专利名称：可生物降解的防静电高分子复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种可生物降解的高分子复合材料，具体涉及一种可生物降解的防静电高分子复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术：
塑料包装材料广泛应用在食品、电子行业、航空航天、兵器工业以及纺织等领域。 在日常生活和生产中，许多塑料包装材料在使用过程中容易产生静电积累，造成吸尘、电击、甚至产生火花后导致爆炸等恶性事故。目前最常用且行之有效的方法是使用抗静电剂以降低材料的表面电阻率，从而使其得到了广泛的应用。但传统的防静电塑料包装材料其主要成分一般为石油基高分子材料，如聚烯烃、 聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、ABS树脂等，作为包装材料用完后被废弃为垃圾，有的被随处丢弃、有的被填埋、焚烧，极大地浪费了资源。这些石油基的高分子材料需200年左右才能被分解。这导致大量性能优异、价格低廉的普通石化塑料制品，严重污染了人类的生存环境，同时全球石油资源日益枯竭，使得利用可再生资源制备可生物降解的材料成为解决环境和能源问题的必然选择，而且近年来也成为许多国家和企业研发和关注的焦点，一些可生物降解的材料不断涌现。现有的完全生物降解材料中，来源于天然资源的聚乳酸和淀粉由于其自身的优点格外引人关注。淀粉作为天然高分子，具有来源广、价格低、可完全生物降解和再生周期短的优点，但淀粉是多羟基聚合物，本身不具备热塑性。聚乳酸是淀粉发酵衍生物，来源于可再生资源，国内外已有规模化的工业产品，作为新型的线性脂肪族聚酯，其具有良好的降解性、热塑加工性能和良好的生物相容性，力学性能为质硬而韧性较差，缺乏弹性和柔性，热变形温度低，仅^ 60°C，非常容易完全变形，另外生产成本也比传统塑料高，与淀粉相容性差，这也限制了它的应用。国内外现有的聚乳酸/淀粉共混改性的报道，主要涉及力学性能、耐热性能、相容性等的提高，对于聚乳酸/淀粉的防静电改性，尚未见公开的技术方案。现有的一些耐热级聚乳酸及其它生物质塑料价格较高，不具有日常应用的优势，无法大规模生产。专利 CN101967271A公开了一种短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料，通过将聚乳酸、短碳纤维、 偶联剂、抗氧剂、润滑剂按比例混合，经过双螺杆熔融挤出切粒制得短碳纤维增强抗静电聚乳酸复合材料，使聚乳酸具备了抗静电性能，但是由于作为基体材料的聚乳酸的价格较高， 不具备普遍推广的优势。专利CN1013128301A公开了一种由基础层和至少一层由脂肪羟基羧酸构成的覆盖层所构成的聚乳酸多层膜，其中覆盖层含有占覆盖层重量0. 002至20重量比的基于淀粉的颗粒，该聚乳酸多层膜虽然具有良好的抗静电性质，但是作为薄膜，不能通过注塑、热压等方法成型，不能制备诸如食品托盘、电磁托盘、医用托盘、刀叉勺等制品，应用范围较窄
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种力学性能优异、价格较低、可生物降解的防静电高分子复合材料。本发明的另一目的在于提供上述可生物降解的防静电高分子复合材料的制备方法。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案。本发明提供一种可生物降解的防静电高分子复合材料，所述可生物降解的防静电高分子复合材料由以下组分的原料按重量份数混合制备而成
聚乳酸20 ‘ 80%改性淀粉10 ‘ 70%抗静电剂1 ‘10% ；增塑剂1 ^ 5% ；相容剂1 一 5% ο优选地，其中所述聚乳酸为L-乳酸含量大于90%、粘均分子量为10 30万的聚乳酸。优选地，其中所述改性淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉、豌豆淀粉、稻谷淀粉、小麦淀粉、糯米淀粉、荞麦淀粉、粳米淀粉或高粱淀粉中的一种经过改性得到。优选地，其中所述增塑剂为甘油、乙二醇、山梨醇、木糖醇、麦芽糖醇、二甘醇、聚乙二醇、脂肪酸单甘酯或尿素中的一种或多种。优选地，其中所述抗静电剂为聚环氧乙烷(ΡΕ0)、醇醚磷酸单酯(PEEA)、氯丙醇、 纳米掺锑二氧化锡(ATO )、膨胀石墨、二氧化硅、氧化锌或氧化铝中的一种。优选地，其中所述相容剂为乙烯丙烯酸共聚物接枝马来酸酐(EAA-g-MAH)。本发明所述的可生物降解的防静电高分子复合材料的制备方法，包括以下步骤
1)将天然淀粉，相对天然淀粉的重量为10%、浓度5-20%的NaOH溶液在烧杯中混合均勻，然后将混合好的物料移至反应烧瓶中，将烧瓶安装到MAS-I型常压微波辅助合成反应仪，在温度为70 90°C、转速为200 350r/min下搅拌2 IOmin后，在分液漏斗中加入相对天然淀粉的重量为1 5%的醋酸酐，保持温度、转速不变使内部进行酯化反应，反应结束后，用蒸馏水反复洗涤反应产物至PH 6-7，待降温出料后，常温下干燥至恒重，将干燥后的样品粉碎成粉末得到改性淀粉，待用；
2)将20 80%的聚乳酸、10 70%由步骤1)所得改性淀粉、1 5%的增塑剂和1 5%相容剂按配比加入到带有强力循环的高速混合机中，在35 50°C搅拌10 30min，混合均勻，降温出料，待用；
3)将步骤2)所得混合物、1 10%的抗静电剂加入高速混合机中，在常温下混合均勻；
4)将步骤3)所得混合物加入到双螺杆挤出机中，在所述双螺杆挤出机的各区段温度为 140 180°C，各区段真空度为0. 03 0. 06兆帕的条件下将上述得到的混合物挤出造粒， 即得到所述可生物降解的防静电高分子复合材料。本发明具有以下有益效果
1、本发明所提供的可生物降解的防静电高分子复合材料，具有良好的防静电性能和力学性能，其拉伸强度20 35MPa，断裂伸长率10 20 %，表面电阻彡IO6 Ω，可用于制作电子元件等的包装材料；
42、本发明所提供的可生物降解的防静电高分子复合材料，12周堆肥后生物分解率为 90%以上；
3、本发明所提供的可生物降解的防静电高分子复合材料，熔体流动速率为5 15g/10min，成型加工性能良好，可在普通塑料的加工设备上通过挤出、注塑、热压等方法成型为各种各样的制品；
4、本发明所提供的可生物降解的防静电高分子复合材料，通过混合、挤出两步完成，工艺简单、适于工业化生产。
具体实施例方式以下将结合具体的实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1
1)将木薯淀粉，相对木薯淀粉的重量为10%、浓度10%的NaOH溶液在烧杯中混合均勻，然后将混合好的物料移至反应烧瓶中，将烧瓶安装到MAS-I型常压微波辅助合成反应仪中，在75°C、250r/min搅拌!Min后，在分液漏斗中加入相对木薯淀粉的重量为3%的醋酸酐，保持温度、转速不变，使内部进行酯化反应，反应结束后，用蒸馏水反复洗涤反应产物至PH 6-7，待降温出料后，常温下干燥至恒重，将干燥后的样品粉碎成粉末得到改性木薯淀粉，待用(此步骤中，反应温度不能过高或过低，温度过高会加速副反应的进行，温度过低会使淀粉酯化反应不充分，影响后续工艺)；
2)将70%的聚乳酸、20%的改性木薯淀粉、3%的麦芽糖醇和4%的EAA-g-MAH按配比加入到带有强力循环的高速混合机中，在35°C搅拌20min混合均勻，降温出料，待用；
3)将步骤2)所得混合物、3%的聚环氧乙烷加入高速混合机中，在常温下混合均勻；
4)将步骤3)所得混合物加入到双螺杆挤出机中，在长径比为35:1，螺杆转速300转 /分钟，各区段温度分别为150°C、165 V、170 V、180°C、170 V、160 V，各区段的真空度在 0. 03兆帕的条件下将上述得到的混合物挤出造粒，即得到上述可生物降解的防静电高分子复合材料。所得复合材料的拉伸强度为30MPa，断裂伸长率为18%，熔体流动速率为 llg/10min (190°C，2. 16kg)，表面电阻为 6. 4Χ105Ω。实施例2-4表(实施例2-4的步骤及NaOH的浓度同实施例1，区别在于原料比例、 加工条件不同，如表1所示)。实施例5-8表(实施例5-8的步骤及NaOH的浓度同实施例1，区别在于原料比例、 加工条件不同，如表2所示)。表1、2中实施例1 8所得复合材料，均按美国ASTM D6400标准所述方法对其生物降解性进行了测试，测试结果表明本发明所制备的可生物降解的防静电高分子复合材料，12周堆肥后生物降解率均达到90%以上。
表1
权利要求
1.一种可生物降解的防静电高分子复合材料，其特征在于，所述可生物降解的防静电高分子复合材料由以下组分的原料按重量份数混合制备而成聚乳酸20 80% ；改性淀粉 10 70% ；抗静电剂1 10% ；增塑剂1 5% ；相容剂1 5%。
2.根据权利要求1所述的可生物降解的防静电高分子复合材料，其特征在于，所述聚乳酸为L-乳酸含量大于90%、粘均分子量为10 30万的聚乳酸。
3.根据权利要求1所述的可生物降解的防静电高分子复合材料，其特征在于，所述改性淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉、豌豆淀粉、稻谷淀粉、小麦淀粉、糯米淀粉、荞麦淀粉、粳米淀粉或高粱淀粉中的一种经过改性得到。
4.根据权利要求1所述的可生物降解的防静电高分子复合材料，其特征在于，所述增塑剂为甘油、乙二醇、山梨醇、木糖醇、麦芽糖醇、二甘醇、聚乙二醇、脂肪酸单甘酯或尿素中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的可生物降解的防静电高分子复合材料，其特征在于，所述抗静电剂为聚环氧乙烷、醇醚磷酸单酯、氯丙醇、纳米掺锑二氧化锡、膨胀石墨、二氧化硅、氧化锌或氧化铝中的一种。
6.根据权利要求1所述的可生物降解的防静电高分子复合材料，其特征在于，所述相容剂为乙烯丙烯酸共聚物接枝马来酸酐。
7.—种可生物降解的防静电高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤1)将天然淀粉，相对天然淀粉的重量为10%、浓度5-20%的NaOH溶液在烧杯中混合均勻，然后将混合好的物料移至反应烧瓶中，将烧瓶安装到MAS-I型常压微波辅助合成反应仪，在温度为70 90°C、转速为200 350r/min下搅拌2 IOmin后，在分液漏斗中加入相对天然淀粉的重量为1 5%的醋酸酐，保持温度、转速不变使内部进行酯化反应，反应结束后，用蒸馏水反复洗涤反应产物至PH 6-7，待降温出料后，常温下干燥至恒重，将干燥后的样品粉碎成粉末得到改性淀粉，待用；2)将20 80%的聚乳酸、10 70%由步骤1)所得改性淀粉、1 5%的增塑剂和1 5%相容剂按配比加入到带有强力循环的高速混合机中，在35 50°C搅拌10 30min，混合均勻，降温出料，待用；3)将步骤2)所得混合物、1 10%的抗静电剂加入高速混合机中，在常温下混合均勻；4)将步骤3)所得混合物加入到双螺杆挤出机中，在所述双螺杆挤出机的各区段温度为 140 180°C，各区段真空度为0. 03 0. 06兆帕的条件下将上述得到的混合物挤出造粒， 即得到所述可生物降解的防静电高分子复合材料。
全文摘要
本发明涉及一种可生物降解的防静电高分子复合材料，由以下组分的原料按重量份数混合制备而成聚乳酸20～80%；改性淀粉10～70%；抗静电剂1～10%；增塑剂1～5%；相容剂1～5%。本发明所提供的可生物降解的防静电高分子复合材料，其表面电阻≤106Ω、拉伸强度20～35MPa，断裂伸长率10～20%，具有良好的防静电性能和力学性能；同时具有良好的环境降解性能，12周堆肥后生物分解率为90％以上；成型加工性能良好，可在普通塑料的加工设备上通过挤出、注塑、热压等方法成型为各种各样的制品。
文档编号C08K5/521GK102391631SQ20111039498
公开日2012年3月28日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者危伟, 张立斌, 王淑敏, 白娟 申请人:武汉华丽环保科技有限公司