含聚乳酸/聚碳酸酯(PC)合金生物降解材料及其制备方法

含聚乳酸/聚碳酸酯(PC)合金生物降解材料及其制备方法

技术领域

本发明是提高或解决非生物降解聚合物材料生物降解性能的技术问题。 涉及到通过一种生物降解材料聚乳酸和一种非生物降解材料聚碳酸酯进行共混 而制备聚乳酸/聚碳酸酯共混合金生物降解材料的方法。

背景技术

高分子材料的应用范围和用量在飞速增加，但是绝大多数高分子材料废 弃以后在大自然的降解速度非常缓慢，严重污染环境。近年来,由于废弃塑料难 以降解带来的白污染日趋严重,引起了全世界的广泛关注,并采取了一些保护 和限制措施，比如世界各国陆续出台了限制或禁止使用非降解塑料包装物的相关 法规。所以，研发可降解高分子材料成为目前迫切需要解决的技术问题。

目前，可降解高分子材料的种类和用量不多，而聚乳酸是其中一种综合性能 较好的可生物降解高分子材料。通过与聚乳酸共混或共聚制备可生物降解高分子 材料合金是制备生物降解高分子材料的一种有效方法，也取得了一些成果和进 展。但目前还有很大的局限性。比如能与聚乳酸共混制备完全生物降解高分子合 金材料的另一种高分子材料组分本身也必须具有生物降解性能。所以聚乳酸生物 降解共混合金材料其应用范围受到极大的限制。而采用其他高分子材料单体与聚 乳酸单体进行共聚的方法来制备生物降解聚乳酸合金材料的方法，其成本较高， 且能够与聚乳酸共聚的其他高分子单体种类也受到很大的限制。

本发明针对目前生物降解聚乳酸合金材料制备受到的限制，采用一种完全不 同的思路和方法，以非生物降解的聚碳酸酯材料与生物降解材料聚乳酸进行共 混。通过添加相容剂，采用熔融共混工艺，制备聚乳酸与聚碳酸酯相容性极好的 共混合金。通过提高聚乳酸与聚碳酸酯的相容性，来解决非生物降解高分子材料 聚碳酸酯成为生物降解高分子材料的难题。

发明内容：

针对本发明采用的基本思想和方法，本发明的目的是选用相容剂和采用 熔融共混工艺来制备共混合金。提供一种含聚碳酸酯和聚乳酸的生物降解材料及 其制备方法，解决不可降解塑料的生物降解难题，从而解决塑料对环境造成的白 污染,本发明适用薄膜、片材，管材等所有类型的该类合金高分子材料。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种含聚碳酸酯和聚乳 酸的生物降解材料，由下列原材料按比例混合而成，所述比例为重量比：

聚碳酸酯为40％～60％、聚乳酸30％～50％、相容剂为10％～ 15％。

最佳技术方案，由下列比例混合制成：

聚碳酸酯为45％，聚乳酸42％，相容剂为13％。

技术方案中所述的聚碳酸酯数均相对分子量-Mn为23000g/mol。

技术方案中所述的聚乳酸为重均分子量为8万至15万的左旋聚乳酸组成。

技术方案中所述的相容剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯 (E-MA-GMA)，乙烯-丙烯酸丁酯(E-BA)，苯乙烯-丙烯腈共聚物接枝马来 酸酐，苯乙烯－马来酸酐无规聚物(SMA)，聚乳酸接枝马来酸酐(LAM)，钛 酸正丁酯(TBT，酯交换催化剂)中的一种或任意按适当重量比例混合的混合物。

制备方法包括以下步骤：

(1)预先对聚碳酸酯和聚乳酸原料进行烘干处理1-2小时，烘干温度80～100℃， 封闭待用；

(2)将聚碳酸酯、相容剂、聚乳酸在高速混合机中共混均匀；混合温度在 80～100℃。

(3)将步骤2中的混合物在双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒的温度在190-220℃ 之间；

(4)将步骤3得到的混合物料再次烘干。烘干温度100～110℃。

(5)将步骤4中的烘干混合物在双螺杆挤出机中再次挤出造粒，造粒的温度在 190-220℃之间；

(6)将再次挤出造粒得到的颗粒烘干后注塑，制成合金片材或其他制品。注塑 前烘干温度在100～110℃之间。

从上述技术方案实施中采用的技术与现有技术相比具有下列优点：

(1)采用的是一种全新的思路和技术，通过增加聚乳酸与其他非生物降 解聚合物的相容性，利用聚乳酸的相容性和生物降解性能来拆散和降低其他非降 解高分子材料的分子间结合力，从而提高和实现非生物降解高分子组分的生物降 解性能。这种技术不仅适用于聚碳酸酯材料，可以预计也是解决其他热塑性高分 子材料的生物降解难题的一种有效的方法。

(2)主要原材料为生物降解的聚乳酸和非生物降解的聚碳酸酯。因为聚 碳酸酯的韧性好，与聚乳酸共混，能解决聚乳酸材料的韧性差的缺点。

(3)使用过的制品能在自然条件下分解为水和二氧化碳，生物降解速度 快，而不会产生白污染，符合环保的要求；

(4)生产过程可以机械化，自动化，规模化，产业化，成本较一般共混 法和共聚法低廉，其适用性大大提高，其市场前景广阔，需求巨大。

具体实施方式

实施例1

按照重量比例称取聚碳酸酯为40％、聚乳酸50％、乙烯-丙烯酸甲酯-甲 基丙烯酸缩水甘油酯(E-MA-GMA)10％的混合料10公斤。将聚乳酸和聚碳酸酯 先进行烘干处理1.5小时，然后将聚碳酸酯、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水 甘油酯(E-MA-GMA)、聚乳酸在转速为800转/分钟的高速混合机中共混均匀， 将混合物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为190～220℃。将挤出 物料烘干。再次加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度任为190～220℃。 将再次挤出得到的物料烘干后加入到注塑机中注塑出片材。然后进行自然降解实 验。自然降解实验按照国标GB/T20197-2006的规定来进行。测试结果为：生物分 解率为68％，超过国标规定的≥60％。

实施例2

按照重量比例称取聚碳酸酯为45％、聚乳酸42％、乙烯-丙烯酸甲酯-甲 基丙烯酸缩水甘油酯(E-MA-GMA)5％和乙烯-丙烯酸丁酯(E-BA)8％的混合 料10公斤。将聚乳酸和聚碳酸酯先进行烘干处理1.5小时，然后将聚碳酸酯、乙 烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯(E-MA-GMA)、聚乳酸在转速为800转 /分钟的高速混合机中共混均匀，将混合物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出造 粒，挤出温度为190～220℃。将挤出物料烘干。再次加入双螺杆挤出机中熔融挤 出造粒，挤出温度任为190～220℃。将再次挤出得到的物料烘干后加入到注塑机 中注塑出片材。然后进行自然降解实验。自然降解实验按照国标GB/T20197-2006 的规定来进行。测试结果为：生物分解率为80％，超过国标规定的≥60％。

实施例3

按照重量比例称取聚碳酸酯为55％、聚乳酸30％、苯乙烯-丙烯腈共聚物 接枝马来酸酐5％，苯乙烯－马来酸酐无规聚物(SMA)5％，聚乳酸接枝马来酸 酐(LAM)3％，钛酸正丁酯2％的混合料10公斤。将聚乳酸和聚碳酸酯先进行烘 干处理1.5小时，然后将聚碳酸酯、苯乙烯-丙烯腈共聚物接枝马来酸酐，苯乙烯 －马来酸酐无规聚物(SMA)，聚乳酸接枝马来酸酐(LAM)，钛酸正丁酯、聚 乳酸在转速为800转/分钟的高速混合机中共混均匀，将混合物料加入双螺杆挤 出机中熔融挤出造粒，挤出温度为190～220℃。将挤出物料烘干。再次加入双螺 杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度任为190～220℃。将再次挤出得到的物料烘 干后加入到注塑机中注塑出片材。然后进行自然降解实验。自然降解实验按照国 标GB/T20197-2006的规定来进行。测试结果为：生物分解率为62％，超过国标规 定的≥60％。。

以上所述，仅为本发明具体实施方式，但本发明的保护范围适用于采用 本发明思路和方法的任何范围。采用本发明思路和方法中通过降低和拆散分子间 作用力来降解高分子材料的方法均在本发明保护范围之内。因此，本发明的保护 范围应以权利要求所述的保护范围为准。