專利名稱：一種抗菌防霉可生物降解聚乳酸泡沫塑料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬工程塑料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚乳酸泡沫塑料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著國家的發(fā)展，人民生活水平的逐步提高，人民的健康意識以及對環(huán)境保護(hù)的意識日益增強(qiáng)。創(chuàng)建舒適、清潔、抗菌防霉、防止疾病傳播的生活、學(xué)習(xí)與工作環(huán)境是人們所熱衷的追求。產(chǎn)品廢棄物可自動生物降解，不污染環(huán)境也是目前國際環(huán)保事業(yè)的迫切要求。遺憾的是，伴隨人們正在為改善自己生存環(huán)境的同時，也為微生物、細(xì)菌的繁殖生長創(chuàng)造了有利條件。白色污染的日益嚴(yán)重，也給我們賴以生存的環(huán)境造成巨大的壓力。
細(xì)菌和霉菌是微生物的兩種主要類型，具有種類繁多、分布極廣、生命力旺盛的特點(diǎn)。當(dāng)環(huán)境條件為相對65％、溫度在20-30℃之間、PH值為微酸性條件下，就會迅速吸收營養(yǎng)繁殖生長，造成材料霉變和破壞。霉菌生長時形成的菌絲體是導(dǎo)體，可使材料絕緣性能下降。霉菌生長所性能的代謝物含有有機(jī)酸和霉素，會使得制品表面出現(xiàn)發(fā)粘、變色、變脆等現(xiàn)象，還會使得長期接觸這些霉腐制品的人染上疾病。
采用通用塑料做成的制品，使用后隨便丟棄，會造成白色污染。因?yàn)橥ㄓ盟芰戏肿恿看螅肿优帕芯o密，不容易降解。例如使用PP、PVC等材料制成的農(nóng)用地膜會殘留在土壤中，造成土壤缺氧，使得農(nóng)作為窒息而死；使用PP發(fā)泡塑料制成的一次性飯盒更是白色污染的重要來源。因此，控制和消滅有害細(xì)菌、霉菌，保護(hù)人類健康，消除白色污染，已經(jīng)是當(dāng)今科技界共同面對的主要課題，日益受到廣泛關(guān)注。
聚乳酸(PLA)本身在自然界并不存在。它是通過淀粉發(fā)酵后得到的乳酸經(jīng)過縮聚得到的。聚乳酸具有良好的生物降解性能，降解產(chǎn)物是二氧化碳和水，對環(huán)境不會產(chǎn)生任何不良影響。聚乳酸具有廣泛的應(yīng)用前景，如食品包裝、纖維紡織、日用塑料等領(lǐng)域。此外，聚乳酸也具有良好的生物相容性和生物可吸收性，在醫(yī)用領(lǐng)域已經(jīng)被認(rèn)為是最有前途的可降解高分子材料。但是，由于聚乳酸生產(chǎn)成本過高的限制，它作為用用降解塑料使用起步較晚，近年來，由于環(huán)保要求和石油資源的短缺，使得人們對聚乳酸倍加重視，開始了聚乳酸產(chǎn)品的探索開發(fā)。雖然目前PLA樹脂的價格還比較高，但是隨著大量人力財力的投入，將使聚乳酸行業(yè)取得突破性進(jìn)展。
在美國專利US Patent576309(1998)中，Kameoka等人采用混入化學(xué)發(fā)泡劑和物理發(fā)泡劑直接擠出的方法制備聚乳酸泡沫塑料。國內(nèi)也有制作聚乳酸發(fā)泡塑料的相關(guān)報道。但是采用直接擠出法制作抗菌防霉型聚乳酸泡沫塑料領(lǐng)域還是空白。本發(fā)明根據(jù)有關(guān)抗菌防霉劑制造方法的現(xiàn)有技術(shù)(例如CN1294145A)、納米防菌技術(shù)以及生物降解材料的有關(guān)特性，得出本發(fā)明的主要思路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種力學(xué)性能良好、抗菌防霉性能優(yōu)越、可生物降解的聚乳酸泡沫塑料及其制備方法。
本發(fā)明提出的抗菌防霉可生物降解的聚乳酸泡沫塑料，由各種原料共混直接擠出得母料，然后加入發(fā)泡劑直接擠出而獲得，其原料組分按重量計的配方如下聚乳酸樹脂 100，抗菌防霉母料 1-5，交聯(lián)劑 0.5-2，成核劑 0.5-5，發(fā)泡劑 0.5-2.5，增塑劑 0.5-3，抗氧劑 0.5-1。
本發(fā)明中，所述的聚乳酸樹脂為左旋光或者消旋光性聚乳酸樹脂，數(shù)均分子量為18-20W，分子量分布為1.8-2.2，結(jié)晶度為25-35％。
本發(fā)明中，所述的抗菌防霉母料是以Ag+、Zn2+、Cu2+、納米TiO2之一種或者其中多種混合物作為抗菌劑，以噻菌靈、百菌清、75號工業(yè)防霉劑、多菌靈之一種或者其中多種混合物作為防霉劑。
本發(fā)明中，所述的交聯(lián)劑是丁二醇、甲苯二異氰酸酯、苯二甲撐二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)中1種或幾種混合物。
本發(fā)明中，所述的成核劑為蒙脫土或者滑石粉。
本發(fā)明中，所述發(fā)泡劑為AC發(fā)泡劑，分解溫度在140℃-190℃之間。
本發(fā)明中，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯，聚乙二醇中1種或2種混合物。
本發(fā)明中，所述抗氧劑為鄰苯二酚和對苯二酚中1種或2種混合物。
本發(fā)明提出的抗菌防霉可生物降解聚乳酸泡沫塑料的制備方法，具體步驟如下(1)按計量將聚乳酸樹脂、成核劑、抗菌防霉母料、抗氧劑混合均勻，用擠出機(jī)擠出制成母料；(2)按計量將母料、發(fā)泡劑均勻混合，用擠出機(jī)擠出發(fā)泡，擠出過程中向擠出機(jī)加入交聯(lián)劑和增塑劑；擠出劑的溫度控制在140-210℃之間；(3)定型，切割，展平，牽引，卷取，包裝。
本發(fā)明的抗菌防霉性能高發(fā)泡聚乳酸塑料，具有閉孔式泡沫結(jié)構(gòu)，由擠出機(jī)直接擠出發(fā)泡定型后制備而成。此種抗菌防霉性聚乳酸廢棄后可生物降解，降解產(chǎn)物對環(huán)境友好，其生產(chǎn)工藝先進(jìn)，產(chǎn)品性能良好，通過玉米發(fā)酵制得的聚乳酸，原料來源廣泛，克服石油不足的限制，性價比高，被廣泛應(yīng)用于各種包裝材料。
具體實(shí)施例方式
以下將通過實(shí)施例來進(jìn)一步詳細(xì)的說明本發(fā)明。在實(shí)施例中，除非另外指明分?jǐn)?shù)和百分比均以重量計。但是并不局限于這些實(shí)例。本領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可根據(jù)上述內(nèi)容對本發(fā)明做一些非實(shí)質(zhì)性改進(jìn)和調(diào)整。
實(shí)施例1將有聚乳酸樹脂(美國Natrueworks，4042D)100重量份和抗菌防霉母料3重量份、蒙脫土(DK4型)2重量份，組成的原料混合均勻，加入到擠出機(jī)中進(jìn)行擠出，擠出機(jī)溫度為160-210℃，主機(jī)轉(zhuǎn)速為850rpm，螺桿的轉(zhuǎn)速為30rpm，制得母料冷卻切粒。將母料、發(fā)泡劑0.3重量份均勻混合加入到擠出機(jī)中進(jìn)行擠出發(fā)泡，擠出溫度以及主機(jī)轉(zhuǎn)速、螺桿轉(zhuǎn)速同上，擠出中通過計量泵加入甲苯二異氰酸酯0.5重量份，鄰苯二甲酸二辛酯0.5重量份。擠出得泡沫，冷卻，定型、切割、展平、牽引后卷取。牽引速度為28rpm，所得產(chǎn)品規(guī)格為厚度3mm，寬度1200mm，泡孔直徑為0.145mm，泡孔密度為1.8×105個/cm3泡孔密度為產(chǎn)品抗菌防霉性能對大腸埃希式菌和金黃色葡萄球菌24H抗菌率＞99％；對黑曲霉、土曲霉等8種混合霉菌；防霉性能為0級。
實(shí)施例2混合料中聚乳酸樹脂和抗菌防霉的量與實(shí)施例1中相同，蒙脫土(DK4)3重量份，鄰苯二酚0.5重量份組成的原料混合均勻，加入到擠出機(jī)中進(jìn)行擠出，擠出機(jī)溫度為150-230℃之間，主機(jī)轉(zhuǎn)速為800rpm，螺桿轉(zhuǎn)速為30rpm，制得母料冷卻切粒。將母料、發(fā)泡劑0.6重量份均勻加入到擠出機(jī)中進(jìn)行擠出發(fā)泡，擠出溫度以及主機(jī)轉(zhuǎn)速、螺桿轉(zhuǎn)速同上，擠出中通過計量泵加入甲苯二異氰酸酯0.5重量份，鄰苯二甲酸二辛酯1重量份。擠出得泡沫，冷卻，定型、切割、展平、牽引后卷取。牽引速度為30rpm，所得產(chǎn)品規(guī)格為厚度2.9mm，寬度為1200mm，，泡孔直徑為0.121mm，泡孔密度為3.1×105個/cm3泡孔產(chǎn)品抗菌防霉性能對大腸埃希式菌和金黃色葡萄球菌24H抗菌率＞99％；對黑曲霉、土曲霉等8種混合霉菌防霉性能為0級。
實(shí)施例3將有聚乳酸樹脂(美國Natrueworks，4042D)100重量份和抗菌防霉母料4重量份、鄰苯二酚0.5重量份和對苯二酚0.5重量份、蒙脫土(DK4型)3.5重量份，組成的原料混合均勻，加入到擠出機(jī)中進(jìn)行擠出，擠出機(jī)溫度為170-240℃，主機(jī)轉(zhuǎn)速為850rpm，螺桿的轉(zhuǎn)速為30rpm，制得母料冷卻切粒。將母料、發(fā)泡劑1.0重量份均勻混合加入到擠出機(jī)中進(jìn)行擠出發(fā)泡，擠出溫度以及主機(jī)轉(zhuǎn)速、螺桿轉(zhuǎn)速同上，擠出中通過計量泵加入甲苯二異氰酸酯0.5重量份，苯二甲撐二異氰酸酯0.5重量份，鄰苯二甲酸二辛酯2重量份。擠出得泡沫，冷卻，定型、切割、展平、牽引后卷取。牽引速度為30rpm，所得產(chǎn)品規(guī)格為厚度3.0mm，寬度1200mm，泡孔直徑為0.125mm，泡孔密度為3.3×105個/cm3泡孔密度為產(chǎn)品抗菌防霉性能對大腸埃希式菌和金黃色葡萄球菌24H抗菌率＞99％；對黑曲霉、土曲霉等8種混合霉菌；防霉性能為0級。
實(shí)施例4將有聚乳酸樹脂(美國Natrueworks，4042D)100重量份和抗菌防霉母料3重量份、滑石粉(DK4型)3重量份，對苯二酚1重量份組成的原料混合均勻，加入到擠出機(jī)中進(jìn)行擠出，擠出機(jī)溫度為160-230℃，主機(jī)轉(zhuǎn)速為850rpm，螺桿的轉(zhuǎn)速為30rpm，制得母料冷卻切粒。將母料、發(fā)泡劑1.3重量份均勻混合加入到擠出機(jī)中進(jìn)行擠出發(fā)泡，擠出溫度以及主機(jī)轉(zhuǎn)速、螺桿轉(zhuǎn)速同上，擠出中通過計量泵加入苯二甲撐二異氰酸酯0.5重量份、二苯基甲烷二異氰酸酯0.5重量份，鄰苯二甲酸二辛酯1重量份。擠出得泡沫，冷卻，定型、切割、展平、牽引后卷取。牽引速度為30rpm，所得產(chǎn)品規(guī)格為厚度3.1mm，寬度1200mm，泡孔直徑為0.113mm，泡孔密度為3.5×105個/cm3泡孔密度為產(chǎn)品抗菌防霉性能對大腸埃希式菌和金黃色葡萄球菌24H抗菌率＞99％；對黑曲霉、土曲霉等8種混合霉菌；防霉性能為0級。
實(shí)施例5將有聚乳酸樹脂(美國Natrueworks，4042D)100重量份和抗菌防霉母料3.5重量份、蒙脫土5(DK4型)重量份，對苯二酚1.0重量份組成的原料混合均勻，加入到擠出機(jī)中進(jìn)行擠出，擠出機(jī)溫度為140-200℃，主機(jī)轉(zhuǎn)速為900rpm，螺桿的轉(zhuǎn)速為30rpm，制得母料冷卻切粒。將母料、發(fā)泡劑2.5重量份均勻混合加入到擠出機(jī)中進(jìn)行擠出發(fā)泡，擠出溫度以及主機(jī)轉(zhuǎn)速、螺桿轉(zhuǎn)速同上，擠出中通過計量泵加入甲苯二異氰酸酯1重量份，二苯基甲烷二異氰酸酯1重量份，鄰苯二甲酸二辛酯0.5重量份，乙二醇0.5重量份。擠出得泡沫經(jīng)冷卻、定型、切割、展平、牽引后卷取。牽引速度為30rpm，所得產(chǎn)品規(guī)格為厚度2.6mm，寬度1200mm，泡孔直徑為0.078mm，泡孔密度為3.6×105個/cm3泡孔密度為產(chǎn)品抗菌防霉性能對大腸埃希式菌和金黃色葡萄球菌24H抗菌率＞99％；對黑曲霉、土曲霉等8種混合霉菌；防霉性能為0級。
實(shí)施例6將有聚乳酸樹脂(美國Natrueworks，6400D)100重量份和抗菌防霉母料4重量份、蒙脫土(DK4型，5重量份，對苯二酚1.0重量份組成的原料混合均勻，加入到擠出機(jī)中進(jìn)行擠出，擠出機(jī)溫度為170-240℃，主機(jī)轉(zhuǎn)速為800rpm，螺桿的轉(zhuǎn)速為30rpm，制得母料冷卻切粒。將母料100重量份、發(fā)泡劑0.7重量份均勻混合加入到擠出機(jī)中進(jìn)行擠出發(fā)泡，擠出溫度以及主機(jī)轉(zhuǎn)速、螺桿轉(zhuǎn)速同上，擠出中通過計量泵加入二苯基甲烷二異氰酸酯1重量份，鄰苯二甲酸二辛酯0.5重量份。擠出得泡沫，冷卻，定型、切割、展平、牽引后卷取。牽引速度為28rpm，所得產(chǎn)品規(guī)格為厚度3.2mm，寬度1200mm，泡孔直徑為0.157mm，泡孔密度為1.6×105個/cm3泡孔密度為產(chǎn)品抗菌防霉性能對大腸埃希式菌和金黃色葡萄球菌24H抗菌率＞99％；對黑曲霉、土曲霉等8種混合霉菌；防霉性能為0級。
權(quán)利要求
1.一種抗菌防霉可生物降解聚乳酸泡沫塑料，其特征在于由各種原料共混直接擠出得母料，然后加入發(fā)泡劑直接擠出而獲得，其原料組分按重量計的配方如下聚乳酸樹脂100，抗菌防霉母料 1-5，交聯(lián)劑0.5-2，成核劑0.5-5，發(fā)泡劑0.5-2.5，增塑劑0.5-3，抗氧劑0.5-1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌防霉可生物降解聚乳酸泡沫塑料，其特征在于所述的樹脂為左旋光或者消旋光性聚乳酸樹脂，數(shù)均分子量為10-25W，分子量分布為1.8-2.2，結(jié)晶度為25-35％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌防霉可生物降解聚乳酸泡沫塑料，其特征在于所述的抗菌防霉母料是以Ag+、Zn2+、Cu2+、納米TiO2之一種或者其中多種混合物作為抗菌劑，以噻菌靈、百菌清、75號工業(yè)防霉劑、多菌靈之一種或者其中多種混合物作為防霉劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌防霉可生物降解聚乳酸泡沫塑料，其特征在于所述的交聯(lián)劑是丁二醇、甲苯二異氰酸酯、苯二甲撐二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯中1種或幾種混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌防霉可生物降解聚乳酸泡沫塑料，其特征在于所述的成核劑為蒙脫土或者滑石粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌防霉可生物降解聚乳酸泡沫塑料，其特征在于所述發(fā)泡劑為AC發(fā)泡劑，分解溫度在140℃-190℃之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌防霉可生物降解聚乳酸泡沫塑料，其特征在于所述增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯，聚乙二醇中1種或2種混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌防霉可生物降解聚乳酸泡沫塑料，其特征在于所述抗氧劑為鄰苯二酚和對苯二酚中1種或2種混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌防霉可生物降解聚乳酸泡沫塑料的制備方法，其特征在于具體步驟如下(1)按計量將聚乳酸、成核劑、抗菌防霉母料、抗氧劑混合均勻，用擠出機(jī)擠出制成母料，冷卻切粒；(2)按計量將母料、發(fā)泡劑均勻混合，用擠出機(jī)擠出發(fā)泡，擠出過程中向擠出機(jī)中加入交聯(lián)劑和增塑劑，擠出機(jī)的溫度控制在140-240℃之間；(3)定型，切割，展平，牽引，卷取，包裝。
全文摘要
本發(fā)明涉及聚乳酸泡沫塑料，特別是抗菌防霉可生物降解聚乳酸泡沫塑料及其制備方法。該材料原料組分按重量計為聚乳酸樹脂100份，抗菌防霉添加劑1－5份，交聯(lián)劑0.5－2份，成核劑0.5－5份，發(fā)泡劑0.5－2.5份；增塑劑0.5－3份；抗氧劑0.5－1份。生產(chǎn)方法是將未添加發(fā)泡劑的混料通過直接擠出制成抗菌防霉母料，然后在母料中添加發(fā)泡劑，直接擠出，將擠出料定型，分切，展平，牽引，卷取，包裝制備即可。本發(fā)明直接擠出抗菌防霉可生物降解聚乳酸泡沫塑料，生產(chǎn)工藝先進(jìn)，產(chǎn)品力學(xué)性能以及抗菌防霉性能良好，使用后可生物降解，不會污染環(huán)境，且產(chǎn)品原料來源廣泛，性價比高，被廣泛用作各種包裝材料。
文檔編號C08J9/00GK1923891SQ20061011633
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月21日
發(fā)明者任杰, 劉智勇, 袁華 申請人:同濟(jì)大學(xué)