制备方法。

背景技术

由于聚乳酸相对于石油基塑料具有优异的生物可降解性，使其能够在石油基塑料的传统领域如一次性注塑、发泡和吹膜产品方面能够替代石油基塑料来解决日益严重的“白色污染”问题。尽管聚乳酸通过改性能够提高聚乳酸较低的热形变温度，扩展聚乳酸在传统塑料等相关领域的应用，但这种聚乳酸耐热改性又会进一步增加其生产成本。目前，聚乳酸得不到广泛推广的另一个主要原因是聚乳酸相对于传统石油基塑料如聚丙烯、聚苯乙烯和聚对苯二甲酸乙二酯等的高价格。

近年来，为了降低聚乳酸的应用成本和保持聚乳酸的生物可降解，用价格低廉、来源广泛、可生物降解和持续利用的生物质如木质素，纤维素、竹粉和淀粉等等填充复合聚乳酸已经成为环保塑料中发展最为迅速的一个方向。在众多生物质填充复合聚乳酸材料中，聚乳酸/淀粉复合材料最具有工业化前景。这主要是因为淀粉具有较低的价格(2000～3000RMB/t)，来源丰富(玉米、土豆、木薯、小麦等等)，粒径大小比较均一及可快速生物降解。此外，淀粉很早就被作为有机生物填料与传统的石油基塑料复合来降低价格和增加传统石油基塑料的生物可降解性。在2013年欧洲生物基塑料的市场调研中发现生物可降解淀粉基复合塑料市场占有率在50％左右。可见，聚乳酸/淀粉复合材料的研究在生物可降解塑料中有巨大的应用前景。

目前，聚乳酸/淀粉复合生物降解材料得到了广泛研究。淀粉作为价廉的生物质填料不仅仅能够降低聚乳酸在生物可降解塑料应用领域的生产成本，还能影响聚乳酸的力学性能和结晶性能。由于聚乳酸属于有机刚性粒子，模量非常大，淀粉填充聚乳酸后，能够增加聚乳酸的刚性，达到增强的效果。此外，淀粉属于高度结晶的球形颗粒，能够在一定程度上诱导聚乳酸的结晶，起到一定程度诱导结晶成核剂的作用。然而，直接将淀粉和聚乳酸熔融共混复合，淀粉会进一步增加聚乳酸本身的脆性，降低聚乳酸的断裂拉伸强度，冲击强度和拉伸韧性。

针对以上问题本专利发明了一种简单且效果明显的增韧PLA/淀粉复合材料的办法，且同时能够解决聚乳酸耐热差的问题。

发明内容

本发明提供了一种聚乳酸/淀粉全生物基复合材料及其制备方法，采用右旋聚乳酸型聚氨酯增韧和耐热改性，该材料机械性能和热性能优异，该制备方法操作简单，易于控制。

一种聚乳酸/淀粉全生物基复合材料，以总重量100份计，由如下重量份的原料制成：

聚乳酸 40份～85份；

右旋聚乳酸型聚氨酯弹性体 5份～25份；

淀粉 7份～50份；

所述的聚乳酸的数均分子量优选为100000～300000。

作为优选，所述的聚乳酸/淀粉全生物基复合材料，以总重量100份计，由如下重量份的原料制成：

聚乳酸 55份～85份；

右旋聚乳酸型聚氨酯弹性体 5份～15份；

淀粉 10份～30份；

所述的聚乳酸的数均分子量优选为100000～300000。

本发明右旋聚乳酸型聚氨酯弹性体由软段和硬段组成，软段为与聚乳酸本体材料单元结构相同的右旋丙交酯多元醇，硬段由二异氰酸酯的链段和小分子二元醇扩链剂的链段组成。其中，硬段在整个右旋丙交酯多元醇聚氨酯弹性体中所占的质量百分比25％～45％，在这个范围内，右旋丙交酯多元醇聚氨酯的韧性、强度和刚度均能达到一个较佳值。

本发明右旋聚乳酸型聚氨酯增韧和耐热改性聚乳酸/淀粉复合材料，其原理是利用右旋聚乳酸型聚氨酯弹性体中软段与基体相容性优异，在聚乳酸基体中形成纳米橡胶相，起到增韧又不严重损失模量的特点。此外，其中右旋聚乳酸型聚氨酯中软段为右旋-聚丙交酯多元醇能够与聚乳酸基体形成立构复合金，起到结晶成核剂的作用。而聚氨酯的硬度之间存在氢键作用，可以起到一个物理交联点的作用，调和复合材料整体的模量、强度、韧性和结晶。本发明右旋聚乳酸型聚氨酯增韧和耐热改性聚乳酸/淀粉复合材料制备方法操作简单，易于控制，适于工业化生产。

所述的聚乳酸的数均分子量为100000～300000，具体可采用NatureWorks和海正生产的各种商用型聚乳酸中的一种或两种。进一步优选，所述的聚乳酸的数均分子量为150000。

所述的右旋聚乳酸型聚氨酯弹性体的制备方法，包括如下步骤：