CN104151800A

CN104151800A - 一种全生物降解塑料色母粒及其制备方法

Info

Publication number: CN104151800A
Application number: CN201410409624.9A
Authority: CN
Inventors: 覃碧勋; 李卫
Original assignee: Puca Plastic Technology Co ltd
Current assignee: Puca Plastic Technology Co ltd
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2014-11-19

Abstract

本发明涉及塑料技术领域，特别是涉及一种全生物降解塑料色母粒及其制备方法。本发明包括按照重量百分比计算的颜料5％～30％、填料10％～50％、增塑剂1％～10％、偶联剂0.1％～1％、润滑剂0.2％～5％和载体20％～80％。本发明除了具有普通色母粒所具有的优异物化性能之外，还避免了全生物降解塑料抽粒着色的费时费力和对物性的影响；代替非降解塑料色母粒的使用，避免了全生物降解塑料中混入不可降解塑料成分。

Description

一种全生物降解塑料色母粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及塑料技术领域，特别是涉及一种全生物降解塑料色母粒及其制备方法。

背景技术

随着塑料工业的不断发展，塑料的需求量也随之大量增加。由于塑料不容易分解回收，其废弃物也成为有害垃圾污染着环境。因而越来越多的学者倡导开发和应用可降解的塑料。

生物降解塑料是指一类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌(真菌)和藻类的作用而引起降解的塑料。理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终被无机化而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。“纸”是一种典型的生物降解材料，而“合成塑料”则是典型的高分子材料。因此，生物降解塑料是兼有“纸”和“合成塑料”这两种材料性质的高分子材料。

生物降解塑料又可分为完全生物降解塑料和破坏性生物降解塑料两种。破坏性生物降解塑料当前主要包括淀粉改性(或填充)聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS等。完全生物降解塑料主要是由天然高分子(如淀粉、纤维素、甲壳质)或农副产品经微生物发酵或合成具有生物降解性的高分子制得，如热塑性淀粉塑料、脂肪族聚酯、聚乳酸、淀粉/聚乙烯醇等均属这类塑料。以淀粉等天然物质为基础的生物降解塑料目前主要包括以下几种产品：聚乳酸(PLA)、聚羟基烷酸酯(PHA)、淀粉塑料、生物工程塑料、生物通用塑料(聚烯烃和聚氯乙烯)。

生物降解塑料由于具有良好的降解性，主要用作食物软硬包装材料，这也是现阶段其最大的应用领域。

但是，目前还没有全生物降解塑料色母粒，一些用户通过抽粒染色，费时费力，且造成材料性能下降；还有一些用户干脆使用普通的非降解塑料的色母粒来着色，这带来了全生物降解塑料混入了非降解塑料成分，影响了降解率的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种全生物降解塑料色母粒，它在全生物降解塑料中使用，不仅起到着色作用，而且可完全生物降解。

本发明的目的之二是提供所述全生物降解塑料色母粒的制备方法。

本发明的目的之三是提供添加所述色母粒的塑料。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种全生物降解塑料色母粒，包括按照重量百分比计算的以下物质：

其中，所述载体为PLA、PBS、PBAT或PHB中的一种或几种组合物，皆属于全生物降解树脂。

聚乳酸(PLA)也称为聚丙交酯，属于聚酯家族。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生。聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。单个的乳酸分子中有一个羟基和一个羧基，多个乳酸分子在一起，-OH与别的分子的-COOH脱水缩合，-COOH与别的分子的-OH脱水缩合，就这样，它们手拉手形成了聚合物。

聚乳酸(H-[OCHCH₃CO]_n-OH)的热稳定性好，加工温度170～230℃，有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好.具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)由丁二酸和丁二醇经缩合聚合合成而得，树脂呈乳白色，无嗅无味，易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解、代谢，最终分解为二氧化碳和水，是典型的可完全生物降解聚合物材料。具有良好的生物相容性和生物可吸收性；密度1.26g/cm，熔点114℃，根据分子量的高低和分子量分布的不同，结晶度在30～45％之间。聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的性能介于聚乙烯和聚丙烯之间，可直接作为塑料加工使用。是具有良好可生物降解性能的聚合物，与聚乳酸、聚羟基烷酸酯、聚己内酯等可生物降解塑料相比，PBS价格相对较低，力学性能优异，耐热性能好，热变形温度接近100℃。

PBAT属于热塑性生物降解塑料，是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，兼具PBA和PBT的特性，既有较好的延展性和断裂伸长率，也有较好的耐热性和冲击性能；此外，还具有优良的生物降解性，是目前生物降解塑料研究中非常活跃和市场应用最好降解材料之一。PBAT是一种半结晶型聚合物，通常结晶温度在110℃附近，而熔点在130℃左右，密度在1.18g/ml～1.3g/ml之间。PBAT的结晶度大概在30％左右，且邵氏硬度在85以上。PBAT是脂肪族和芳香族的共聚物，综合了脂肪族聚酯的优异降解性能和芳香族聚酯的良好力学性能。

聚-β-羟丁酸(poly-β-hydroxybutyrate，PHB)是一种存在于许多细菌细胞质内属于类脂性质的碳源类贮藏物，不溶于水，而溶于氯仿，可用尼罗蓝或苏丹黑染色，具有贮藏能量，碳源和降低细胞内渗透压等作用。

本发明所述填料为淀粉或蛋白质粉。

本发明颜料为无毒环保颜料，属于环境友好材料；常用的有机颜料有：酞菁红、酞菁蓝、酞菁绿、耐晒大红、大分子红、大分子黄、永固紫等。常用的无机颜料有：钛白粉、炭黑、氧化铁红、氧化铁黄等

较佳地，所述增塑剂为乙二醇、甘油、尿素中的一种或几种组合物；增塑剂和润滑剂皆属于可完全生物降解材料。

较佳地，所述偶联剂为硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂；偶联剂用量很少，不影响体系的生物降解性。

较佳地，所述润滑剂为硬脂酸、油酸酰胺或芥酸酰胺；能促使颜料均匀分散并不再凝聚，分散剂的熔点应比树脂低，与树脂有良好的相容性，和颜料有较好的亲和力。

制备所述全生物降解塑料色母粒的方法，包括如下制备步骤：

步骤A.将所述量的颜料和填料投入反应器中，并于100℃～110℃下高速搅拌10～30分钟，以除去其中的水分；

步骤B.往反应器中加入所述增塑剂，高速混合5～15分钟，让填料软化和无序化；

步骤C.然后往反应器中加入偶联剂高速混合5～15分钟，让颜料和填料转变为疏水性；

步骤D.最后往反应器中加入润滑剂和载体，高速混合1～5分钟，出料后得混合料。

步骤E.将所述混合料通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出造粒，冷却、干燥制得所述全生物降解塑料色母粒。

较佳地，所述挤出机各温度区设置为第一区100℃±2，第二、三区150℃～160℃，其它各区为130℃～140℃之间。

一种所述全生物降解塑料，包含所述的全生物降解塑料色母粒。

为了达到一些特殊功能，本发明还可以相应的添加具有功能特性的添加剂，如阻燃、增亮、抗菌、抗静电、抗氧化等。

本发明包括颜料、填料、增塑剂、偶联剂润滑剂和载体，其中组成的原料皆属于生物可降解物质。其中高比例的颜料和热塑性树脂载体经良好分散制得用于塑料的着色剂，其所选用的树脂对着色剂具有良好润湿和分散作用，并且与被着色材料具有良好的相容性。使用色母粒着色的优势、在树脂中有良好的分散性。

本发明具有如下有点：

(1)、与可生物降解的塑料具有良好的匹配性，加热熔融后颜料颗粒能很好地分散于制品塑料中。

(2)、有利于保持颜料的化学稳定性

直接使用颜料与树脂的的话，由于在贮存和使用过程中颜料直接接触空气，颜料会发生吸水、氧化等现象，而做成色母后，由于树脂载体将颜料和空气、水分隔离，可以使颜料的品质长期不变。

(3)、保证制品颜色的稳定

色母颗粒与树脂颗粒相近，在计量上更方便准确，混合时不会粘附于容器上，与树脂的混合也较均匀，因此可以保证添加量的稳定，从而保证制品颜色的稳定。

(4)、保护操作人员的健康

颜料一般是粉状，添加和混合时容易飞扬，被人体吸入后将影响操作人员的健康。

(5)、保持环境的洁净

(6)、使用方便

着色剂载体分散剂，通过高速混炼机混炼后、破碎，挤出拉成粒，色母粒在塑料加工过程中，具有浓度高、分散性好、清洁等显著的优点。

总之，本发明除具有普通色母粒优异物化性能之外，还避免了全生物降解塑料抽粒着色的费时费力和对物性的影响；代替非降解塑料色母粒的使用，避免了全生物降解塑料中混入不可降解塑料成分。

具体的实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，以助于本领域技术人员理解本发明。

实施例1

一种全生物降解塑料色母粒，包括按照重量百分比计算的颜料30％、蛋白质粉10％、尿素10％、铝酸酯0.1％、芥酸酰胺4.9％和PHB45％。

制备方法：

步骤A.将所述量的颜料和蛋白质粉投入反应器中，并于100℃～110℃下高速搅拌10～30分钟，以除去其中的水分；

步骤B.往反应器中加入所述尿素，高速混合5～15分钟，让蛋白质粉软化和无序化；

步骤C.然后加入铝酸酯高速混合5～15分钟，让颜料和蛋白质粉转变为疏水性；

步骤D.最后加入芥酸酰胺和PHB，高速混合1～5分钟，出料后得混合料。

步骤E.将所述混合料通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出造粒，冷却、干燥制得所述全生物降解塑料色母粒。挤出机各温度区设置为第一区100℃±2，第二、三区150℃～160℃，其它各区为130℃～140℃之间。

实施例2

一种全生物降解塑料色母粒，包括按照重量百分比计算的颜料5％、淀粉50％、乙二醇1％、硅烷偶联剂1％、硬脂酸0.2％和PLA42.8％；

制备方法同具体实施例1。

实施例3

一种全生物降解塑料色母粒，包括按照重量百分比计算的颜料25％、蛋白质粉45％、甘油7％、铝酸酯0.5％、油酸酰胺2.5％和PBS20％；

制备方法同具体实施例1。

实施例4

一种全生物降解塑料色母粒，包括按照重量百分比计算的颜料5％、填料10％(其中，淀粉2％、蛋白质粉8％)、增塑剂3％(其中，乙二醇1.4％、甘油1.5％、尿素中0.1％)、偶联剂0.7％(其中，硅烷偶联剂0.1％、铝酸酯0.6％)、润滑剂1.3％(其中，硬脂酸0.3％、油酸酰胺0.5％或芥酸酰胺0.5％)、载体80％(其中，PBS20％、PBAT60％)。

制备方法同具体实施例1。

上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述的特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括在本发明权利要求范围之内。

对比例：将填料换为等量的滑石粉、碳酸钙或硫酸钡，润滑剂为等量的E蜡、EVA蜡活PP蜡，载体为PE、EVA或PP等。

将本发明与对比例进行生物分解实验，具体对比结果如下表：

由此可见，本发明的生物降解率远远大于现有技术的色母粒。

Claims

1.一种全生物降解塑料色母粒，其特征在于，包括按照重量百分比计算的以下物质：

其中，所述载体为PLA、PBS、PBAT或PHB中的一种或几种组合物，所述填料为淀粉或蛋白质粉。

2.根据权利要求1所述的全生物降解塑料色母粒，其特征在于，所述增塑剂为乙二醇、甘油、尿素中的一种或几种组合物。

3.根据权利要求1所述的全生物降解塑料色母粒，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂。

4.根据权利要求1所述的全生物降解塑料色母粒，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸、油酸酰胺或芥酸酰胺。

5.制备权利要求1-4中任意一项所述全生物降解塑料色母粒的方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

步骤A.将所述量的颜料和填料投入反应器中，并于100℃～110℃下高速搅拌10～30分钟；

步骤B.往反应器中加入所述增塑剂，高速混合5～15分钟；

步骤C.然后往反应器中加入偶联剂高速混合5～15分钟；

步骤D.最后往反应器中加入润滑剂和载体，高速混合1～5分钟，出料后得混合料；

步骤E.将所述混合料通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出造粒、冷却、干燥制得所述全生物降解塑料色母粒。

6.根据权利要求5所述的全生物降解塑料色母粒的制备方法，其特征在于，所述挤出机各温度区设置为第一区100℃±2，第二、三区150℃～160℃，其它各区为130℃～140℃之间。

7.一种所述全生物降解塑料，其特征在于，包含了权利要求1-6中任意一项所述的母粒。