一种无机填料全生物降解复合材料及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种无机填料全生物降解复合材料及其制备方法和应用，包括组分：无机填料全生物降解母粒 5～50份、聚乳酸50～95份；所述的无机填料全生物降解母粒，包含以组分：聚乳酸20～80份，无机填料20～80份，润滑剂0.1～10 份，相容剂0.1～5 份，其中，所述无机填料为改性高岭土、改性白炭黑或改性蒙脱土中的一种或其组合。本发明通过添加改性蒙脱土、改性高岭土或改性白炭黑作为增强剂及引入环氧类丙烯酸共聚物作为相容剂，增加了无机填料与基体树脂的相容性，分散均匀，将该母粒添加到聚乳酸中，可有效改善聚乳酸薄膜和片材撕裂强度较低的问题。
【专利说明】一种无机填料全生物降解复合材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高分子材料改性【技术领域】，具体涉及一种无机填料全生物降解复合材 料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 聚乳酸（PLA)是一种以谷物淀粉为原料，经生物发酵得到乳酸，再经聚合反应，最 终得到聚乳酸树脂。它有两大优点：第一，可生物降解，在土壤中容易分解为一氧化碳和 水，可被植物吸收，循环利用。第二，为非石油基塑料，来源于植物等可再生资源，在石油能 源日趋紧张的情势下，开发研究聚乳酸树脂显得尤为重要。聚乳酸本身的性能类似于通用 塑料聚丙烯，如模量高、抗张强度大和可加工性能好。但是此类材料作为膜或者片材使用时 存在缺口延伸低的缺点，其膜或者片材的耐撕裂性能差，严重影响了使用性能。
[0003] 目前市面上也存在着各种聚乳酸与传统塑料混炼而成的生物降解材料，但由于 提高其韧性需加入不少份量的传统塑料成分，因此不能做到完全降解，实际上，有很多仅 仅属于表观崩解而并非真正意义上的生物降解。如CN201010205306. 2公开了一种高韧 性聚乳酸树脂，其增韧剂选用了甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，增塑剂选用了 柠檬酸酯类，虽然对于聚乳酸的缺口冲击强度和断裂伸长率提升较为明显，但这两者均 为不可降解成分，达不到全生物降解的要求，对于膜材或片材撕裂强度的改善也未提及。 CN201310041457. 2公开了一种全生物降解聚乳酸复合材料，通过高分子量和低分子量聚乳 酸复配使用，可改善材料的韧性，但改性后的膜材或片材仍然存在撕裂强度较低，相容性较 差，使用过程较容易出现开裂等问题。
[0004] 因此，如何提高乳酸膜材或片材的撕裂强度而又不影响其生物降解性能是扩大聚 乳酸应用必须解决的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的首要目的在于克服上述现有聚乳酸膜材和片材存在的不足，提供一种相 容性好、能改善基体树脂撕裂强度的无机填料全生物降解复合材料。
[0006] 本发明的另一目的在于提供上述无机填料全生物降解复合材料的制备方法。
[0007] 本发明是通过以下技术方案实现： 一种无机填料全生物降解复合材料，包括如下重量份的组分： 无机填料全生物降解母粒5?50份 聚乳酸 50?95份 其中，所述的无机填料全生物降解母粒，包含以下重量份的组分： 聚乳酸 20?80份 无机填料 20?80份 润滑剂 0. 1?10份 相容剂 0. 1?5份 其中，所述无机填料为改性高岭土、改性白炭黑或改性蒙脱土中的一种或其组合。
[0008] 所述的改性蒙脱土为经过烷基季铵盐表面改性，粒径范围为300目?800目； 所述的改性高岭土为经过硅烷偶联剂表面改性，粒径范围为4?20微米； 所述的改性白炭黑为经过硅烷偶联剂表面改性，粒径范围为20?60纳米。
[0009] 所述硅烷偶联剂可以为氨丙基三乙氧基硅烷（KH550)、缩水甘油迷氧基丙基三甲 氧基硅烷（KH560)、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570)中的一种或几种。
[0010] 所述硅烷偶联剂的用量为无机填料质量的〇. 1?20%。
[0011] 所述的烷基季铵盐可以为十六烷基三甲基铵盐、十八烷基三甲基铵盐、十六烷基 二甲基苄基铵盐、十八烷基二甲基苄基铵盐、十六烷基二甲基异辛基铵盐、十八烷基二甲基 异辛基铵盐、十六烷基二甲基丙烯基铵盐、十八烷基二甲基丙烯基铵盐、十六烷基二甲基羟 乙基铵盐、十八烷基二甲基羟乙基铵盐、双十二烷基二甲基铵盐、双十八烷基二甲基铵盐、 双十六烷基二甲基铵盐双十八烷基甲基苄基铵盐或双十六烷基甲基苄基铵盐中的一种或 几种。
[0012] 所述烷基季铵盐的用量为无机填料质量的0. 1?60%。
[0013] 所述的聚乳酸的重均分子量> 70000。
[0014] 所述的润滑剂为硬脂酸及其盐、褐煤蜡、芥酸酰胺、油酸酰胺或乙撑双硬脂酰胺中 的一种或几种的混合物。
[0015] 所述的相容剂为环氧类物质，是由一种或几种环氧类丙烯酸共聚物混合组成，优 选为结构中含有2~15个环氧基团，摩尔质量为1000~7000g/mol的环氧类丙烯酸共聚物， 该类相容剂可以和所选用的聚乳酸的端基，如羟基或羧基反应，达到扩充直链或支链和增 加相容性的目的，改善无机填料的分散性和组合物的力学性能。
[0016] 本发明所述的无机填料全生物降解复合材料的制备，包括以下步骤： (1) 先将聚乳酸在80°c烘干3 ~10小时； (2) 将干燥后的聚乳酸20-80份与无机填料20-80份、润滑剂0. 1-10份、相容剂0. 1-5 份在高混机中进行机械共混3 ~10分钟； (3) 将步骤（2)混合均匀的物料喂入双螺杆挤出机中进行熔融塑化、挤出、造粒即得无 机填料全生物降解母粒； (4) 将步骤（3)得到的无机填料全生物降解母粒5-50份与聚乳酸50-95份于高混机中 常温混合3~10分钟，然后加入到双螺杆机中挤出共混造粒，即得无机填料全生物降解复 合材料。
[0017] 本发明所述的无机填料全生物降解复合材料作为膜材或者片材中的应用。
[0018] 本发明与现有技术相比，具有如下有益效果： (1) 本发明的无机填料全生物降解母粒以聚乳酸作为无机填料的基体，综合考虑了复 合材料的完全降解性能和基体的相容性； (2) 本发明的无机填料全生物降解母粒通过添加改性蒙脱土、改性高岭土或改性白炭 黑作为增强剂，增加了无机填料与基体树脂的相容性，分散均匀，将该母粒添加到聚乳酸 中，在不影响其生物降解性能的前提下，可有效改善共聚酯薄膜和片材撕裂强度较低的问 题； (3) 本发明通过在上述母粒中引入环氧类丙烯酸共聚物作为相容剂，进一步改善了改 性无机填料与聚乳酸的相容性，提高了共混材料的撕裂强度。
【具体实施方式】
[0019] 下面通过【具体实施方式】来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳的实施方 式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。
[0020] 本发明所采用的原料如下： 改性高岭土：KH560改性高岭土，粒径范围为4?20微米； 改性白炭黑：KH550改性白炭黑，粒径范围为20?60纳米； 改性蒙脱土 ：十六烷基三甲基铵盐改性蒙脱土，粒径范围为300目?700目； 本发明所用的检测方法或标准为： 拉伸强度：GB/T 1040. 3 塑料拉伸性能的测定第3部分：薄膜和薄片的试验条 件； 断裂伸长率：GB/T 1040. 3 塑料拉伸性能的测定第3部分：薄膜和薄片的试验条 件； 耐撕裂性：GB/T 16578. 2塑料薄膜和薄片耐撕裂性能的测定第2部分：埃莱门多 夫法。
[0021] 无机填料全生物降解母粒的制备： 按表1的配比，先将聚乳酸在烘箱中80°C烘干5小时；将干燥后的聚乳酸与无机填料、 润 滑剂、相容剂在高混机中进行机械共混5分钟；将步骤（2)混合均匀的物料喂入双螺杆 挤出机中进行熔融塑化、挤出、造粒即得A1~A5、B1-B5无机填料全生物降解母粒； 所述双螺杆挤出机为同向平行双螺杆挤出机，其设定温度为：一区：60~90°C，二区： 120~150°C，三区：140~170°C，四区：170~190°C，五区：170~190°C，六区：170~190°C， 七区：170~190°C，八区：170~190°C，九区：170~190°C，机头：170-190°C，螺杆转速： 300rpm。螺杆长径比为40:1。
[0022] 表I A 1~A5、B1-B5无机填料全生物降解母粒（重量份）
【权利要求】
1. 一种无机填料全生物降解复合材料，其特征在于，包括如下重量份的组分： 无机填料全生物降解母粒5?50份 聚乳酸 50?95份 所述的无机填料全生物降解母粒，包含以下重量份的组分： 聚乳酸 20?80份 无机填料 20?80份 润滑剂 0. 1?10份 相容剂 0. 1?5份 其中，所述无机填料为改性高岭土、改性白炭黑或改性蒙脱土中的一种或其组合。
2. 根据权利要求1所述的无机填料全生物降解复合材料，其特征在于：所述的改性蒙 脱土为经过烷基季铵盐表面改性，粒径范围为300目?800目；所述的改性高岭土为经过硅 烷偶联剂表面改性，粒径范围为4?20微米；所述的改性白炭黑为经过硅烷偶联剂表面改 性，粒径范围为20?60纳米。
3. 根据权利要求1所述的无机填料全生物降解复合材料，其特征在于：所述的聚乳酸 的重均分子量> 70000。
4. 根据权利要求1所述的无机填料全生物降解复合材料，其特征在于：所述的润滑剂 为硬脂酸及其盐、褐煤蜡、芥酸酰胺、油酸酰胺或乙撑双硬脂酰胺中的一种或几种的混合 物。
5. 根据权利要求1所述的无机填料全生物降解复合材料，其特征在于：所述的相容剂 为环氧类物质，是由一种或几种环氧类丙烯酸共聚物混合组成。
6. 根据权利要求5所述的无机填料全生物降解复合材料，其特征在于：所述的相容剂 为结构中含有2-15个环氧基团，摩尔质量为1000~7000g/mol的环氧类丙烯酸共聚物。
7. 权利要求1~6任一项所述的无机填料全生物降解复合材料的制备方法，其特征在 于：包括以下步骤： (1) 先将聚乳酸在80°C烘干3 ~10小时； (2) 将干燥后的聚乳酸20-80份与无机填料20-80份、润滑剂0. 1-10份、相容剂0. 1-5 份在高混机中进行机械共混3 ~10分钟； (3) 将步骤（2)混合均匀的物料喂入双螺杆挤出机中进行熔融塑化、挤出、造粒即得无 机填料全生物降解母粒； (4) 将步骤（3)得到的无机填料全生物降解母粒5-50份与聚乳酸50-95份于高混机中 常温混合3~10分钟，然后加入到双螺杆机中挤出共混造粒，即得无机填料全生物降解复 合材料。
8. 权利要求1~6任一项所述的无机填料全生物降解复合材料作为膜材或者片材中的 应用。
【文档编号】B29C47/92GK104479315SQ201410748500
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月10日 优先权日:2014年12月10日
【发明者】熊凯, 焦建, 王林, 张新国, 钟宇科, 苑仁旭, 赵巍, 徐依斌, 曾详斌, 蔡彤旻, 夏世勇, 袁志敏 申请人:金发科技股份有限公司, 珠海万通化工有限公司