一种全生物降解材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及全生物降解材料技术领域，具体涉及一种全生物降解材料及其制备方 法和应用。
【背景技术】
[0002] 塑料工业迅速发展，塑料已经广泛应用于国民经济的各个领域，用途十分广泛。然 而，随之而来的是大量废弃塑料的产生（例如中国每年产生的废弃塑料约为500万吨），其 中大多数废弃塑料为聚丙烯（PP)、聚乙烯（PE)和聚苯乙烯（PS)材料，这些材料不能够自然 分解，因此，由PP材料、PE材料、PS材料制成的一次性塑料包装材料、农用薄膜和一次性餐 具等产品经使用后，其废弃物如果被随意丢弃，将会因其非降解性而堆积在土地上，从而造 成严重的白色污染，而且这种白色污染将会随着使用量的增加和时间的积累而加剧。
[0003] 随着人们环保意识的不断提高，可生物降解的环境友好材料受到越来越多的关 注，近年来人们致力于研发能够替代塑料的可降解材料，以解决白色污染问题，并减缓石油 的消耗。然而，目前真正意义的可降解材料如聚乳酸（PLA)、聚羟基脂肪酸酯（PHA)、聚丁二 酸丁二醇酯（PBS)等，价格非常昂贵，而且性能较传统塑料（如聚丙烯PP和聚乙烯PE)有 一定差距，导致其在近几年内市场认可度不高。
[0004] 申请公布号为CN103881211A(申请号为201410101063. 6)的中国发明专利申请 公开了一种生物降解塑料，包括以下重量份的组分原料：聚乙烯100份、丙烯酸树脂60~ 80份、淀粉30~55份、聚乳酸15~25份、钛酸酯偶联剂1~2. 5份、抗菌剂0. 08~1. 2 份、增塑剂1~3份、抗氧剂0. 2~15份、硬脂酸0. 5~1份。该技术方案通过在聚乙稀、 丙烯酸树脂中加入淀粉、聚乳酸以及偶联剂、抗菌剂等化工助剂，使得本发明的塑料力学性 能好，可生物降解，减少细菌滋生，保护环境。但是该塑料主体材料仍为不可降解材料，在一 定程度上仍会造成白色污染。
[0005] 申请公布号为CN103627154A(申请号为201310532786. 7)的中国发明专利申请 公开了一种聚乳酸/淀粉生物基可降解复合材料，由以下重量百分比的原料制成：聚乳酸 30 %~94 %、酚类环氧化合物0. 1 %~10 %、天然淀粉5 %~60 %、抗氧剂0 %~1 %、润滑 剂0 %~5 %、催化剂0 %~1 %以及抗水解剂0 %~1 %。该技术方案在聚乳酸基料中添加 酚类环氧化合物，可促使聚乳酸、酚类环氧化合物以及天然淀粉三者特殊的分子结构组合 在一起，从而提高该聚乳酸/淀粉生物基可降解复合材料的机械性能，另一方面，在聚乳酸 基料中直接添加天然淀粉，可以一定程度上降低材料的成本，但是其仍含有一定的不可降 解成分。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种全生物降解材料及其制备方法和应用，这种全生物降解材料力 学性能优异，可生物降解，且价格较低。
[0007] 采用的技术方案如下：
[0008] -种全生物降解材料，由以下重量百分含量的原料制成：
[0009] 聚乳酸 15%~70%; 淀粉 20%~50%; 己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物 3%~65%; 聚丙交酯多元醇 1%~10%; 钛酸酯偶联剂 0.1 %~5%; 助剂 0%~5%。
[0010] 本发明中，以聚乳酸（PLA)、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物 (PBAT)为基础材料，添加淀粉填料，利用聚丙交酯多元醇和钛酸酯偶联剂改善PLA、PBAT和 淀粉之间的界面相容性，从而大幅度提高此复合材料的力学性能：一方面，在钛酸酯偶联剂 的引发作用下，聚丙交酯多元醇的羟基与淀粉表面的羟基发生螯合效应；另一方面，聚丙交 酯多元醇和PLA及PBAT具有良好的相容性，因此，本发明所述的全生物降解材料中各组分 之间具有良好的相容性，从而保证了此材料的力学性能；另外，聚丙交酯多元醇对于聚乳酸 还具有优异的成核效果，可以有效的缩短成型时间，并提高产品的耐热性能。
[0011] 本发明全生物降解材料中各组分的含量可以根据实际情况进行选择，聚乳酸含量 高的话，冲击强度较好，己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物含量高的话，断裂 伸长率较好，可以根据适用领域进行调整。
[0012] 作为优选，所述的全生物降解材料，由以下重量百分含量的原料制成：
[0013] 聚乳酸 17%~60%; 淀粉 30%~45%; 己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物 6%~50%; 聚丙交酯多元醇 3%~5%; 钛酸酯偶联剂 0.3%~1%; 助剂 0%~5%。
[0014] 进一步优选，所述的全生物降解材料，由以下重量百分含量的原料制成：
[0015] 聚乳酸 40%~60%; 淀粉 30%~45%; 己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物 6%~10%; 聚丙交酯多元醇 3%~5%; 钛酸酯偶联剂 0.3%~1%; 助剂 0%~5%。
[0016] 该重量百分含量下，该材料冲击强度较好，更适合用于制备一次性餐具等。
[0017] 进一步优选，所述的全生物降解材料，由以下重量百分含量的原料制成：
[0018] 聚乳酸 17%~27%; 淀粉 30%~40%; 己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物 39%~50%; 聚丙交酯多元醇 3 %~5%; 钛酸酯偶联剂 0.3%~1 %; 助剂 0%~5%,
[0019] 该重量百分含量下，该材料断裂伸长率较好，更适合用于制备塑料包装材料、农用 地膜等。
[0020] 更进一步优选，所述的全生物降解材料，由以下重量百分含量的原料制成：
[0021] 聚乳酸 60%; 浞粉 30.5%； 己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物 6%; 聚丙交酯多元醇 3%; 钛酸酯偶联剂 0.5%。
[0022] 该重量百分含量下，该材料冲击强度最好。
[0023] 所述的聚乳酸可采用市售通用聚乳酸，如Natureworks公司生产的型号为4032D 的产品、Natureworks公司生产的型号为3251D的产品、浙江海正公司生产的型号为 REV0DE101的产品、浙江海正公司生产的型号为REV0DE110的产品等。
[0024] 所述的天然淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉中的一 种或两种以上（包括两种）。
[0025] 所述的己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，也即聚（己二酸丁二醇 酯-对苯二甲酸丁二醇酯），可采用市售产品，如鑫富药业生产的PBAT。
[0026] 所述的聚丙交酯多元醇为L型、D型或两者的共混物，可采用市售产品，如深圳市 光华伟业实业有限公司生产的型号为D-PLA220B的产品。
[0027] 钛酸酯偶联剂也可采用市售产品，如采用南京优普化工有限公司生产的型号为 UP-311W的产品。
[0028] 所述的助剂为抗氧剂、润滑剂等。
[0029] 本发明的全生物降解材料既具有优异且稳定的性能，适用于塑料包装材料、农用 地膜及一次性餐具等领域，以该全生物降解材料为原材料，通过现有的加工技术，即可生产 塑料包装材料、农用地膜及一次性餐具等。
[0030] 本发明还提供了一种全生物降解材料的制备方法，采用现有的高速混合设备和双 螺杆挤出机即可实现，易于实施。
[0031] -种全生物降解材料的制备方法，包括以下步骤：
[0032] 1)先将聚乳酸、淀粉以及己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物干燥处 理（优选在100°c~110°C下干燥处理20~40min)，然后加入聚丙交酯多元醇和钛酸酯偶 联剂并混合均匀，得到混合物料；
[0033] 2)将混合物料加入到双螺杆挤出机中熔融共混，经风冷并造粒，得到全生物降解 材料。
[0034] 作为优选，所述的双螺杆挤出机的螺杆长径比为35~45:1，熔融共混的温度为 130~180°C，优选为双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1 ;熔融共混的温度为160~175°C。
[0035] 与现有技术相比，本发明具有如下优