本發(fā)明涉及塑料領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于聚乳酸樹(shù)脂的生物降解塑料。
背景技術(shù)：
聚乳酸樹(shù)脂(PLA)是一種可完全生物降解的新型綠色塑料，不但具有良好的生物相容性和生物可降解性，而且性能與聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)等通用塑料相近，可采用注塑、擠出、紡絲等工藝進(jìn)行加工，制成纖維、薄膜、片材、板材等，經(jīng)過(guò)熱成型、紡織等二次加工后的制品，可以廣泛地應(yīng)用于服裝、包裝、農(nóng)業(yè)、汽車、電子、生物醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域。
PLA是由生物質(zhì)(木薯、甜菜、甘蔗、秸稈纖維素等)經(jīng)微生物發(fā)酵而成的小分子乳酸聚合而成的高分子材料，與目前來(lái)源于石油化工的通用塑料相必，更加符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的理念，不僅生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染，而且可以從根本上解決石油資源枯竭和油價(jià)飛漲造成的化工原料成本上升的問(wèn)題。經(jīng)特殊處理的PLA在使用過(guò)程中能保持其性能而不降解，使用后可置于堆肥條件下快速將降解成為二氧化碳和水，不污染環(huán)境，從而解決目前“垃圾圍城”和“白色污染”的問(wèn)題。
在石油資源日益短缺、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的21世紀(jì)，聚乳酸樹(shù)脂原料“可種植、易種植”的特性正好滿足人們追求自然、綠色、環(huán)保的要求。
聚乳酸樹(shù)脂(PLA)是一種熱塑性脂肪族聚酯，玻璃化溫度和熔點(diǎn)分別為60℃和175℃，在室溫下是一種處于玻璃態(tài)的硬質(zhì)高分子，其熱性能與聚苯乙烯相似。
與其他通用塑料相比，聚乳酸樹(shù)脂具有很高的拉伸強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度，但是其耐熱性能差，斷裂伸長(zhǎng)率較低，同時(shí)抗沖擊性能也不能令人滿意，因此，若想使其得到更進(jìn)一步的應(yīng)用，必須對(duì)這些性能進(jìn)行改善。
無(wú)可爭(zhēng)議的是在眾多需要改善的PLA樹(shù)脂的性能當(dāng)中，韌性/抗沖擊是最迫切的，因?yàn)槠湎拗屏薖LA樹(shù)脂很多潛在應(yīng)用。
美國(guó)專利US5,883,199揭示了可生物降解的聚乳酸基共聚物的組成，一個(gè)是聚乳酸及其共聚物另外一個(gè)是脂肪酸聚酯及其共聚物，C2～C20脂肪酸二酸形成的聚酯或者共聚酯。
美國(guó)專利US9,193,818揭示了一種采用開(kāi)環(huán)聚合的方式將乳酸官能團(tuán)化的橡膠增塑聚合物單體(比如說(shuō)聚甲基丙烯酸丁酯)直接接枝到PLA的主鏈或者形成梳妝(bottlebrush)共聚物來(lái)增韌PLA樹(shù)脂。
美國(guó)專利US9,328,239揭示了一種PHA(聚羥基脂肪酸酯)與PLA的共混來(lái)增韌PLA樹(shù)脂，PHA樹(shù)脂為多相共聚物，其中一相為玻璃化溫度在20℃以下，含量占整個(gè)PHA樹(shù)脂的5～45％之間。
文獻(xiàn)(Journal of Materials Chemistry A2013,1,13379-13398)中報(bào)道了一些通過(guò)添加增塑劑來(lái)增韌，低分子量的檸檬酸酯，部分脂肪酸酯均是PLA樹(shù)脂常用的增塑劑，通過(guò)添加適量的增塑劑，可以提高PLA的韌性，聚乳酸樹(shù)脂材料表現(xiàn)出抗沖擊性能改善，斷裂伸長(zhǎng)率增加和彈性增加但材料的玻璃化溫度和拉伸強(qiáng)度會(huì)顯著下降，此外添加量超過(guò)20wt％時(shí),在老化和使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)析出。
因此如何在增加PLA的韌性(斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度)的同時(shí)而又不顯著降低PLA樹(shù)脂原有的拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能，是本領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于提出一種基于聚乳酸樹(shù)脂(PLA)的生物降解塑料，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的在提高PLA樹(shù)脂韌性的同時(shí)不顯著降低PLA樹(shù)脂原有的拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能的技術(shù)問(wèn)題。
為此，本發(fā)明提出一種基于聚乳酸樹(shù)脂的生物降解塑料，包括聚乳酸樹(shù)脂、增塑劑和硫化植物油，所述硫化植物油是指碘值大于80g/100g的植物油，所述增塑劑是生物基增塑劑。
優(yōu)選地，其重量份含量為聚乳酸樹(shù)脂100份，生物基增塑劑5～100份，硫化植物油5～50份。
優(yōu)選地，其重量份含量為聚乳酸樹(shù)脂100份，生物基增塑劑20～80份，硫化植物油5～50份。
優(yōu)選地，其重量份含量為聚乳酸樹(shù)脂100份，生物基增塑劑20～50份，硫化植物油10～25份。
優(yōu)選地，所述聚乳酸樹(shù)脂包括聚乳酸及其共聚物。
優(yōu)選地，所述聚乳酸樹(shù)脂為聚D-乳酸(PDLA)、聚L-乳酸(PLLA)、聚D,L-乳酸(PDLLA)中的一種或多種。
優(yōu)選地，所述生物基增塑劑是指以生物基資源為原料制備的酯類增塑劑，為環(huán)氧化植物油類的增塑劑、檸檬酸酯類增塑劑、脂肪酸酯類增塑劑中的一種或多種。
優(yōu)選地，所述環(huán)氧化植物油類的增塑劑為環(huán)氧大豆油ESBO、環(huán)氧脂肪酸甲酯EFME、環(huán)氧亞麻籽油中的一種或多種；
所述檸檬酸酯類增塑劑為檸檬酸三丁酯、乙酰檸檬酸三丁酯ATBC中的一種或多種；
所述脂肪酸酯類增塑劑為丁二酸二辛酯DOSX、蓖麻油脂肪酸酯類及衍生物C-101、C-401、GR-301、S-4、S-8、S-10中的一種或多種。
優(yōu)選地，所述硫化植物油包括以植物油通過(guò)硫化工藝制備的硫化植物油，所述植物油為蓖麻油、亞麻籽油、大豆油中的一種或多種。
優(yōu)選地，將所述聚乳酸樹(shù)脂、生物基增塑劑、硫化植物油混合均勻后通過(guò)雙螺桿擠出造粒生產(chǎn)線制造出改性PLA塑料。
優(yōu)選地，所述生物降解塑料還包括顏料/色母、抗氧劑、穩(wěn)定劑、無(wú)機(jī)填料、抗粘連劑中的一種或多種。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果：
1.通過(guò)將硫化植物油與聚乳酸樹(shù)脂、生物基增塑劑組合，在保證拉伸強(qiáng)度下降不大的同時(shí)，大幅度提升材料的韌性(斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度)，解決了傳統(tǒng)小分子量增塑劑增韌PLA樹(shù)脂過(guò)程中，拉伸強(qiáng)度下降嚴(yán)重的問(wèn)題，另一方面降低了增塑劑在老化和使用過(guò)程中發(fā)生析出的風(fēng)險(xiǎn)；
2.所述硫化植物油與聚乳酸樹(shù)脂、生物基增塑劑均為生物基材料，保持了PLA樹(shù)脂的生物降解特性，制備出的改性材料仍為100％可生物降解的塑料，解決了塑料產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
本實(shí)施例中只用一種抗氧劑進(jìn)行說(shuō)明，但所有的抗氧劑都適用于本發(fā)明。
實(shí)施例1
本發(fā)明提出一種基于聚乳酸樹(shù)脂的生物降解塑料，以重量份為單位，包括以下原料：聚乳酸樹(shù)脂(PLA)純樹(shù)脂100份，增塑劑20份，硫化植物油10份，抗氧劑2份，所述聚乳酸樹(shù)脂為REVODE190，增塑劑為ATBC，硫化植物油為NITREX，抗氧劑為1010抗氧劑，將所述原料混合均勻后通過(guò)雙螺桿擠出造粒生產(chǎn)線制造出改性PLA塑料。
實(shí)施例2
本發(fā)明提出一種基于聚乳酸樹(shù)脂的生物降解塑料，以重量份為單位，包括以下原料：聚乳酸樹(shù)脂(PLA)純樹(shù)脂100份，增塑劑50份，硫化植物油25份，抗氧劑2份，所述聚乳酸樹(shù)脂(PLA)為REVODE190，增塑劑為DOSX，硫化植物油為NITREX，抗氧劑為1010抗氧劑，將所述原料混合均勻后通過(guò)雙螺桿擠出造粒生產(chǎn)線制造出改性PLA塑料。
實(shí)施例3
本發(fā)明提出一種基于聚乳酸樹(shù)脂的生物降解塑料，以重量份為單位，包括以下原料：聚乳酸樹(shù)脂(PLA)純樹(shù)脂100份，增塑劑40份，硫化植物油15份，抗氧劑2份，所述聚乳酸樹(shù)脂(PLA)為REVODE190，增塑劑為ESBO，硫化植物油為NITREX，抗氧劑為1010抗氧劑，將所述原料混合均勻后通過(guò)雙螺桿擠出造粒生產(chǎn)線制造出改性聚乳酸樹(shù)脂塑料。
實(shí)施例4
本發(fā)明提出一種基于聚乳酸樹(shù)脂的生物降解塑料，以重量份為單位，包括以下原料：聚乳酸樹(shù)脂(PLA)純樹(shù)脂100份，增塑劑40份，硫化植物油20份，抗氧劑2份，所述聚乳酸樹(shù)脂(PLA)樹(shù)脂為REVODE190，增塑劑為S-8，硫化植物油為NITREX，抗氧劑為1010抗氧劑，將所述原料混合均勻后通過(guò)雙螺桿擠出造粒生產(chǎn)線制造出改性PLA塑料。
實(shí)施例5
本發(fā)明提出一種基于聚乳酸樹(shù)脂的生物降解塑料，以重量份為單位，包括以下原料：聚乳酸樹(shù)脂(PLA)純樹(shù)脂100份，增塑劑30份，硫化植物油10份，抗氧劑2份，所述聚乳酸樹(shù)脂(PLA)為REVODE190，增塑劑為EFME，硫化植物油為AkrofaxTMB，抗氧劑為1010抗氧劑，將所述原料混合均勻后通過(guò)雙螺桿擠出造粒生產(chǎn)線制造出改性PLA塑料。
實(shí)施例6
本發(fā)明提出一種基于聚乳酸樹(shù)脂的生物降解塑料，以重量份為單位，包括以下原料：聚乳酸樹(shù)脂(PLA)純樹(shù)脂100份，增塑劑30份，硫化植物油15份，抗氧劑2份，所述聚乳酸樹(shù)脂(PLA)為REVODE190，增塑劑為7190，硫化植物油為AkrofaxTMB，抗氧劑為1010抗氧劑，將所述原料混合均勻后通過(guò)雙螺桿擠出造粒生產(chǎn)線制造出改性PLA塑料。
實(shí)施例7
本發(fā)明提出一種基于聚乳酸樹(shù)脂的生物降解塑料，以重量份為單位，包括以下原料：聚乳酸(PLA)純樹(shù)脂100份，增塑劑60份，硫化植物油25份，抗氧劑3份，所述聚乳酸樹(shù)脂(PLA)為REVODE190，增塑劑為S-4，硫化植物油為AkrofaxTMB，抗氧劑為1010抗氧劑，將所述原料混合均勻后通過(guò)雙螺桿擠出造粒生產(chǎn)線制造出改性PLA塑料。
作為對(duì)比，將上述實(shí)施例的生物降解塑料分別與比較例1、比較例2的塑料性能進(jìn)行比較，所述比較例1塑料只包括PLA純樹(shù)脂(REVODE190)，所述比較例2塑料，以重量百分比單位包括PLA純樹(shù)脂(REVODE190)100份、增塑劑ATBC 20份、抗氧劑1010 2份混合均勻后通過(guò)雙螺桿擠出造粒生產(chǎn)線制造出的PLA塑料。
下表1為比較結(jié)果：
表1
由此可以看出，將硫化植物油與聚乳酸樹(shù)脂、生物基增塑劑混合后得到的改性聚乳酸樹(shù)脂塑料，拉伸強(qiáng)度全部略低于比較例1；斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度全部高于比較例2；在拉伸強(qiáng)度沒(méi)有顯著下降的同時(shí)，大幅度提升材料的韌性(斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度)，力學(xué)性能得到了很大改善。
從比較例1的數(shù)據(jù)可以看出，聚乳酸樹(shù)脂最大的問(wèn)題是其脆性(低的斷裂伸長(zhǎng)率和低的沖擊強(qiáng)度；從比較例2的數(shù)據(jù)可以看出，添加增塑劑后斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度可以顯著提高，但是缺點(diǎn)是其拉伸強(qiáng)度顯著下降，實(shí)施本專利方案后的改性聚乳酸材料在于大幅度提升材料的韌性(斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度)的同時(shí)，拉伸強(qiáng)度沒(méi)有顯著下降，從而獲得一個(gè)相對(duì)優(yōu)異的綜合性能。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，對(duì)以上描述做出眾多變通是可能的，所以實(shí)施例僅是用來(lái)描述一個(gè)或多個(gè)特定實(shí)施方式。
盡管已經(jīng)描述和敘述了被看作本發(fā)明的示范實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)明白，可以對(duì)其作出各種改變和替換，而不會(huì)脫離本發(fā)明的精神。另外，可以做出許多修改以將特定情況適配到本發(fā)明的教義，而不會(huì)脫離在此描述的本發(fā)明中心概念。所以，本發(fā)明不受限于在此披露的特定實(shí)施例，但本發(fā)明可能還包括屬于本發(fā)明范圍的所有實(shí)施例及其等同物。