Pbs全降解材料及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種PBS全降解材料及其制備方法和應用,其中,所述PBS全降解材料含有PBS、PLA、填料以及潤滑劑;以所述材料的總重量為基準,所述PBS的含量為50-65重量%,所述PLA的含量為4-8重量%,所述填料的含量為30-40重量%以及所述潤滑劑的含量為0.1-2重量%。本發(fā)明通過在PBS中加入生物基全降解樹脂PLA,既保持了PBS原有的韌性又增強了PBS的模量和剛度,同時加入廉價的淀粉、碳酸鈣、滑石粉等填料在保證PBS原有的韌性的基礎上既可以提高PBS的模量,增加剛度,又可以大幅度降低PBS全降解材料的價格,從而使得所述PBS材料能夠在注塑、吸塑領域得到廣泛應用。
【專利說明】PBS全降解材料及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子改性材料領域,具體地,涉及一種PBS全降解材料及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活節(jié)奏的加快,一次性消費品諸如一次性餐具等的使用量日益上升,另外,各種一次性的吸塑級包裝材料也發(fā)展迅速。而目前市場上的一次性餐具及包裝盒等大都是通過傳統(tǒng)的不能降解材料進行發(fā)泡或吸塑成型而制得。我們知道這種材料在使用中損害人體健康,同時廢棄后嚴重影響我們生活的環(huán)境,造成嚴重的環(huán)境污染問題。
[0003]PBS是一種可以在自然界完全分解的環(huán)境友好型樹脂,在使用過程中不會對人體產(chǎn)生任何的損害,廢棄后也不會對環(huán)境造成任何的影響,目前已經(jīng)被世界各國公認為可完全降解的樹脂,備受各國學者和研究人員以及工業(yè)界的關注,成為當前降解材料研究的焦點之一 O
[0004]PBS有著優(yōu)良的韌性和拉伸強度,但是由于其模量較低,嚴重限制了其在注塑、吸塑領域的應用。目前,對于增強PBS剛性,獲得高模量的PBS的材料的報道并不多見。因此,在保持PBS韌性的同時,增加其模量和剛度,已經(jīng)成為PBS能否廣泛應用于注塑或吸塑材料的關鍵。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是為了克服在保證PBS的良好韌性的同時無法兼顧其高模量和剛度的缺陷而導致其不能在注塑、吸塑領域廣泛應用的缺陷,提供一種在保持PBS韌性的同時保證高模量和剛度的PBS全降解材料及其制備方法和應用。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供了一種PBS全降解材料,其中,所述材料含有PBS、PLA、填料以及潤滑劑;以所述材料的總重量為基準,所述PBS的含量為50-65重量%,所述PLA的含量為4-8重量%,所述填料的含量為30-40重量%以及所述潤滑劑的含量為0.1-2重量%。
[0007]本發(fā)明還提供了一種PBS全降解材料的制備方法,其中,所述方法包括將PBS、PLA、填料以及潤滑劑進行混合均勻后送入擠出機中擠出造粒,各組分的用量使得以得到的材料的總重量為基準,所述PBS的含量為50-65重量%,所述PLA的含量為4_8重量%,所述填料的含量為30-40重量%以及所述潤滑劑的含量為0.1-2重量%。
[0008]本發(fā)明還提供了上述的PBS全降解材料或者根據(jù)上述方法制備得到的所述PBS全降解材料應用于制備吸塑型全降解材料。
[0009]本發(fā)明通過在PBS中加入生物基全降解樹脂PLA既保持了 PBS原有良好的韌性又增強了 PBS的模量和剛度。此外,同時加入廉價的淀粉、碳酸鈣、滑石粉等作為填料在保證PBS原有的韌性的基礎上既可以提高PBS的模量,增加剛度,又可以降低PBS全降解材料的價格,從而使得PBS材料能夠在注塑、吸塑領域得到廣泛應用。
[0010]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【具體實施方式】
[0011]以下對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是,此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明,并不用于限制本發(fā)明。
[0012]本發(fā)明提供了一種PBS全降解材料,其中,所述材料可含有PBS、PLA、填料以及潤滑劑;以所述材料的總重量為基準,所述PBS的含量為50-65重量%,所述PLA的含量為4_8重量%,所述填料的含量為30-40重量%以及所述潤滑劑的含量為0.1-2重量%。
[0013]優(yōu)選地,所述PBS (聚丁二酸丁二酯)的重均分子量為6萬-8萬,密度為1.24-1.28g/cm3,在190°C下的熔融指數(shù)10_20g/10min ;所述PLA (聚乳酸)的重均分子量為20萬-30萬,選自聚-L-乳酸、聚-D-乳酸和聚-DL-乳酸中的一種或多種;所述潤滑劑可為白油;所述填料可選自碳酸鈣、滑石粉、蒙脫土和粘土中的一種或多種,優(yōu)選地所述填料為淀粉。
[0014] 現(xiàn)對于現(xiàn)有技術中純的PBS而言,本發(fā)明通過在PBS中加入生物基全降解樹脂PLA既保持了 PBS原有的韌性又增強了 PBS的模量和剛度;同時加入廉價無機礦物如碳酸鈣、滑石粉等填料在保證PBS原有的韌性的基礎上既可以提高PBS的模量,增加剛度,又可以降低PBS全降解材料的價格;進一步地,用有機淀粉代替無機填料,有機淀粉為可再生資源,不僅可以完全降解,而且更加有利于較少白色污染,保護環(huán)境;加入潤滑劑既能增加材料的流動性也能起到增強熱穩(wěn)定性的作用,從而使得PBS材料能夠在注塑、吸塑領域得到廣泛應用。
[0015]在上述配方中,所述材料還可包括偶聯(lián)劑,所述偶聯(lián)劑選自硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、硬脂酸鋅和硬脂酸中的一種或多種;優(yōu)選地,以所述材料的總重量為基準,所述PBS的含量為50-65重量%,所述PLA的含量為4-8重量%,所述填料的含量為30-40重量%,所述偶聯(lián)劑的含量為0.1-1重量%以及所述潤滑劑的含量為0.1-2重量%。
[0016]本發(fā)明還提供了一種PBS全降解材料的制備方法,其中,所述方法包括將PBS、PLA、填料以及潤滑劑進行混合均勻后送入擠出機中擠出造粒,各組分的用量使得以得到的材料的總重量為基準,所述PBS的含量為50-65重量%,所述PLA的含量為4_8重量%,所述填料的含量為30-40重量%以及所述潤滑劑的含量為0.1-2重量%。優(yōu)選地,所述PBS的重均分子量為6萬-8萬,密度為1.24-1.28g/cm3,在190°C下的熔融指數(shù)10-20g/10min ;所述PLA的重均分子量為20-30萬,選自聚-L-乳酸、聚-D-乳酸和聚-DL-乳酸中的一種或多種;所述潤滑劑為白油;所述填料選自淀粉、碳酸鈣、滑石粉、蒙脫土和粘土中的一種或多種。
[0017]上述方法還包括將PBS、PLA、填料以及潤滑劑與偶聯(lián)劑進行混合,各組分的用量使得以得到的材料的總重量為基準,所述PBS的含量為50-65重量%,所述PLA的含量為4_8重量%,所述填料的含量為30-40重量%,所述偶聯(lián)劑的含量為0.1-1重量%以及所述潤滑劑的含量為0.1-2重量%。所述偶聯(lián)劑選自硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、硬脂酸鋅和硬脂酸中的一種或多種。
[0018]上述方法中物料混合順序既可以是所有物料一起加入也可以分別加入。優(yōu)選地,所述混合過程中的投料的先后順序為所述填料、所述偶聯(lián)劑、所述潤滑劑、所述PBS以及所述PLA,相對于所有物料一起添加,該優(yōu)選混合方式能夠進一步保證制得的PBS全降解材料的剛性和模量的增加。
[0019]按照本發(fā)明,上述方法還可包括,在混合并造粒之前,對所述PBS、所述PLA和所述填料進行干燥,所述PBS在50-70°C下干燥2-3h,所述PLA在60-80°C下干燥3_5h,所述填料在100-120°C下干燥4-5h ;優(yōu)選,所述PBS在60°C下干燥2_3h,所述PLA在70°C下干燥
3-5h,所述填料在110°C下干燥4-5h。在物料進行混合前對上述物料進行干燥處理,避免水分過大導致擠出制得的材料的性能不佳。
[0020]優(yōu)選地,按照本發(fā)明,所述擠出在雙螺桿擠出機中進行,本發(fā)明中所述的擠出所采用的擠出機為本領域技術人員所公知的雙螺桿擠出機,優(yōu)選情況下,所述擠出的條件包括:擠出溫度為120-180°C,螺桿轉速為300-700r/min,螺桿的長徑比為30:1-50:1 ;采用這樣的擠出條件能夠使得制得材料的性能更加優(yōu)越。
[0021]本發(fā)明還提供了上述材料和根據(jù)上述方法制得材料于制備吸塑型全降解材料中的應用,上述材料和根據(jù)上述方法制得材料既保證了現(xiàn)有技術中PBS的韌性,又使得PBS材料具有極高的剛性和模量,使得該PBS材料在注塑、吸塑領域,特別是在吸塑級片材領域得到廣泛應用。
[0022]以下根據(jù)實施例對本發(fā)作進一步說明:
[0023]以下實施例中雙螺桿擠出機為南京科亞化工成套裝備有限公司的產(chǎn)品,擠出溫度為120-160°C,螺桿轉速為400r/min,螺桿的長徑比為40:1 ;混料所用的高混機、干燥所用的真空干燥箱為本領域常用的儀器,拉伸實驗(拉伸強度、拉伸模量、斷裂伸長率)的實驗方法為國標號是GB13022-91的實驗方法,彎曲實驗(彎曲強度、彎曲模量)的實驗方法為國標號是GB/T9431-2008的實驗方法;所述PBS (山東匯盈新材料科技有限公司的產(chǎn)品)的重均分子量為6萬-8萬,密度為1.24 -1.28g/cm3,在190°C下的熔融指數(shù)10_20g/10min ;PLA的重均分子量為20萬-30萬,為聚-L-乳酸(美國NatureWorks公司的產(chǎn)品);所述偶聯(lián)劑選自硅烷偶聯(lián)劑、硬脂酸鋅、鈦酸酯偶聯(lián)劑中的一種;所述潤滑劑為白油;所述填料選自淀粉、滑石粉、蒙脫土中的一種。
[0024]實施例1
[0025]將8重量份的重均分子量為22.5萬的聚-L-乳酸在70°C真空干燥箱中干燥4小時,50重量份的PBS在60°C真空干燥箱烘干3小時,將40重量份的1500目滑石粉在11 (TC烘箱干燥4-5小時。將滑石粉、0.3重量份硅烷偶聯(lián)劑、1.7重量份的白油、PBS、聚-L-乳酸依次加入到高速混合機中混合15分鐘,并將混合物投入到雙螺桿擠出機熔融共混、擠出、拉條、風冷、切粒得到PBS全降解材料。經(jīng)過力學性能測試,由該顆粒制得的厚度為0.8mm的片材的拉伸強度為30MPa,拉伸模量為1380MPa,斷裂伸長率為12%,彎曲強度為40MPa,彎曲模量為1490MPa。
[0026]實施例2
[0027]將5重量份的分子量為22.5萬的聚-L-乳酸在70°C真空干燥箱中干燥4小時,55重量份的PBS在60°C真空干燥箱烘干3小時。將38重量份的2300目滑石粉在110°C烘箱干燥4-5小時,接著將滑石粉、0.5重量份的硬脂酸鋅、0.5重量份的鈦酸酯偶聯(lián)劑、I重量份的白油、PBS、聚-L-乳酸依次加入到高速混合機混合15分鐘,之后將混合物投入到雙螺桿擠出機熔融共混、擠出、拉條、風冷、切粒得到PBS全降解塑料粒子。經(jīng)過力學性能測試,由該顆粒制得的厚度為0.8mm的片材的拉伸強度為24MPa,拉伸模量為1300MPa,斷裂伸長率為30%,彎曲強度為30MPa,彎曲模量為1290MPa。
[0028]實施例3
[0029]將6重量份的分子量為22.5萬的聚-L-乳酸在70°C真空干燥箱中干燥4小時,62重量份的PBS在60°C真空干燥箱烘干3小時,將30重量份的熱塑性淀粉在110°C烘箱干燥4-5小時,接著將熱塑性淀粉、2重量份的白油、PBS、聚-L-乳酸依次加入到高速混合機混合15分鐘,然后加入到雙螺桿擠出機中熔融共混、擠出、拉條、風冷、切粒得到PBS全降解塑料粒子。通過力學性能測試,由該顆粒制得的厚度為0.8mm的片材的拉伸強度為26MPa,拉伸模量為1270MPa,斷裂伸長率為13.5%,彎曲強度為34MPa,彎曲模量為1240MPa。
[0030]實施例4
[0031]將5重量份的分子量為22.5萬的聚-L-乳酸在70°C真空干燥箱中干燥4小時,55重量份的PBS在60°C真空干燥箱烘干3小時,將38重量份的蒙脫土在110°C烘箱干燥4_5小時,接著將蒙脫土、0.5重量份的硬脂酸鋅、1.5重量份的白油、PBS、聚-L-乳酸依次加入到高速混合機混合15分鐘,之后將所得混合物投入到雙螺桿擠出機熔融共混、擠出、拉條、風冷、切粒得到PBS全降解塑料粒子。經(jīng)過力學性能測試,由該顆粒制得的厚度為0.8mm的片材的拉伸強度為22MPa,拉伸模量為1200MPa,斷裂伸長率為25%,彎曲強度為27MPa,彎曲模量為1230MPa。
[0032]實施例5 [0033]將5.7重量份的分子量為22.5萬的聚-L-乳酸在70°C真空干燥箱中干燥4小時,55重量份的PBS在60°C真空干燥箱烘干3小時,將38重量份的蒙脫土在110°C烘箱干燥
4-5小時,接著將蒙脫土、I重量份的硬脂酸鋅、0.3重量份的白油、PBS、聚-L-乳酸依次加入到高速混合機混合15分鐘,之后將所得混合物投入到雙螺桿擠出機熔融共混、擠出、拉條、風冷、切粒得到PBS全降解塑料粒子。經(jīng)過力學性能測試,由該顆粒制得的厚度為0.8mm的片材的拉伸強度為22MPa,拉伸模量為1200MPa,斷裂伸長率為25%,彎曲強度為27MPa,彎曲模量為1230MPa。
[0034]實施例6
[0035]按照實施例1的方法制備PBS全降解材料,與實施例1所不同的是,本實施例的混料過程中所有的原料一起加入到高速混合機。經(jīng)過力學性能測試,由該實施例中顆粒制得的厚度為0.8mm的片材的拉伸強度為22MPa,拉伸模量為llOOMPa,斷裂伸長率為10%,彎曲強度為30MPa,彎曲模量為1200MPa。
[0036]對比例I
[0037]本對比例與實施例1所不同的是,本對比例中沒有使用填料,其他原料的質(zhì)量比和實施例1中的質(zhì)量比相同,PLA為13.3質(zhì)量份,PBS為83.3質(zhì)量份,硅烷偶聯(lián)劑為0.5重量份以及白油為28.4重量份。經(jīng)過力學性能測試,由該對比例中的顆粒制得的厚度為
0.8mm的片材的拉伸強度為18MPa,拉伸模量為700MPa,斷裂伸長率為329%,彎曲強度為17MPa,彎曲模量為600MPa。
[0038]對比例2
[0039]本對比例與實施例1所不同的是,本對比例中沒有使用PLA,其他原料的質(zhì)量比和實施例1中的質(zhì)量比相同,1500目滑石粉為43.5質(zhì)量份,PBS為54.4質(zhì)量份,硅烷偶聯(lián)劑為0.3重量份以及白油為18重量份。經(jīng)過力學性能測試,由該對比例中的顆粒制得的厚度為0.8mm的片材的拉伸強度為27MPa,拉伸模量為1300MPa,斷裂伸長率為20%,彎曲強度為29MPa,彎曲模量為1300MPa。
[0040]對比例3
[0041]本對比例與實施例1所不同的是,本對比例中PLA和1500目滑石粉的總量為48重量份,但兩者的質(zhì)量比發(fā)生了改變,1500目滑石粉為47質(zhì)量份,PLA為I重量份。經(jīng)過力學性能測試,由該對比例中的顆粒制得的厚度為0.8mm的片材的拉伸強度為20MPa,拉伸模量為990MPa,斷裂伸長率為8%,彎曲強度為29MPa,彎曲模量為1150MPa。
[0042]對比例4
[0043]本對比例與實施例1所不同的是,本對比例中PLA和1500目滑石粉的總量為48重量份,但兩者的質(zhì)量比發(fā)生了改變,1500目滑石粉為20質(zhì)量份,PLA為28重量份。經(jīng)過力學性能測試,由該對比例中的顆粒制得的厚度為0.8mm的片材的拉伸強度為19MPa,拉伸模量為940MPa,斷裂伸長率為7%,彎曲強度為28MPa,彎曲模量為1050MPa。
[0044]通過對比例I和實施例1對比可知,實施例1中制得片材的拉伸拉伸強度、拉伸模量以及彎曲強度、彎曲模量均大于對比例I中制得的片材的拉伸強度、拉伸模量以及彎曲強度、彎曲模量,同時對比例I中制得片材的斷裂伸長率是實施例1中制得的片材的斷裂伸長率的幾十倍,這樣的片材的機械加工性能太低,從而說明填料是PBS全降解材料中必不可少的成分;通過對比例2和實施例1對比可知,實施例1中制得的片材的拉伸模量和彎曲模量均優(yōu)于對比例2中制得的片材,PLA是PBS全降解材料中必不可少的成分,否則制得的片材的 彎曲性能很差;通過對比例3-4和實施例1對比可知,實施例1中制得片材的拉伸性能和彎曲性能均優(yōu)于對比例3和對比例4中制得的片材,故當PLA和/或填料的在PBS全降解材料中的質(zhì)量比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的情況下,所制得的片材的拉伸性能和彎曲性能均不是十分理想。通過實施例6和實施例1對比可知,混合過程中的投料的順序為所述填料、所述偶聯(lián)劑、所述潤滑劑、所述PBS以及所述PLA時,制得的產(chǎn)品的物理性能明顯優(yōu)于所有原料一起加入高混機中制得的產(chǎn)品的物理性能,由實施例1-6可得知,本發(fā)明所得PBS全降解材料制成的產(chǎn)品的拉伸強度為22-30MPa,拉伸模量在1000MPa_1400MPa之間,斷裂生產(chǎn)率在10%-30%之間,彎曲強度在30-40MPa之間,彎曲模量在1200_1500MPa之間,符合吸塑產(chǎn)品的性能要求,為吸塑級全降解材料大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)提供了有力條件,并且可以大大減少白色污染。
[0045]以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式,但是,本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié),在本發(fā)明的技術構思范圍內(nèi),可以對本發(fā)明的技術方案進行多種簡單變型,這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0046]另外需要說明的是,在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特征,在不矛盾的情況下,可以通過任何合適的方式進行組合,為了避免不必要的重復,本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0047]此外,本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合,只要其不違背本發(fā)明的思想,其同樣應當視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
【權利要求】
1.一種PBS全降解材料,其特征在于,所述材料含有PBS、PLA、填料以及潤滑劑;以所述材料的總重量為基準,所述PBS的含量為50-65重量%,所述PLA的含量為4_8重量%,所述填料的含量為30-40重量%以及所述潤滑劑的含量為0.1-2重量%。
2.根據(jù)權利要求1所述材料,其中,所述材料還包括偶聯(lián)劑,以所述材料的總重量為基準,所述PBS的含量為50-65重量%,所述PLA的含量為4_8重量%,所述填料的含量為30-40重量%,所述偶聯(lián)劑的含量為0.1-1重量%以及所述潤滑劑的含量為0.1-2重量%。
3.根據(jù)權利要求1或2所述材料,其中,所述PBS的重均分子量為6萬-8萬,密度為1.24-1.28g/cm3,在 190°C下的熔融指數(shù)為 10_20g/10min ; 所述PLA的重均分子量為20萬-30萬,選自聚-L-乳酸、聚-D-乳酸和聚-DL-乳酸中的一種或多種; 所述偶聯(lián)劑選自硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、硬脂酸鋅和硬脂酸中的一種或多種; 所述潤滑劑為白油; 所述填料選自淀粉、碳酸鈣、滑石粉、蒙脫土和粘土中的一種或多種。
4.一種PBS全降解材料的制備方法,其特征在于,所述方法包括將PBS、PLA、填料以及潤滑劑進行混合均勻后送入擠出機中擠出造粒,各組分的用量使得以得到的材料的總重量為基準,所述PBS的含量為50-65重量%,所述PLA的含量為4_8重量%,所述填料的含量為30-40重量%以及所述潤滑劑的含量為0.1-2重量%。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法,其中,該方法還包括將PBS、PLA、填料以及潤滑劑與偶聯(lián)劑進行混合,各組分的用量使得以得到的材料的總重量為基準,所述PBS的含量為50-65重量%,所述PLA的含量為4-8重量%,所述填料的含量為30-40重量%,所述偶聯(lián)劑的含量為0.1-1重量%以及所述潤滑劑的含量為0.1-2重量%。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的方法,其中,所述PBS的重均分子量為6萬-8萬,密度為1.24-1.28g/cm3,在 190°C下的熔融指數(shù)為 10_20g/10min ; 所述PLA的重均分子量為20萬-30萬,選自聚-L-乳酸、聚-D-乳酸和聚-DL-乳酸中的一種或多種; 所述偶聯(lián)劑選自硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、硬脂酸鋅和硬脂酸中的一種或多種; 所述潤滑劑為白油; 所述填料選自淀粉、碳酸鈣、滑石粉、蒙脫土和粘土中的一種或多種。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法,其中,所述混合過程中的投料的先后順序為所述填料、所述偶聯(lián)劑、所述潤滑劑、所述PBS以及所述PLA。
8.根據(jù)權利要求4或5所述的方法,其中,所述方法還包括,在混合并造粒之前,對所述PBS、所述PLA和所述填料進行干燥,所述PBS在50-70°C下干燥2_3h,所述PLA在60_80°C下干燥3-5h,所述填料在100-120°C下干燥4-5h。
9.根據(jù)權利要求4所述的方法,其中,所述擠出在雙螺桿擠出機中進行,擠出溫度為120-180°C,螺桿轉速為300-700r/min,螺桿的長徑比為30:1-50:1。
10.根據(jù)權利要求1-3中任意一項所述的PBS全降解材料或者根據(jù)權利要求4-9中任意一項所述方法制備得到的所述PBS全降解材料應用于制備吸塑型全降解材料。
【文檔編號】C08K3/26GK103709688SQ201310736300
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權日:2013年12月26日
【發(fā)明者】王鳳洋, 馬騰, 韓路坤 申請人:安徽聚美生物科技有限公司