含聚乳酸/聚碳酸酯(PC)合金生物降解材料及其製備方法與流程

2023-06-08 20:31:16

本發明是提高或解決非生物降解聚合物材料生物降解性能的技術問題。涉及到通過一種生物降解材料聚乳酸和一種非生物降解材料聚碳酸酯進行共混而製備聚乳酸/聚碳酸酯共混合金生物降解材料的方法。

背景技術：

高分子材料的應用範圍和用量在飛速增加，但是絕大多數高分子材料廢棄以後在大自然的降解速度非常緩慢，嚴重汙染環境。近年來,由於廢棄塑料難以降解帶來的白色汙染日趨嚴重,引起了全世界的廣泛關注,並採取了一些保護和限制措施，比如世界各國陸續出臺了限制或禁止使用非降解塑料包裝物的相關法規。所以，研發可降解高分子材料成為目前迫切需要解決的技術問題。

目前，可降解高分子材料的種類和用量不多，而聚乳酸是其中一種綜合性能較好的可生物降解高分子材料。通過與聚乳酸共混或共聚製備可生物降解高分子材料合金是製備生物降解高分子材料的一種有效方法，也取得了一些成果和進展。但目前還有很大的局限性。比如能與聚乳酸共混製備完全生物降解高分子合金材料的另一種高分子材料組分本身也必須具有生物降解性能。所以聚乳酸生物降解共混合金材料其應用範圍受到極大的限制。而採用其他高分子材料單體與聚乳酸單體進行共聚的方法來製備生物降解聚乳酸合金材料的方法，其成本較高，且能夠與聚乳酸共聚的其他高分子單體種類也受到很大的限制。

本發明針對目前生物降解聚乳酸合金材料製備受到的限制，採用一種完全不同的思路和方法，以非生物降解的聚碳酸酯材料與生物降解材料聚乳酸進行共混。通過添加相容劑，採用熔融共混工藝，製備聚乳酸與聚碳酸酯相容性極好的共混合金。通過提高聚乳酸與聚碳酸酯的相容性，來解決非生物降解高分子材料聚碳酸酯成為生物降解高分子材料的難題。

技術實現要素：
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針對本發明採用的基本思想和方法，本發明的目的是選用相容劑和採用熔融共混工藝來製備共混合金。提供一種含聚碳酸酯和聚乳酸的生物降解材料及其製備方法，解決不可降解塑料的生物降解難題，從而解決塑料對環境造成的白色汙染,本發明適用薄膜、片材，管材等所有類型的該類合金高分子材料。

為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案：一種含聚碳酸酯和聚乳酸的生物降解材料，由下列原材料按比例混合而成，所述比例為重量比：

聚碳酸酯為40％～60％、聚乳酸30％～50％、相容劑為10％～15％。

最佳技術方案，由下列比例混合製成：

聚碳酸酯為45％，聚乳酸42％，相容劑為13％。

技術方案中所述的聚碳酸酯數均相對分子量-Mn為23000g/mol。

技術方案中所述的聚乳酸為重均分子量為8萬至15萬的左旋聚乳酸組成。

技術方案中所述的相容劑為乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯(E-MA-GMA)，乙烯-丙烯酸丁酯(E-BA)，苯乙烯-丙烯腈共聚物接枝馬來酸酐，苯乙烯－馬來酸酐無規聚物(SMA)，聚乳酸接枝馬來酸酐(LAM)，鈦酸正丁酯(TBT，酯交換催化劑)中的一種或任意按適當重量比例混合的混合物。

製備方法包括以下步驟：

(1)預先對聚碳酸酯和聚乳酸原料進行烘乾處理1-2小時，烘乾溫度80～100℃，封閉待用；

(2)將聚碳酸酯、相容劑、聚乳酸在高速混合機中共混均勻；混合溫度在80～100℃。

(3)將步驟2中的混合物在雙螺杆擠出機中擠出造粒，造粒的溫度在190-220℃之間；

(4)將步驟3得到的混合物料再次烘乾。烘乾溫度100～110℃。

(5)將步驟4中的烘乾混合物在雙螺杆擠出機中再次擠出造粒，造粒的溫度在190-220℃之間；

(6)將再次擠出造粒得到的顆粒烘乾後注塑，製成合金片材或其他製品。注塑前烘乾溫度在100～110℃之間。

從上述技術方案實施中採用的技術與現有技術相比具有下列優點：

(1)採用的是一種全新的思路和技術，通過增加聚乳酸與其他非生物降解聚合物的相容性，利用聚乳酸的相容性和生物降解性能來拆散和降低其他非降解高分子材料的分子間結合力，從而提高和實現非生物降解高分子組分的生物降解性能。這種技術不僅適用於聚碳酸酯材料，可以預計也是解決其他熱塑性高分子材料的生物降解難題的一種有效的方法。

(2)主要原材料為生物降解的聚乳酸和非生物降解的聚碳酸酯。因為聚碳酸酯的韌性好，與聚乳酸共混，能解決聚乳酸材料的韌性差的缺點。

(3)使用過的製品能在自然條件下分解為水和二氧化碳，生物降解速度快，而不會產生白色汙染，符合環保的要求；

(4)生產過程可以機械化，自動化，規模化，產業化，成本較一般共混法和共聚法低廉，其適用性大大提高，其市場前景廣闊，需求巨大。

具體實施方式

實施例1

按照重量比例稱取聚碳酸酯為40％、聚乳酸50％、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯(E-MA-GMA)10％的混合料10公斤。將聚乳酸和聚碳酸酯先進行烘乾處理1.5小時，然後將聚碳酸酯、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯(E-MA-GMA)、聚乳酸在轉速為800轉/分鐘的高速混合機中共混均勻，將混合物料加入雙螺杆擠出機中熔融擠出造粒，擠出溫度為190～220℃。將擠出物料烘乾。再次加入雙螺杆擠出機中熔融擠出造粒，擠出溫度任為190～220℃。將再次擠出得到的物料烘乾後加入到注塑機中注塑出片材。然後進行自然降解實驗。自然降解實驗按照國標GB/T20197-2006的規定來進行。測試結果為：生物分解率為68％，超過國標規定的≥60％。

實施例2

按照重量比例稱取聚碳酸酯為45％、聚乳酸42％、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯(E-MA-GMA)5％和乙烯-丙烯酸丁酯(E-BA)8％的混合料10公斤。將聚乳酸和聚碳酸酯先進行烘乾處理1.5小時，然後將聚碳酸酯、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯(E-MA-GMA)、聚乳酸在轉速為800轉/分鐘的高速混合機中共混均勻，將混合物料加入雙螺杆擠出機中熔融擠出造粒，擠出溫度為190～220℃。將擠出物料烘乾。再次加入雙螺杆擠出機中熔融擠出造粒，擠出溫度任為190～220℃。將再次擠出得到的物料烘乾後加入到注塑機中注塑出片材。然後進行自然降解實驗。自然降解實驗按照國標GB/T20197-2006的規定來進行。測試結果為：生物分解率為80％，超過國標規定的≥60％。

實施例3

按照重量比例稱取聚碳酸酯為55％、聚乳酸30％、苯乙烯-丙烯腈共聚物接枝馬來酸酐5％，苯乙烯－馬來酸酐無規聚物(SMA)5％，聚乳酸接枝馬來酸酐(LAM)3％，鈦酸正丁酯2％的混合料10公斤。將聚乳酸和聚碳酸酯先進行烘乾處理1.5小時，然後將聚碳酸酯、苯乙烯-丙烯腈共聚物接枝馬來酸酐，苯乙烯－馬來酸酐無規聚物(SMA)，聚乳酸接枝馬來酸酐(LAM)，鈦酸正丁酯、聚乳酸在轉速為800轉/分鐘的高速混合機中共混均勻，將混合物料加入雙螺杆擠出機中熔融擠出造粒，擠出溫度為190～220℃。將擠出物料烘乾。再次加入雙螺杆擠出機中熔融擠出造粒，擠出溫度任為190～220℃。將再次擠出得到的物料烘乾後加入到注塑機中注塑出片材。然後進行自然降解實驗。自然降解實驗按照國標GB/T20197-2006的規定來進行。測試結果為：生物分解率為62％，超過國標規定的≥60％。。

以上所述，僅為本發明具體實施方式，但本發明的保護範圍適用於採用本發明思路和方法的任何範圍。採用本發明思路和方法中通過降低和拆散分子間作用力來降解高分子材料的方法均在本發明保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以權利要求所述的保護範圍為準。