CN101870823A - 一种可完全生物降解材料填充母料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可完全生物降解材料填充母料及其制备方法，所述可完全生物降解材料填充母料包括可完全生物降解材料基载体、填充剂、助剂，其特征在于：以重量计，所述可完全生物降解材料基载体含量为5％-35％，所述填充剂为60％-90％，所述助剂为1％-10％。本发明公开的可完全生物降解材料填充母料在可完全生物降解材料中的填充量大、成本优势突出，并且添加后分散性良好且可改善生物降解材料的耐热性、稳定性，机械性能良好，也有效改善了加工环境，是一种优良的可完全生物降解材料填充母料。

Description

一种可完全生物降解材料填充母料及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及材料产品中的填充母料，以及填充有该填充母料的材料，特别涉及可完全生物降解材料领域的填充母料及材料。

【背景技术】

石油基塑料产品在加工过程中，为了降低成本，一般都会添加一些填充剂，在石油基塑料中一直沿用的填充剂是碳酸钙、玻璃微珠等无机粉料以及淀粉等材料。

对于无机粉料填充剂的加入有两种工艺，第一种是在加工时将无机粉料直接混入材料中，如公开号为CN1270969的专利所述，该专利公开了一种高填充无机物塑料制品材料和制作工艺及制作设备，其中高填充无机物塑料制品材料按重量百分比聚丙烯20-40％、聚乙烯10-30％、无机填料碳酸钙或滑石粉或者碳酸钙和滑石粉30-60％，外加添加剂混合，用双螺杆挤出机与拉片机之间配有拉片机头的设备进行混炼，并直接拉制成板材，这种直接添加填充剂的加工工艺使塑料制品在加工过程中粉末飞扬，环境污染严重，严重影响了生产加工人员的身体健康，不仅如此，这种直接加入无机粉料的方法还影响了制品的机械及加工性能，不能满足不同塑料制品调整产品性能和改进使用效果等要求，对设备也产生了严重磨损，从而给大量生产带来很大困难。同样，公开号为CN1273252的中国专利也公开了一种无机基料复合降解塑料母料的制造方法，该降解母料成分由占母料重量百分比25-70％的无机复合基料、25-70％的复合聚烯烃、1-4％的润滑剂和0.1-1.5％的偶联剂组成，该制造方法为将无机复合基料与偶联助剂经110-115％高温偶联处理后，降温至40℃以下，加入其他物质混合，以同向双螺杆挤出机挤出造粒。上述专利虽然先利用偶联剂对无机复合基料进行偶联处理，增加了相容性，但仍然存在公开号为CN1270969的专利所存在的缺陷，而且偶联剂的使用还使得该材料生产成本增加。

无机粉料填充剂的加入工艺第二种是将无机填充剂与其他原料一起形成填充母料再加入材料中，如公开号为CN1687245的专利公开了一种碳酸钙填充母料及其生产工艺，该填充母料由碳酸钙、塑料树脂、助剂、分散剂组成。但上述填充母料其中的材料树脂主要是PP、PE、PVC、PS、ABS等不可降解材料，主要是在是石油基材料中使用，如果填充到生物降解材料中，一则相容性较差，填充效果不理想，二则，也导致被填充的生物降解材料不能完全生物降解，影响生物降解材料的降解性能，仍然会对环境产生危害。

如今，可完全生物降解材料由于其生物降解后，成为水和二氧化碳，不会对环境产生危害，已经受到越来越多的关注，从上个世纪60、70年代以来，人们开始了对生物降解材料的研究和开发，目前已经有多种生物降解材料(Biodegradable material)问世，如聚羟基烷酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、聚己内酯等生物降解材料，但由于可完全生物降解材料比较昂贵，所以需考虑在不影响其可完全生物降解性能的基础上添加一些填充剂以降低成本，如公告号为CN1775856的专利公开了一种复合生物降解母料的制备方法，该降解母料由聚己内酯、聚乳酸、聚乙二醇、填充物、润滑剂经搅拌共混、双螺杆挤出造粒而成，该复合生物降解母料由于是直接添加有填充物，导致塑料制品在加工过程中粉末飞扬，环境污染严重，严重影响了生产加工人员的身体健康，不仅如此，对设备也产生了严重磨损，并且加入量较少，成本优势不明显，分散也不均匀，影响了复合生物降解材料的性能，不能满足不同材料制品调整产品性能和改进使用效果等要求。

特别是针对聚羟基烷酸酯这种可完全生物降解材料，价格比较昂贵，且其机械性能与石油基材料和聚乳酸等生物材料也有较大的差异，如何有效的利用无机填充剂以及如何对各组分之间的配比进行合理的选择从而在不影响其可完全生物降解性能的前提下达到降低成本和进行改性等目的目前还没有有效的技术出现，这也是本专利的发明者长期潜心研究所期望解决的问题所在。

【发明内容】

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种工艺简单、在可完全生物降解材料中分散性能好、添加量大、并可以改善生物降解材料机械性能的可完全生物降解材料填充母料。

本发明的技术方案如下所述：一种可完全生物降解材料填充母料，包括可完全生物降解材料基载体、填充剂、助剂，其特征在于：以重量计，所述可完全生物降解材料基载体含量为5％-35％，所述填充剂为60％-90％，所述助剂为1％-10％。

所述可完全生物降解材料基载体为聚羟基烷酸酯、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸中其中一种或几种混合物。

所述可完全生物降解材料基载体为聚羟基烷酸酯和聚己内酯混合物或聚羟基烷酸酯和聚丁二酸丁二醇酯混合物或聚羟基烷酸酯和聚乳酸混合物。

所述可完全生物降解材料基载体为聚羟基烷酸酯。

所述填充剂是无机粉体或淀粉，所述无机粉体是碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、硅灰石、硅藻土、云母、高岭土中一种或几种混合物。

所述助剂是抗氧剂、润滑剂、分散剂、界面改性剂中一种或几种组成的复合助剂。

所述助剂是由抗氧剂、分散剂、润滑剂组成的复合助剂或抗氧剂、润滑剂、分散剂、界面改性剂组成的复合助剂或由硬脂酸和抗氧剂组成的复合助剂。

本发明还公开了上述可完全生物降解材料填充母料的制备方法，包括如下步骤：

(1)、用高速混合机先将填充剂高速混合，处理时间约15～20分钟，温度为100～110℃，然后再将生物降解材料基载体及其它助剂加入高速混合机中与填充剂一起高速混合，混合温度为75-90℃，时间为1-3分钟，充分混合后出料待用。

(2)、将步骤(1)中混合好的物料投入到双螺杆挤出机中进行混炼塑化，然后通过风冷磨面热切方式进行造粒，所得粒料即为生物降解材料填充母料。

本发明的有益效果在于：(1)本专利的发明人对可完全生物降解材料填充母料的原料的选择及各原料之间的配比经过了大量试验，反复筛选，最终获取的可完全生物降解材料填充母料在不影响可完全生物降解材料的可完全生物降解性能的前提下，在可完全生物降解材料中的填充量大、成本优势突出，并且添加后分散性良好且可改善生物降解材料的耐热性、稳定性，机械性能良好，也有效地改善了加工环境，是一种优良的可完全生物降解材料填充母料；(2)本发明的助剂优选为硬脂酸和抗氧剂复合助剂，由于硬脂酸作为助剂加入同时具有分散剂、润滑剂和界面改性剂的作用，而且价格比较便宜，该复合助剂不但成本低，而且效果非常显著；(3)本发明公开的可完全降解材料填充母料的制备方法简单、高效。

【具体实施方式】

下面将结合具体实施例对本发明进行详细描述。

实施例1：

本实施例的可完全生物降解材料填充母料，以重量计，各组分含量分别为：PHB(聚羟基丁酸酯)含量22％，碳酸钙70％，抗氧剂亚磷酸三(2，4-二特丁基苯)酯0.3％，分散剂硬脂酸3.5％，润滑剂乙烯蜡2.2％，界面改性剂硬脂酸钙2％。

实施例2：

本实施例的可完全生物降解材料填充母料，以重量计，各组分含量分别为：P3HB4HB(聚3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯，其中4HB摩尔含量为5％)含量35％，滑石粉为62％，抗氧剂四〔β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯0.5％，分散剂低分子PE2.0％、润滑剂石蜡0.5％。

实施例3：

本实施例的可完全生物降解材料填充母料，以重量计，各组分含量分别为：PHBV(聚羟基丁酸戊酸酯，其中HV摩尔含量为10％)含量10％，硫酸钡为80％，抗氧剂四〔β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯2.5％，分散剂硬脂酸3.0％、润滑剂石蜡1.5％、界面改性剂钛酸酯3％。

实施例4：

本实施例的可完全生物降解材料填充母料，以重量计，各组分含量分别为：PHBH(聚3-羟基丁酸酯-3-羟基己酸酯，其中HV摩尔含量为10％)含量15％，云母为78％，抗氧剂亚磷酸三(2，4-二特丁基苯)酯2.5％，硬脂酸4.5％。

实施例5：

本实施例的可完全生物降解材料填充母料，以重量计，各组分含量分别为：聚己内酯含量18％，硅灰石为78％，抗氧剂亚磷酸三(2，4-二特丁基苯)酯季戊四醇酯1.5％，硬脂酸2.5％。

实施例6：

本实施例的可完全生物降解材料填充母料，以重量计，各组分含量分别为：P3HB4HB(4HB摩尔含量为15％)含量5％，聚乳酸含量为6％，淀粉为82％，抗氧剂四〔β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯2.5％，分散剂硬脂酸3.0％、润滑剂石蜡1.5％。

本发明的实施例1-6的可完全生物降解材料填充母料均可通过如下方法制备：

(1)、用高速混合机先将填充剂高速混合，处理时间约15～20分钟，温度为100～110℃，然后再将生物降解塑料树脂及其它助剂加入高速混合机中与填充剂一起高速混合，混合温度为75-90℃，时间为1-3分钟，充分混合后出料待用。

(2)、将混合好的物料投入到双螺杆挤出机中进行混炼塑化，然后通过风冷磨面热切方式进行造粒，所得粒料即为生物降解塑料填充母料。

对上述实施例1-6制备的可完全生物降解材料填充母料外观为圆状、乳白色、直径小于3mm的颗粒，经测试，其水分含量小于0.3％，熔融指数在2-20％之间，密度在1.6-2.0g/cm³之间。

下面将分别将上述实施例1-6的填充母料，对应添加到可完全生物降解材料中制备可完全生物降解塑料，如实施例7中是将实施例1中的填充母料添加到聚羟基丁酸酯中，实施例8是将实施例2的填充母料添加到P3HB4HB(其中4HB摩尔含量为5％)中，实施例9是将实施例3的填充母料添加到PHBV(其中HV摩尔含量为10％)中，实施例10是将实施例4的填充母料添加到PHBH(其中HV摩尔含量为10％)中，实施例11是将实施例5的填充母料添加到聚己内酯中，实施例12是将实施例6的填充母料添加到P3HB4HB(4HB摩尔含量为15％)和聚乳酸的混合材料中，其中重量比P3HB4HB∶聚乳酸为5∶6。在实施例7-12制备的可完全生物降解塑料中，选择适量的填充母料，使得其中无机粉料或淀粉的重量含量分别为30％、35％、40％、45％、50％、55％，并根据实施例7-12进行与之对应的对比试验，对比试验中是直接将无机粉料或淀粉添加到可完全生物降解材料中，其他原料和助剂含量相同，其测试结果如表1所示：

表1

由表1可以明显看出，通过将填充母料添加到可完全生物降解材料所制备得到的生物降解材塑料其机械性能大大优于通过直接添加无机粉料到可完全生物降解材料中所制备的生物降解塑料，并且净化了生产环境，同样性能的生物降解材料可以添加更多的无机粉料，大大降低了生产成本，也满足了材料制品的质量要求。

由本发明的可完全生物降解材料填充母料填充到可完全生物降解材料中制备的生物降解材料可以用于吹膜、挤出片材、注塑一次性环保用品、医疗等领域，并且3个月内可完全生物降解，具有较大的经济价值和社会价值。

当然，以上列举实施例只是对本发明的一般描述，在本发明中，可完全生物降解材料不局限于以上所列举的实施例，可以有多种组成方式，如聚羟基烷酸酯和聚己内酯混合物或聚羟基烷酸酯和聚丁二酸丁二醇酯混合物或聚羟基烷酸酯和聚乳酸混合物等，如以可完全降解材料填充母料添加其中填充剂的量可达到60％、70％甚至更高，成本更低，也满足材料制品的质量要求。

综上所述，尽管本发明通过具体实施方式对本发明进行了详细描述，但本领域一般技术人员应该明白的是，上述实施例仅仅是对本发明的优选实施例的描述，而非对本发明保护范围的限制，本领域一般技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可完全生物降解材料填充母料，包括可完全生物降解材料基载体、填充剂、助剂，其特征在于：以重量计，所述可完全生物降解材料基载体含量为5％-35％，所述填充剂为60％-90％，所述助剂为1％-10％。

2.如权利要求1所述的可完全生物降解材料填充母料，其特征在于：所述可完全生物降解材料基载体为聚羟基烷酸酯、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸中其中一种或几种混合物。

3.如权利要求2所述的可完全生物降解材料填充母料，其特征在于：所述可完全生物降解材料基载体为聚羟基烷酸酯和聚己内酯混合物或聚羟基烷酸酯和聚丁二酸丁二醇酯混合物或聚羟基烷酸酯和聚乳酸混合物。

4.如权利要求2所述的可完全生物降解材料填充母料，其特征在于：所述可完全生物降解材料基载体为聚羟基烷酸酯。

5.如权利要求1-4任意一项所述的可完全生物降解材料填充母料，其特征在于：所述填充剂是无机粉体或淀粉，所述无机粉体是碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、硅灰石、硅藻土、云母、高岭土中一种或几种混合物。

6.如权利要求5所述的可完全生物降解材料填充母料，其特征在于：所述助剂是抗氧剂、润滑剂、分散剂、界面改性剂中一种或几种组成的复合助剂。

7.如权利要求6所述的可完全生物降解材料填充母料，其特征在于：所述助剂是由抗氧剂、分散剂、润滑剂组成的复合助剂或抗氧剂、润滑剂、分散剂、界面改性剂组成的复合助剂。

8.如权利要求6所述的可完全生物降解材料填充母料，其特征在于：所述助剂是由硬脂酸和抗氧剂组成的复合助剂。

9.一种如权利要求1所述的可完全生物降解材料填充母料的制备方法，包括如下步骤：

(1)、用高速混合机先将填充剂高速混合，处理时间约15～20分钟，温度为100～110℃，然后再将生物降解材料基载体及其它助剂加入高速混合机中与填充剂一起高速混合，混合温度为75-90℃，时间为1-3分钟，充分混合后出料待用。

(2)、将步骤(1)中混合好的物料投入到双螺杆挤出机中进行混炼塑化，然后通过风冷磨面热切方式进行造粒，所得粒料即为生物降解材料填充母料。