一种用于注塑产品的耐热完全生物降解复合材料及其配方和制备方法

摘要

本发明涉及一种用于注塑产品的耐热完全生物降解复合材料及其配方和制备方法。本发明的目的在于提供一种用于注塑产品的耐热完全生物降解复合材料及其配方和制备方法，该耐热完全生物降解复合材料具有以下物理性能：维卡温度为120-160℃；拉伸强度为60-110MPa；断裂伸长率为5-20％；邵氏D表面硬度为80-90；质量熔体流动速率为5-15g/10min；该材料的配方包括完全生物降解树脂、填料、偶联剂、协同剂、成核剂份、分散剂；该材料的配方的制备方法包括物料混合和螺旋挤压出料；本发明的优点在于：制备材料工艺简单且该材料能够完全生物降解。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于注塑产品的耐热完全生物降解复合材料及其配方和制 备方法。

背景技术

完全生物降解复合材料是一种采用完全生物降解树脂(聚乳酸(PLA)、聚 丁二酸丁二醇(PBS)、聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇- 共-对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)等)一种或者多种与植物纤维或者无机填料(碳 酸钙、滑石粉、云母粉、蒙脱土、硫酸钙晶须、玻璃纤维等)一种或者两种以 上混合之后通过双螺杆挤出机挤出造粒而得到。可用于一次性餐具(刀、叉、 勺)、电子产品外壳、电子产品底座、电子产品底托等中高端产品领域。

然而，目前市面上有的完全生物降解复合材料大部分是不耐热的，少部分 耐热产品，基本是采用模内热流道结晶或者烤箱对产品进行后处理而得到。

CN 102268144 A报道了聚乳酸-淀粉耐热复合材料的制备方法，其热变形温 度能达到90-120℃，拉伸强度20-35MPa，但是，其配方组合采用了相容剂进行 增容，成核剂进行快速结晶,从热力学原理上，PLA与淀粉是不相容体系。因此 所制备的材料，相对成本较大，工艺复杂，并且耐热性能、材料力学性能还不 够优越。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于注塑产品的耐热完全生物降解复合材料及 其配方和制备方法。

本发明的目的是这样实现的：所述用于注塑产品的耐热完全生物降解复合 材料，具有以下物理性能：白色或者淡黄色；维卡温度为：120-160℃；拉伸强 度为：60-110MPa；断裂伸长率为：5-20％；邵氏D表面硬度为：80-90；在温 度190℃，砝码2.16kg下，质量熔体流动速率为5-15g/10min。

用于注塑产品的耐热完全生物降解复合材料的配方如下：以重量比计算， 完全生物降解树脂50份-75份、填料15份-35份、偶联剂1份-5份、协同剂1 份-3份、成核剂份1-3份、分散剂1份-5份。

其中，所述的完全生物降解树脂为聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇、聚对 苯二甲酸-己二酸丁二酯、聚丁二酸丁二醇-共-对苯二甲酸丁二醇酯、聚丁二酸 -己二酸-丁二醇酯、聚己内酯、聚碳酸亚丙酯、聚羟基烷酸系列(例如聚羟基 丁酸酯、聚羟基丁酸-戊酸酯、聚羟基丁酸-己酸酯、聚3,4-羟基丁酸酯(P3,4HB)) 中的一种或两种以上的混合物。

所述的填料为重质碳酸钙、轻质碳酸钙、滑石粉、云母粉、蒙脱土、高岭 土、硫酸钡、硫酸钙晶须、玻璃纤维、植物纤维、金属氧化物(如氧化镁、氧 化钙、三氧化铝、二氧化硅等)、金属氢氧化物(如氢氧化铝、氢氧化镁等)中 的一种或两种以上的混合物。

所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种。

所述的协同剂为芥酸、油酸、硬脂酸中的一种或两种以上的混合物。

所述的成核剂为取代方剂磷酸金属盐结构(如取代方剂磷酸锂盐、取代方 剂磷酸铝盐等)、磷化合物金属盐结构(如三价磷或磷氢键的亚磷酸化合物金属 盐、次亚磷酸化合物金属盐和次磷酸化合物金属物中的一种或多种混合)、多酰 胺类结构(如山西化工研究院TMC-328、TMC-300)、多酰肼亚胺类化合物(如杭 州曦茂TMP-3000)、芳酰胺类化合物(如杭州曦茂TMB-5000)中的一种或两种 以上的混合物。

所述分散剂为硬脂酸盐(如硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸镁等)、 有机羧酸酰胺类(如芥酸酰胺、油酸酰胺、N,N-双硬脂酸酰胺)、蜡类(如石蜡、 聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡)等中的一种或两种以上的混合物。

所述的耐热完全生物降解复合材料的制备方法：它包括以下步骤，

(1)物料混合：先将填料加入到高速混合机中，在80-120℃条件下脱水 10-25min,然后加入偶联剂，搅拌2-5min,再加入协同剂，搅拌2-5min,最后加 入分散剂、成核剂和完全生物降解树脂，搅拌3-5min,混合均匀后放出，整个过 程的转速控制在800-1400rpm范围内；

(2)螺旋挤压出料：将步骤(1)中混合好的物料加入到双螺杆挤出机中 挤出造粒，双螺杆挤出机挤出造粒工艺参数如下：

一区温度控制在120-140℃范围内；二区温度控制在135-155℃范围内；三 区温度控制在145-165℃范围内；四区温度控制在150-170℃范围内；五区温度 控制在150-170℃范围内；六区温度控制在150-170℃范围内；七区温度控制在 150-170℃范围内；八区温度控制在150-170℃范围内；九区温度控制在 150-170℃范围内；十区温度控制在150-170℃范围内；十一区温度控制在 150-170℃范围内；十二区温度控制在145-165℃范围内；十三区温度控制在 140-160℃范围内；主机转速控制在180-250rpm范围内，喂料速度控制在 25-50rpm范围内。

较之现有技术而言，本发明的优点在于：本发明制备材料工艺简单，并且 所得的材料可直接用于普通设备加工，并且能够直接得到耐热产品，而不需要 对设备增加热流道或者对产品进行后处理；该材料能够完全生物降解。

具体实施方式

本发明制备的材料具有以下特点：

(1)白色或者淡黄色；

(2)维卡温度为：120-160℃；

(3)拉伸强度为：60-110Mpa；

(4)断裂伸长率为：5-20％；

(5)邵氏D表面硬度为：80-90

成型加工综合性能优良，质量熔体流动速率为5-15g/10min(190℃，砝码 2.16kg)。

以下结合实例对本发明作进一步描述。

一般来说，在将物料混合的时候，可以先启动高速混合机，将油温设定温 度为120℃，料温设定为120℃。上述设定系常规设定，具体尤文和料温还可以 进行适当调整。

实施例一：

(1)物料混合：按重量计算，先将35份填料加入到高速混合机中，在温 度80℃、下脱水25min，其中填料为重质碳酸钙和滑石粉的混合物，且重质碳 酸钙和滑石粉的份数分别为20份、15份,然后加入5份硅烷偶联剂，搅拌2min, 接着加入3份协同剂，搅拌2min，其中协同剂为芥酸和油酸的混合物，且芥酸 和油酸的份数分别为1份、2份,最后加入1份石蜡、1份杭州曦茂TMB-5000以 及50份完全生物降解树脂，搅拌5min后，放料，其中完全生物降解树脂为聚 丁二酸丁二醇-共-对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)和聚丁二酸丁二醇(PBS)的混 合物，且PBST、PBS的份数分别为20份、30份，整个过程的转速控制为800rpm；

(2)螺旋挤压出料：将步骤(1)中混合好的物料加入到双螺杆挤出机中 挤出造粒，双螺杆挤出机挤出造粒工艺参数如下表：

实施例二:

(1)物料混合：按重量比计算，先将20份填料加入高速混合机，在温度 100℃下脱水15min，其中填料为滑石粉、硫酸钙晶须的混合物，且滑石粉、硫 酸钙晶须的份数分别为10份、10份,然后加入3份钛酸酯偶联剂，搅拌3min, 再加入2份协同剂搅拌3min，其中协同剂为芥酸和硬脂酸的混合物，且芥酸和 硬脂酸的份数分别为1份、1份,最后加入3份分散剂、2份成核剂以及70份完 全生物降解树脂，搅拌4min后，放料，其中分散剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、石 蜡的混合物，且硬脂酸钙、硬脂酸锌、石蜡的份数分别为1份、1份、1份，成 核剂为TMC-300、山西化工研究院TMC-328的混合物，且TMC-300、山西化工研 究院TMC-328的份数分别为1份、1份，完全生物降解树脂为聚乳酸(PLA)、聚 丁二酸丁二醇(PBS)、聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT)的混合物，且PLA、 PBS、PBAT的份数分别为30份、30份、10份，整个过程的转速控制在1000rpm 下；

(2)螺旋挤压出料：将步骤(1)中混合好的物料加入到双螺杆挤出机中 挤出造粒，双螺杆挤出机挤出造粒工艺参数如下表：

实施例三：

(1)物料混合：按重量比计算，先将15份填料放入高速混合机，在温度 120℃下脱水10min，其中填料为蒙脱土、玻璃纤维的混合物，且蒙脱土、玻璃 纤维的份数分别为10份、5份，然后加入1份铝酸酯偶联剂，搅拌5min,加入1 份油酸，搅拌5min,最后加入5份分散剂、3份成核剂以及75份完全生物降解 树脂，搅拌3min后，放料，其中分散剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、石蜡、芥酸酰 胺、N,N-双硬脂酸酰胺的混合物，且硬脂酸钙、硬脂酸锌、石蜡、芥酸酰胺、 N,N-双硬脂酸酰胺的份数分别为1份、1份、1份、1份、1份，成核剂为杭州 曦茂TMP-3000、TMC-300、次亚磷酸化合物金属盐的混合物，且杭州曦茂 TMP-3000、TMC-300、次亚磷酸化合物金属盐的份数分别为1份、1份、1份， 完全生物降解树脂为聚丁二酸丁二醇(PBS)、聚羟基丁酸酯(PHB)、聚乳酸(PLA) 的混合物，其中聚丁二酸丁二醇(PBS)、聚羟基丁酸酯(PHB)、聚乳酸(PLA) 的份数分别为45份、20份、10份，整个过程的转速控制在1400rpm下；

(2)螺旋挤压出料：将步骤(1)中混合好的物料加入到双螺杆挤出机中 挤出造粒，双螺杆挤出机挤出造粒工艺参数如下表：

实施例4：

(1)物料混合：按重量比计算，先将30份填料放入高速混合机，在温度 120℃下脱水10min，其中填料为重质碳酸钙和滑石粉的混合物，且重质碳酸钙、 滑石粉的份数分别为20份、10份，然后加入5份硅烷偶联剂，搅拌5min,加入 3份协同剂，其中所述的协同剂为芥酸和油酸且芥酸和油酸分为占1份和两份， 搅拌5min,最后加入1份分散剂、1份成核剂以及60份完全生物降解树脂，搅 拌3min后，放料，其中分散剂为石蜡，成核剂为杭州曦茂TMB-5000，完全生物 降解树脂为聚丁二酸丁二醇-共-对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)、聚丁二酸丁二醇 (PBS)，且聚丁二酸丁二醇-共-对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)和聚丁二酸丁二 醇(PBS)的份数分别为30份、30份，整个过程的转速控制在800rpm下；

(2)螺旋挤压出料：将步骤(1)中混合好的物料加入到双螺杆挤出机中 挤出造粒，双螺杆挤出机挤出造粒工艺参数如下表：

实施例5：

(1)物料混合：按重量比计算，先将20份填料放入高速混合机，在温度 100℃下脱水15min，其中填料为滑石粉和硫酸钙晶须的混合物，且滑石粉、硫 酸钙晶须的份数分别为10份、10份，然后加入3份钛酸酯联剂，搅拌3min,加 入2份协同剂，其中所述的协同剂为芥酸和硬脂酸且芥酸和硬脂酸分为占1份 和1份，搅拌3min,最后加入3份分散剂、2份成核剂以及70份完全生物降解 树脂，搅拌3min后，放料，其中分散剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、石蜡且硬脂酸 钙、硬脂酸锌、石蜡分别为1份、1份、1份，成核剂为杭州曦茂TMC-300和杭 州曦茂TMC-328且杭州曦茂TMC-300和杭州曦茂TMC-328的份数为1份、1份， 完全生物降解树脂为聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇(PBS)、聚对苯二甲酸-己 二酸丁二酯(PBAT)，且聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇(PBS)、聚对苯二甲酸 -己二酸丁二酯(PBAT)的份数分别为30份、30份、10份，整个过程的转速控 制在1000rpm下；

(2)螺旋挤压出料：将步骤(1)中混合好的物料加入到双螺杆挤出机中挤出 造粒，双螺杆挤出机挤出造粒工艺参数如下表：

实施例6：

(1)物料混合：按重量比计算，先将15份填料放入高速混合机，在温度 110℃下脱水10min，其中填料为蒙脱土和玻璃纤维的混合物，且蒙脱土和玻璃 纤维的份数分别为10份、5份，然后加入1份铝酸酯联剂，搅拌4min,加入1 份油酸，搅拌4min,最后加入5份分散剂、3份成核剂以及75份完全生物降解 树脂，搅拌3min后，放料，其中分散剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、石蜡、芥酸酰 胺、N,N-双硬脂酸酰胺且硬脂酸钙、硬脂酸锌、石蜡、芥酸酰胺、N,N-双硬脂 酸酰胺分别各为1份，成核剂为杭州曦茂TMC-TMP-3000、杭州曦茂TMC-300和 次亚磷酸化合物金属盐且杭州曦茂TMC-TMP-3000、杭州曦茂TMC-300和次亚磷 酸化合物金属盐的份数各为1份，完全生物降解树脂为聚丁二酸丁二醇(PBS)、 聚羟基丁酸酯(PHB)、聚乳酸(PLA)且聚丁二酸丁二醇(PBS)、聚羟基丁酸酯 (PHB)、聚乳酸(PLA)分别为45份、20份、10份；整个过程的转速控制在1400rpm 下。

(2)螺旋挤压出料：将步骤(1)中混合好的物料加入到双螺杆挤出机中挤出 造粒，双螺杆挤出机挤出造粒工艺参数如下表：

以上6个实施例制得的用于注塑产品的耐热完全生物降解复合材料，具有 如下物理性能:

本发明制备方法，经过双螺杆挤出机造粒得到,所以本发明所使用的原材料简 单，制作工艺也方便。