会员体验
专利管家(专利管理)
工作空间(专利管理)
风险监控(情报监控)
数据分析(专利分析)
侵权分析(诉讼无效)
联系我们
交流群
官方交流:
QQ群: 891211   
微信请扫码    >>>
现在联系顾问~

一种多元组合协同精制的生物降解吸管及其制备方法

申请号 CN202410150530.8 申请日 2024-02-02 公开(公告)号 CN117844267A 公开(公告)日 2024-04-09
申请人 广州绿徽新材料研究院有限公司; 发明人 谭卓华; 黄炜岚;
摘要 本 发明 涉及一种多元组合协同精制的 生物 降解 吸管及其制备方法,由聚对二 氧 环己 酮 (PPDO)、聚乳酸‑ 乙醇 酸共聚物(PLGA)、增容剂、大米粉、高直链 淀粉 、复配 增塑剂 、 植物 纤维 、改性剂、天然抗 氧化剂 、 抗菌剂 、蛋壳 碳 酸 钙 ;通过双阶 串联 螺杆 挤出机 组在55~140℃熔融挤出→牵引→冷却→裁切→ 包装 →得到一种多元组合协同精制的生物降 解吸 管;在生产线变换成型模具和裁切刀,规模化生产各式管状物;可 土壤 降解、海洋生物降解;所采用的原料来源丰富,工艺简单、生产及原材料综合成本低。
权利要求

1.一种多元组合协同精制的生物降解吸管,由以下重量份的原料制成:聚对二环己(PPDO)5~50份、聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)5~50份、增容剂0.8~4.4份、大米粉20~
60份、高直链淀粉3~8份、复配增塑剂1.8~6.8份、植物纤维3~8份、改性剂0.3~1.2份、天然抗氧化剂0.02~0.05份、抗菌剂0.06~0.1份、蛋壳3~8份;
所述的聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)为PLGA90/10、PLGA80/20、PLGA75/25、PLGA50/50、PLGA10/90中的任一种,分子量为10000~30000,粒径中值D50≤0.113μm;
所述的聚对二氧环己酮(PPDO)分子量为10000~30000,粒径中值D50≤0.125μm;
所述的改性剂为巴斯夫公司环氧官能化ADR4468扩链剂;
所述的抗菌剂为科莱恩公司Velsan SPA多功能抗菌剂。
2.根据权利要求1所述的一种多元组合协同精制的生物降解吸管,其特征在于,所述的大米粉为早籼米粉、陈米粉、碎米粉中的一种或两种的混合物,粒径中值D50≤0.442μm。
3.根据权利要求1所述的一种多元组合协同精制的生物降解吸管,其特征在于,所述的高直链淀粉为高直链玉米淀粉、高直链表皮褶皱豌豆淀粉中的一种或两种的混合物,所述高直链淀粉的直链淀粉含量为90~95%,粒径中值D50≤0.320μm。
4.根据权利要求1所述的一种多元组合协同精制的生物降解吸管,其特征在于,所述的植物纤维为粒径中值D50≤0.261μm的甘蔗纤维、粒径中值D50≤0.316
μm的竹纤维、粒径中值D50≤0.230μm的荷叶纤维中的一种或两种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种多元组合协同精制的生物降解吸管,其特征在于,所述的增容剂为PLGA‑b‑PPDO嵌段共聚物、PGA‑b‑PPDO嵌段共聚物中的任一种;
所述的PLGA‑b‑PPDO嵌段共聚物中PLGA和PPDO比例为2:1;
所述的PGA‑b‑PPDO嵌段共聚物中PGA和PPDO比例为2:1。
6.根据权利要求1所述的一种多元组合协同精制的生物降解吸管,其特征在于,所述复配增塑剂为聚乙烯己内酰胺‑聚乙酸乙烯酯‑聚乙二醇接枝共聚物、1‑乙基‑3甲基咪唑乙酸酯、异山梨醇酯、乙酰柠檬酸三丁酯、聚乙二醇硬脂酸酯、乙酰化单甘油酯、丙二醇、丙三醇、泊洛沙姆中的两种或两种以上的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种多元组合协同精制的生物降解吸管,其特征在于,所述天然抗氧化剂为维生素E、茶多酚、大豆多酚的一种或两种的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种多元组合协同精制的生物降解吸管,其特征在于,其制备方法,包括以下步骤:
①按照重量份配比称取:大米粉20~60份、高直链淀粉3~8份、复配增塑剂1.8~6.8份共同加入混料机中,在1500~2000rpm转速下搅拌5~12分钟后,在室温下,将所得物料密封放置24h后,干燥至含率≦1%,密封备用;
②按照重量份配比称取:植物纤维3~8份、改性剂0.3~1.2份、蛋壳碳酸钙3~8份、天然抗氧化剂0.02~0.05份、抗菌剂0.06~0.1份加入混料机中,在300~500rpm转速下搅拌5分钟后,干燥至含水率≦1%,密封备用;
③按照重量份配比称取:聚对二氧环己酮(PPDO)5~50份、聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)5~50份、增容剂0.8~4.4份加入混料机中,在800~1000rpm转速下搅拌10分钟后,密封备用;
④采用双阶串联螺杆挤出机组,第一阶段螺杆挤出机长径比为32:1,第二阶段单螺杆挤出机长径比为16:1;设定第一阶段螺杆挤出机机筒温区温度依次为:75~80℃、85~90℃、90~95℃、95~100℃、110~120℃、120~125℃、125~130℃,设定第二阶段单螺杆挤出机机筒温区温度依次为:130~140℃、130~135℃、125~130℃、105~110℃、75~80℃、55~60℃,共十三个温区,通过真空上料机输送装置将步骤①的原料加入双阶串联螺杆挤出机组的第一温区设置的第一入料口,经过充分混合→输送至第三温区设置的第二入料口加入步骤②的原料,再经过充分混合→输送至第五温区设置的第三入料口加入步骤③的原料;螺杆转速为150~200r/min,在55~140℃熔融挤出→牵引→冷却→裁切→包装→得到一种多元组合协同精制的生物降解吸管。
9.根据权利要求8所述的一种多元组合协同精制的生物降解吸管及其制备方法,其特征在于,在生产线变换成型模具和裁切刀,规模化生产各式管状物。

说明书全文

一种多元组合协同精制的生物降解吸管及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于制备生物降解材料技术领域,具体涉及一种多元组合协同精制的生物降解吸管及其制备方法。

背景技术

[0002] 聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚(甲基)丙烯酸酯、芳香族聚酯和具有较强C‑C或C‑杂原子主链的聚酰胺等稳定聚合物,被认为是微塑料污染的主要来源;而传统的可生物降解聚合物(脂肪族和脂肪族‑芳香族聚酯),如聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、丙交酯‑乙交酯共聚物等虽然一同产生微塑料,却并未引起较大关注;原因可能是这些聚合物的使用还比较有限,以及人们普遍的误解:认为它们在任何环境条件下都能降解。然而事实是,生物降解聚合物只有在特定的条件下(温度、湿度、光照、气利用率和微生物)才能降解,因此,不能因为它们被称为“生物降解聚合物”而排除其在环境污染上的潜在险。
[0003] 环境是影响生物降解材料降解性能的重要因素,环境与土壤或者堆肥环境完全不同。低温、流动性强、高盐和高压为海洋环境的主要特点;在海洋环境中,微生物绝大部分分布在近海岸区域,远海区中的微生物含量较低,甚至没有。
[0004] 根据《全球挑战》,2017年7月14日,第1卷第4期。德国拜罗伊特大学Amir Reza Bagheri,Christian Laforsch等发表的《所谓的可生物降解聚合物在海水中的命运》论文显示:将聚乳酸(PLA)与聚乳酸‑羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)、聚羟基丁酸酯(PHB)、聚己内酯(PCL)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)样品浸入25℃自然光照的海水、淡水中一年,并进行了实验观察;结果发现,通过比较不同聚合物在相同条件下的降解情况,在淡水和海水中,只有PLGA于约为270天时实现了100%的本体降解,PHB在365天内降解了≈8%,二者的降解机理之间存在着差异。通过扫描电子显微镜(SEM)和GPC观察PLGA和PHB,发现PHB只通过表面侵蚀来体现降解,仅见于表面上的形态变化,虽然有着
8.5%的质量损失,但其在GPC中的分子量并没有发生变化;
另外,PBAT、PCL、PLA和PET样品基本没有被降解,水解率<2%。所谓的可生物降解聚合物在测试条件下,没有表现出任何显著的降解性。海水和淡水中的聚合物的降解率相对一致;而聚合物的无定形性质可能是PLGA更快水解和完全降解的原因,这种性质使得水的扩散容易遍布整个体积。
[0005] Tsuji等人曾对25℃太平洋海水中的PCL、PLA(非晶态和晶体)和聚(3‑羟基丁酸酯)(PHB),进行了预定时间的对比降解。结果是PCL在10周内降解了25%,而PHB仅降解了9%。
[0006] 2017年,中国科学院理化所和工程塑料国家工程研究中心组织近10名博士研究海水可降解塑料,这项研究结果《典型生物降解聚酯在海水中的降解性能》发表在2020年10月的《功能高分子学报》上,研究表明:在6种不同水体中,PLA基本不降解;PLA在天然海水中364天内几乎不降解,分子量、失重、学性能等均没有明显的变化。PBAT、PBS在364天内失重不超过3%,降解速率缓慢,虽然分子量和力学性能有明显下降,但是并没有呈现明显失重;PCL降解最快,在海水中呈现表面腐蚀机制,364天后失重率为32%,随着降解进行,材料尺寸逐渐减小但是分子量和力学性能保持不变。
[0007] 2010年希腊雅典农业大学用地中海实际土壤,做PLA生物可降解塑料的降解试验,11个月的时间,只是部分物理解体和部分碎裂。
[0008] 2014年中南林业科技大学模拟自然土壤,把PLA材质的塑料袋埋在模拟自然土壤中,12个月后,其质量仅损失0.23%,几乎没有降解。
[0009] 上述研究表明,生物降解材料PLA、PBAT、PHA、PCL在海水中的降解率均小于10%,其中市面上的主要材料PLA,在海水中的降解率更是不到1%。这意味着,即使在海洋领域采用生物降解塑料替代传统塑料,也无法获得预期效果—即实现降解并减少海洋中的塑料污染,大多数聚合物在自然环境下并不会降解;可生物降解塑料的生物降解,通常需要相对较高的水分和温度条件以及微生物丰度,例如堆肥降解需要70%的湿度和55℃,这是它的一个限定条件,这在自然环境中并不总是可获得的。一般只有欧美等发达国家,才具备大型的工业堆肥厂,同时生物降解塑料对垃圾分类体系,也有较高要求。所以如果没有垃圾分类和工业堆肥厂做保障,大量的生物降解塑料会进入自然界或者海洋中,很难降解实现循环再生,也难以生物降解。这些塑料被丢弃,如果得不到适当处理,会逐步释放到环境中,最终通过河流流向海洋并大量聚集,若被海洋生物和类意外食用,会对它们的健康造成严重损坏。因此,从长远来看,可生物降解塑料能否成为解决塑料积累问题的一种有前途的方法仍然是一个问题;
综上所述,在自然环境条件下,很大程度上需要对可生物降解塑料的降解过程和潜在的二次污染物形成进行调查和评估。迄今为止,关于可生物降解塑料生物学效应的研究,仍处于摇篮阶段。缺乏标准和测试方法来评估未管理的淡水生态系统(包括湖泊、溪流和河流)和大多数海洋环境中,塑料材料的生物降解性;此外,二次塑料颗粒可能会在可生物降解塑料降解过程中释放,从而带来潜在的生态风险。然而,有限的研究主要在水生环境中进行,而关于可生物降解塑料微塑料,在其他环境介质(如空气和土壤环境)中形成的研究相对较少。此外,缺乏关于可生物降解塑料降解过程中,形成的微塑料颗粒浓度的数据,这对于微塑料毒性研究将更有价值。可生物降解塑料在自然环境中的生物降解监测至关重要,可生物降解塑料的环境行为知识差距没有得到很好的解决,推动可生物降解塑料的大规模应用存在风险。
[0010] 目前只有少数研究关注到可生物降解聚合物在水样中的降解性,以及显示出的争议结论,而其中的大部分研究,样品通常会被放在海水中的穿孔篮子里,由此记录残余物的重量变化,并没有去区分是由于生物降解引起的重量损失,或者仅仅是由于样品分解成微塑料,作为二次微塑性物质而造成的损失。因此需要利用规范的表征方法,在可控条件下进行研究,才能了解聚合物的降解行为并提供评估标准。
[0011] 据日本NHK电视台报道,针对海洋污染问题,日本、德国以及意大利等国的化工企业,正在着手研发的能够在海洋中溶解的“海洋环保塑料”,而日本的经济产业省拟出台政策扶持正在进行相关技术开发的日本企业;据日本经济产业省透露消息,日本国内每年生产约1000万吨塑料,但其中能在海水中分解的塑料只占极少的比例。为了普及能够溶解在海水中的环保塑料,日本政府拟出台政策鼓励研发对海洋环境影响最小的塑料材料。例如,这种物质也许能在海水中溶解。

发明内容

[0012] 目前,关于降解材料在海水环境下的降解研究相对较少,多元组合的交叉对比及集成复配研究一种多元组合协同精制的生物降解吸管及其制备方法更加鲜见;在工业运用上还有一定的局限性;在降解环境不发生变化的情况下,更高效地解决海洋污染问题,研究开发出具有优良水降解性能的可自然降解及海洋生物降解材料,显得尤为重要。
[0013] 本申请的目的是克服现有技术的不足,釆用具有较好水解性能的降解材料,对材料本身进行改性,聚其优点避其不足;提供一种多元组合协同精制的生物降解吸管及其制备方法,一种新的既能获得满足性能要求的可土壤降解及海洋生物降解,又能降低成本、工艺简单的制备方法;该方面尚未见报道,本申请有效地填补该方面的空白,具有重大的意义。
[0014] 为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案,包括以下工艺步骤:一种多元组合协同精制的生物降解吸管,由以下重量份的原料制成:聚对二氧环己(PPDO)5~50份、聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)5~50份、增容剂0.8~4.4份、大米粉20~60份、高直链淀粉3~8份、复配增塑剂1.8~6.8份、植物纤维3~8份、改性剂0.3份~1.2份、天然抗氧化剂0.02~0.05份、抗菌剂0.06~0.1份、蛋壳3~8份;
所述的聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)为PLGA90/10、PLGA80/20、PLGA75/25、PLGA50/50、PLGA10/90中的任一种,分子量为10000~30000,粒径中值D50≤0.113μm,所述检测方法为釆用激光粒度仪进行湿法粒径检测;
所述的聚对二氧环己酮(PPDO)分子量为10000~30000,粒径中值D50≤0.125μm,所述检测方法为釆用激光粒度仪进行湿法粒径检测;
所述的改性剂为巴斯夫公司环氧官能化ADR4468扩链剂;
所述的抗菌剂为科莱恩公司Velsan SPA多功能抗菌剂。
[0015] 所述的大米粉为早籼米粉、陈米粉、碎米粉中的一种或两种的混合物,粒径中值为D50≤0.442μm;所述检测方法为釆用激光粒度仪进行湿法粒径检测。
[0016] 所述的高直链淀粉为高直链玉米淀粉、高直链表皮褶皱豌豆淀粉中的一种或两种的混合物,所述高直链淀粉的直链淀粉含量为85~95%,粒径中值为D50≤0.320μm;所述检测方法为釆用激光粒度仪进行湿法粒径检测。
[0017] 所述的植物纤维为粒径中值D50≤0.261μm的甘蔗纤维、粒径中值D50≤0.316μm的竹纤维、粒径中值D50≤0.230μm的荷叶纤维中的一种或两种的混合物;所述检测方法为釆用激光粒度仪进行湿法粒径检测。
[0018] 所述的增容剂为PLGA‑b‑PPDO嵌段共聚物、PGA‑b‑PPDO嵌段共聚物中的任一种;所述的PLGA‑b‑PPDO嵌段共聚物,PLGA和PPDO比例为2:1;所述的PGA‑b‑PPDO嵌段共聚物,PGA和PPDO比例为2:1。
[0019] 所述复配增塑剂为聚乙烯己内酰胺‑聚乙酸乙烯酯‑聚乙二醇接枝共聚物、1‑乙基‑3甲基咪唑乙酸酯、异‑山梨醇酯、乙酰柠檬酸三丁酯、聚乙二醇硬脂酸酯、乙酰化单甘油酯、丙二醇、丙三醇、泊洛沙姆中的两种或两种以上的混合物。
[0020] 所述天然抗氧化剂为维生素E、茶多酚、大豆多酚的一种或两种的混合物。
[0021] 所述的制备方法,包括以下步骤:①按照重量份配比称取:大米粉20~60份、高直链淀粉3~8份、复配增塑剂1.8~
6.8份共同加入混料机中,在1500~2000rpm转速下搅拌5~12分钟后,在室温下,将所得物料密封放置24h后,干燥至含水率≦1%,密封备用;
②按照重量份配比称取:植物纤维3~8份、改性剂0.3~1.2份、蛋壳碳酸钙3~8份、天然抗氧化剂0.02~0.05份、抗菌剂0.06~0.1份加入混料机中,在800~1000rpm转速下搅拌5分钟后,干燥至含水率≦1%,密封备用;
③按照重量份配比称取:聚对二氧环己酮(PPDO)5~50份、聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)5~50份、增容剂0.8~4.4份加入混料机中,在300~500rpm转速下搅拌10分钟后,密封备用;
④采用双阶串联螺杆挤出机组,第一阶段螺杆挤出机长径比为32:1,第二阶段单螺杆挤出机长径比为16:1;设定第一阶段螺杆挤出机机筒温区温度依次为:75~80℃、85~
90℃、90~95℃、95~100℃、110~120℃、120~125℃、125~130℃,设定第二阶段单螺杆挤出机机筒温区温度依次为:130~140℃、130~135℃、125~130℃、105~110℃、75~80℃、
55~60℃,共十三个温区,通过真空上料机输送装置将步骤①的原料加入双阶串联螺杆挤出机组的第一温区设置的第一入料口,经过充分混合→输送至第三温区设置的第二入料口加入步骤②的原料,再经过充分混合→输送至第五温区设置的第三入料口加入步骤③的原料;螺杆转速为150~200r/min,在55~140℃熔融挤出→牵引→冷却→裁切→包装→得到一种多元组合协同精制的生物降解吸管。
[0022] 所述的制备方法,在生产线变换成型模具和裁切刀,规模化生产各式管状物。有益效果
[0023] 环境友好型复合材料有两个含义,一是生产、使用时不释放有害物质;二是使用完后的废物可生物降解,不对环境造成负担,即具有“生命终结”性能;在水降解材料的研究和制备上,根据生物降解的机理做出调整和改性,生物降解的本质都是对材料内部结构的键进行水解或酶解。
[0024] 聚对二氧环己酮(PPDO)和聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)是两种具有优异性能的可降解型高分子材料,其物理机械性能优异, 生物相容性好,无毒性,能够通过人体的新陈代谢降解排出。聚对二氧环己酮(PPDO)和聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)都是经美国食品与药品监督管理局(FDA)和欧洲医疗管理局 (EMA)许可认证可以用于人体的高分子材料。
[0025] 根据《国际绿色塑料》(6种常见的降解塑料,在自然界中的降解速度哪一种最快)一文中,在表1条件下;
[0026] 研究结论显示:在6个月的降解后,由于其特殊的醚键和生物膜上丰富多样的微生物,PPDO在空气(54.7±9.1%)和土壤(56.8±4.8%)中表现出最高的失重潜力;PPDO上的微生物群是独特的,富含绿弯菌(Chloroflexi)和厚壁菌门(Firmicutes),它们负责碳循环和有机降解。聚乳酸失重仅有1.1‑8.0%,PBAT 0.8‑6.8%,其他塑料基本不可降解。
[0027] 另外,聚对二氧环己酮(PPDO)在自然的生态环境中的生物可降解性,也得到了相关研究的证实。更重要的是,对于回收回来的废弃聚对二氧环己酮(PPDO)产品,可以在简单的条件下回收其聚合单体,回收率高达93‑99%,并且回收的单体又可用于聚对二氧环己酮(PPDO)的聚合,可实现反复循环利用;对于不宜回收的应用领域,聚对二氧环己酮(PPDO)又可完全生物降解。因此,聚对二氧环己酮(PPDO)是高分子家族中少有的既具有可完全生物降解性,又易于回收为单体的高分子品种,是一类真正的“绿色高分子材料”。可见,聚对二氧环己酮(PPDO)是一种真正的低碳环保产品;聚对二氧环己酮(PPDO)由于主链结构中具有独特的醚键,使得聚合物链段的柔顺性增加,进而使聚对二氧环己酮(PPDO)具有良好的柔韧性及力学稳定性,同时也因为链段的柔顺性较好,易排列折叠形成结晶相,抗张强度、打结强度,降解过程中强度保留率大;因此,在降解过程中强度保留大。由于聚对二氧环己酮(PPDO)结晶速度慢,熔体强度低,成型加工困难,因而限制了其应用范围;单一的即便是高分子量聚对二氧环己酮(PPDO)聚合物其拉伸强度也较低(30MPa左右),且其热稳定性较差,在高温下容易发生降解,导致材料力学性能的进一步下降;因而,为了扩展聚对二氧环己酮(PPDO)聚合物在其他领域中的用途,使其能作为通用高分子材料使用,不管是力学性能,还是热稳定性都有待于提高,尤其是聚对二氧环己酮(PPDO)热稳定性,因其对于加工和使用,尤为重要。
[0028] 德国拜罗伊特大学几位研究人员通过400天的试验,把各种生物可降解塑料放在海水和淡水里面,最后PLA只有约0.5%质量损失,这与普通塑料瓶(如PET矿泉水瓶)的降解速度几乎没有区别;PLGA在约270天时完全降解,PHB在365天内降解了约8%,PCL、PLA和PET,三者几乎没有降解。该研究结果于2017年6月23日刊载在ADVANCED SCIENCE NEWS;聚乳酸‑羟基乙酸共聚物(PLGA)是一种非结晶的脂肪族酯类聚合物,因此具有优异的生物相容性、海洋生物降解和成膜性能,且降解速度可控、无毒,是完全生物降解高分子材料,具有良好的应用与产业化前景。但其具有降解速度太快、脆性大、低热变形温度、抗冲击性能差和机械强度不足的缺点;所以,聚乳酸‑羟基乙酸共聚物(PLGA)的应用领域被大大限制。
[0029] PLGA和PPDO两种具有优异综合性能的生物降解材料,并未像其它生物降解材料那样,在通用材料领域得到广泛的应用;造成这种局面的主要原因是,PLGA和PPDO的成本远高于PLA、PBAT、PHA、PCL材料,不具备在生物医用材料等高附加价值以外的通用材料领域使用的成本优势,市场难以接受;或单一使用时,PLGA和PPDO本身性能的不足,而难以大规模使用;所以,世界各国也在大力开展海水降解材料的研究来改善这一状况。
[0030] 因此,基于高分子材料在水环境下的降解机理,本申请的研究从以下几方面入手。
[0031] ⒈本申请釆用亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)和聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)共混材料作为骨架材料。
[0032] 本申请通过将上述两种亚微米级材料进行一定比例的共混,将两种材料的优缺点进行互补,得到一种新的原料。本申请实验研究发现并验证了:⑴本申请亚微米级PLGA、亚微米级PPDO及亚微米级PLGA/PPDO共混材料的热降解数据,见表2;
[0033] 从表2可知,本申请PLGA、PPDO以及PLGA/PPDO最大热失重速率温度相近,说明本申请PLGA、PPDO及PLGA/PPDO的热降解过程相似。纯PLGA和 PPDO的残炭率分别从11%和12%降到2%,降幅明显,说明本申请亚微米级 PLGA与亚微米级PPDO进行共混,有助于促进材料的降解过程。
[0034] ⑵本申请亚微米级PLGA、亚微米级PPDO及亚微米级PLGA、亚微米级PPDO共混材料的热性能数据,见表3 从表3可知,在本申请PLGA/PPDO的 DSC曲线中,出现的两个玻璃化转变温度‑13℃和35℃,分别对应PLGA和PPDO的玻璃化转变温度,但两个温度都没有出现相互靠近的趋势,说明两种聚合物材料的相容性不好。另外,由于PLGA是非结晶性聚合物,所以,PLGA在DSC的图谱中不会出现冷结晶峰和熔融峰。PPDO在混合后的冷结晶温度从47℃升至56℃,熔融温度从106℃降至105℃,说明在熔融共混过程中,PLGA的加入增加了它们的高分子链段之间的缠绕度,对PPDO链段结晶过程中的规整排列产生了干扰,使得PPDO需要发生冷结晶过程的温度要求更高,同时使PPDO结晶度降低,导致熔点的降低,TGA结果表明,PPDO与PLGA共混后的PPDO/PLGA的共混材料,由于PLGA在共混过程中,对PPDO结晶性能的影响,导致共混材料的热降解性能,相对于纯PPDO和纯PLGA都有所下降,使得材料更容易被降解,满足了本申请的目的。
[0035] 为使本申请亚微米级PPDO和亚微米级PLGA的共混材料的机械性能更好和更稳定,有必要制备相容剂,以增加两种聚合物的相容性,使两相的相界面更紧密的结合,以确保共混材料更稳定的性能;由于本申请亚微米级PLGA和PGA相似相容,因此,本申请采用PGA‑b‑PPDO嵌段共聚物为本申请亚微米级PPDO和亚微米级PLGA共混的增容剂之一;同时尤以通过无溶剂的本体聚合合成的PLGA‑b‑PPDO,作为本申请增容剂的增容效果最佳。
[0036] ⑶本申请亚微米级PPDO、亚微米级PLGA及添加不同相容剂比例共混材料的热性能数据,见表4;注:A比例相容剂添加量是PPDO/PLGA总重量份的4%,B比例相容剂是8%,C比例相容剂是12%;
从表4可知,从本申请样品PLGA/PPDO到PLGA/PPDO/C比例相容剂,即增容剂的投料量从0%到12%的Tg1和Tg2之间的差距由48℃缩小至38℃,因此说明增容剂起到了增容的效果,但同时也可以看出增容剂在添加量升至12%时,增容的强度减弱,因此,增容剂在添加量为8%时,增容效果较为最佳,可以得到预想的效果;同时,PLGA的加入也加快了PPDO的降解速率。
[0037] 2.本申请采用亚微米级粒径中值为D50≤0.442μm大米粉、粒径中值为D50≤0.320μm高直链淀粉和复配增塑剂进行热塑性复合改性,以亚微米级植物纤维、改性剂与之复合,制备本申请复合材料,改变其相应结构和理化性质,极显著地扩大使用范围。
[0038] 大米、淀粉和植物纤维均是植物通过光合作用合成的天然高分子物质,其合成过程中不会产生有害的物质,同时能够净化空气、制造氧气,其废弃后又可借助环境和微生物的作用而完全降解,是理想的绿色可再生的资源。
[0039] ⑴本申请采用的亚微米级大米粉、高直链淀粉的结构及理化特性的影响:随着人民生活水平的提升,人们对优质大米的需求日益增加,然而部分低品质大米,如早籼米以及库存陈化大米和稻谷加工过程中的碎米等,因其籽粒结构较松、直链淀粉含量较高、米饭粘性小、口感不佳,近年来已经很少直接食用;目前,我国大米资源相对富足,开发利用大米资源是当前的重要研究课题,重视大米深加工技术的研究,是提高大米附加值的必然途径。
[0040] 直链淀粉具有近似纤维的性能,具有好的透明度、柔韧性、抗张强度,并且无毒,无污染,国内外公布的各种牌号淀粉塑料的力学性能,一般可以与同类应用的传统塑料相比;但其使用性能往往不尽如人意,其主要缺点之一是含淀粉的降解塑料易老化,耐水性都不好,湿强度差,一遇水其力学性能则严重降低,而耐水性恰恰是传统塑料在使用过程中的优点,极大地限制了其广泛的应用。
[0041] 相比较于目前在市场上传统大米粉和淀粉,最低粒径技术分别为D50=150μm和74μm,本申请采用的D50≤0.442μm大米粉、D50≤0.320μm高直链淀粉,达到亚微米级超细微化的结构,物料总体积不变,但由于物料结构的变化,从而会引起性质的变化,从而使物料的比表面积也剧烈增大,进而改变了物料原粉的微观结构和性质,本申请实验研究发现并验证了:①结构方面,从外由里逐层破坏颗粒的结晶结构,晶格结构受损,以至于降低物料的结晶度。
[0042] ②由于微粒聚集较高的内能以及大量新表面的形成,使微粒处于较活跃状态,化学反应更容易进行。与其他可降解性物质形成的产品,在本申请采用的亚微米级大米粉和高直链淀粉含量很高的情况下,具有良好的力学性能和较低的吸水性等,有效地改变本申请采用的亚微米级大米粉和高直链淀粉的糊性质,表观粘度触变性和剪切稀化低,偏近流体
[0043] ③形成网状结构,分子量、结晶度下降。本申请采用的亚微米级大米粉和高直链淀粉的分子更易与水分子结合,溶解度增加,在较低温度下即可糊化,膨胀度减小,因此峰值黏度小,黏度曲线平坦,降落值减小,表现出较好的黏度热稳定性和冷稳定性,透明度和胶稠度增加,不易形成凝胶和老化。
[0044] ④粒径尺寸减小,比表面积增大,与改性剂接触的面积越大,吸液能力增强,更充分,更完全,传质好、可及性好,利于后续的反应与利用的进行,进一步验证了减小反应底物尺寸,有助于提高底物的反应性能。
[0045] ⑤极大增加了其比表面积,其表面积,分散性、吸附能力、表面活性等比较原粉都发生了综合性变化;比表面积大幅度增加,从而可显著增加其溶解度和溶解速率、易分散,且与本申请其它材料的接触面积变大,附着力增强,避免了传统原粉在终端产品使用时,容易柝出的缺点。同时还可以极大提高本申请采用的亚微米级大米粉和高直链淀粉的添加量,减少了本申请原料价格成本相对高昂的其它生物质组合物的添加量,在不影响本申请吸管的应用功能的前提下,大大节省了本申请吸管的成本,即使与国内同行其它产品价格相比,也极具竞争力;综合成本较目前市场出现的传统堆肥降解塑料低。
[0046] ⑥当向本申请体系中加入5份本申请亚微米级淀粉时,它提高了本申请体系的结晶温度和结晶,并显示出成核作用。当淀粉含量继续增加时,本申请体系共混物的起始和峰值结晶温度,不能进一步增加。因此,当共混物中的淀粉含量为5wt%时,成核效果巳经饱和。
[0047] ⑵本申请采用含羟基的高相对分子质量和低相对分子质量的增塑剂复配而成的复合增塑剂,对本申请体系基质进行塑化:目前,常用的增塑剂主要为醇类和酰胺类增塑剂,增塑原理为增塑剂的极性基团,通过与物料分子内和分子间的羟基相互作用,减小了分子内作用力,从而降低了加工温度。
因此,合成高效率的增塑剂,通过有机合成的方法,制备同时具有多种官能团的增塑剂,聚其优点避其不足,是可能的发展方向之一。
[0048] 本申请实验研究发现并验证了,不同增塑剂进行复配组合,可以将一些增塑剂的优点优化,并且可以消除单独使用某种增塑剂时存在的缺点,达到既降低成本,又提高增塑效果的目的。在保持两种或两种以上增塑剂,混合塑化本申请体系基质的情况下,有利于提高本申请吸管的力学性能。
[0049] ①1‑乙基‑3甲基咪唑乙酸酯与泊洛沙姆复配:1‑乙基‑3甲基咪唑乙酸酯,改变了直链淀粉的缠结方式,淀粉基薄膜更均匀、无凝胶状、分子级别更低,增塑效果更佳,柔韧性显著提高。泊洛沙姆毒性很低,可用作赋形和乳化、润湿、润滑、分散、除尘、粘度调节。两者复配,具有优良的热加工和柔性,可以改善本申请体系基质的性能,使之更加灵活和改变流动特性。
[0050] ②聚乙二醇硬脂酸酯与乙酰柠檬酸三丁酯复配:聚乙二醇硬脂酸酯一端为亲水的中高分子量聚乙二醇,一端为亲油的硬脂酸,因此能分别吸附在油和水两种相互排斥的相面上,形成薄分子层,降低两相的界面张力,从而使原来互不相溶的物质得以均匀混合,形成均匀状态的分散体系,改变了原料的物理状态。
中高分子量的聚乙二醇硬脂酸酯能降低本申请体系基质分子间的作用力,提高加工性能,避免本申请采用的亚微米级大米粉、高直链淀粉、植物纤维的高温分解碳化。界面活性剂的作用体现在:硬脂酸与本申请采用的亚微米级大米粉、高直链淀粉形成不溶性复合物,而产生抗老化作用。因此既能起增塑剂的作用,又能起界面活性剂的作用。乙酰柠檬酸三丁酯作为一种阻水性增塑剂,对本申请聚对二氧环己酮(PPDO)、聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)具较好的增塑性,故它的添加更好的保证了整个体系的共同增塑,根据断裂伸长率可知,乙酰柠檬酸三丁酯的断裂伸长长度比聚乙二醇更好,并有很好的抗霉性;
聚乙二醇硬脂酸酯与柠檬酸酯(ATBC)的加入,提高了本申请整个体系的拉伸强度,说明了这两种增塑剂的添加,均与复合体系进行了相互作用形成了较强的氢键,促进了本申请体系基质的相容性以及插层结构的形成。
[0051] ③丙三醇与木糖醇复配:分子量小的丙三醇较分子量略大的木糖醇分子易于运动,更能有效的渗入淀粉分子链间,对本申请采用的亚微米级大米粉、高直链淀粉分子间作用力的破坏能力更大,而碳原子数多的木糖醇每个分子所含的羟基数也多,与本申请体系基质分子间的作用力也强,其渗透作用远不如分子量较小的丙三醇。通过计算不同共混物的粘流活化能AEq来辨别分子链柔性大小,发现木糖醇共混物的AEn=225.1kg/mol,而丙三醇共混物的AEn=122.5kg/mol,活化能大表明分子链的刚性增强。能有效地降低体系熔体黏度,减少了热塑性的本申请采用的亚微米级大米粉、高直链淀粉的吸湿现象。
[0052] ④本申请复配增塑剂的分子质量越大、吸水能力越弱,则膜的阻水蒸气性越好,反之,则阻水蒸气性越差。
[0053] ⑤添加本申请复配增塑剂含量的不同,热塑性本申请采用的亚微米级大米粉、高直链淀粉材料的力学性能呈现规律性变化,一般随着本申请复配增塑剂含量的增加,拉伸强度降低,伸长率增大。
[0054] ⑥本申请采用的亚微米级大米粉、高直链淀粉的结晶速率,随着水分含量的增加而提高,而由于本申请复配增塑剂与本申请采用的亚微米级大米粉、高直链淀粉间较强的氢键作用,可使淀粉链的活动性和结合水的稳定性降低,本申请复配增塑剂含量增加,可使结晶速率下降。但如果本申请复配增塑剂具有较高的吸湿性,材料中水分含量相应增加,本申请采用的亚微米级大米粉、高直链淀粉的结晶速率反而增大。
[0055] ⑦本申请复配增塑剂与本申请采用的亚微米级大米粉、高直链淀粉之间形成氢键能力越强,热塑性的本申请采用的亚微米级大米粉、高直链淀粉的耐回生性能越好。
[0056] ⑧本申请淀粉中,直链支链淀粉的比例不同,增塑剂增塑后所表现的效果和与之共混制成的复合膜性能及其微观状态有较大不同,本申请淀粉中直链淀粉含量越高,越有利于增塑塑化及与本申请聚对二氧环己酮(PPDO)、聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)混合。
[0057] ⑶本申请采用亚微米级植物纤维,在本申请体系中的作用:在植物复合材料中最常用的是植物纤维粉,用作填充的植物纤维的目数,对复合材料的力学性能、流动性能和微观结构具有重要影响,植物纤维的粒径对植物模塑复合效果影响显著,植物纤维粒径决定植物纤维在基体中的分散程度,最终影响材料性能。由纤维增强原理可知,植物纤维目数越大,粒径越小,则其在聚合物基体中的分散越均匀,复合材料的力学性能越好,这和植物纤维与基体塑料接口结合、纤维形态、表面粗糙度以及内部空隙状况不同有关;因此在植物模塑复合材料制备过程中,植物纤维目数是需要考虑的重要参数。
[0058] 但目前在市场上进行植物纤维材料制备过程中,使用的设备主要是通用的塑料加工设备,无法从根本上解决植物纤维粒径小、生产能耗高、工艺不稳定、设备生产效率低、很难得到稳定的加工条件及使用性能的不足等问题,不能生产出较高目数的植物纤维制品;根据报导,目前在市场上传统植物纤维,最高目数为德国技术的D50=19μm,中国技术的D50=
10μm(实验室规模)。所以,目前市场上低目数的植物纤维制品,仅可用于室外装饰材料、建筑材料、朩塑材料等低附加值领域。
[0059] 本申请采用亚微米级粒径中值为植物纤维为D50≤0.261μm的甘蔗纤维、D50≤0.316μm的竹纤维、D50≤0.230μm的荷叶纤维,在拉伸载荷的作用下,植物纤维起着阻碍聚合物分子链段运动的作用;本申请植物纤维粒径越小,聚合物分子链与植物纤维的交织与分散程度越高,对于聚合物分子链运动的阻碍作用越强,因此材料的强度逐渐提高;具有小粒径、高结晶度、高比表面积、高活性表面、具有高机械强度、优异的弹性模量和低热膨胀、较好的熔体流动速率、可生物降解、可循环利用、密度低、热稳定、低成本等优异特性,用作增强相添加到本申请基材中,改善复合材料的各种物化和应用性能。
[0060] ⑷本申请采用亚微米级大米粉、高直链淀粉和复配增塑剂,进行热塑性复合改性,以亚微米级植物纤维、改性剂与之复合,制备复合材料,改变其相应结构和理化性质,极显著地扩大使用范围。
[0061] 本申请实验研究发现并验证了:①本申请亚微米级植物纤维对本申请性能的影响。
[0062] 第一、能限制本申请聚对二氧环己酮(PPDO)和聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)链的流动性,同时形成网状结构,热稳定性以及力学性能得到提高,且在小范围内,本申请亚微米级植物纤维含量的增加,力学性能也在稳步增加。
[0063] 第二、不同添加量的亚微米级植物纤维,均可提高本申请吸管的断裂伸长率,韧性得到极大改善;用量的增加,屈服强度和断裂强度总体上呈先增大后减小的趋势,当亚微米级植物纤维用量为8%时,本申请吸管的断裂伸长率屈服强度均最高。
[0064] 第三、随着亚微米级植物纤维用量的增加,材料断面片状结构逐渐消失,呈现出均一的共混材质取向消失,这在很大程度上提高了本申请吸管的力学性能。
[0065] 第四、通过添加荷叶粉,可以提高材料的憎水性;添加3至8份的荷叶粉到材料中,材料的表面能会降低范围达到13到40%,同时其物理机械性能不会受到影响;同时可以对于本申请吸管的表面憎水性起到协同效应。
[0066] 第五、本申请亚微米级植物纤维,颗粒越细化,粒径越小,比表面积越大,有利于其他成份的包覆和完全相容,与其它材料之间形成一个紧密的结构,从而降低了本申请吸管的吸水能力。
[0067] ②本申请亚微米级植物纤维填充量对复合材料的影响。
[0068] 第一、复合材料冲击强度随着本申请植物纤维填充量的增大而增大,说明植物纤维能够与大米粉、高直链淀粉较好结合,从而吸收冲击时的能量。但当植物纤维填充量大于8重量份后,冲击强度会出现一定程度的减小,当填充量为12重量份时,冲击强度下降至
9kJ/m2,是复合材料内部出现缺陷的几率增大所致,影响了复合材料基体的连续性。
[0069] 第二、复合材料的硬度,随着本申请植物纤维填充量的增大而增大,特别是当植物纤维填充量大于3重量份以后,增长幅度更大。由此可以推断,当植物纤维填充量在3重量份以后,植物纤维在复合材料中,明显表现出自身的刚性,从而使复合材料整体硬度明显提高,当植物纤维填充量为8重量份时,硬度达到40,与3重量份填充量时相比,将近提高一倍。
[0070] 第三、当本申请植物纤维填充量大于12重量份后,熔融时间增加,复合材料熔融扭矩变大,材料流动性明显下降,熔融变得困难;为保证复合材料中较高的植物纤维填充量和一定的塑化加工性能,8重量份的植物纤维填充量,基本能够获得较好的力学强度和适宜的流动性。
[0071] ③本申请复配增塑剂比例对复合材料的影响。
[0072] 第一、复合材料拉伸强度,随着本申请复配增塑剂比例的增加呈现出增加趋势,由此推断,复配增塑剂加入到复合材料中,在一定范围内能够改善材料的抗拉伸能力。但当复配增塑剂大于8重量份后,拉伸强度出现明显下降。
[0073] 第二、釆用添加本申请复配增塑剂4~8份的含量,复合材料冲击强度整体下降至6kJ/m2,呈下降趋势,而釆用单一增塑剂加入时,冲击强度为15kJ/m2,不利于对冲击能量的吸收与消耗,导致复合材料受到冲击作用时易发生脆性断裂。
[0074] 第三、釆用添加本申请复配增塑剂4~8份的含量,随着复配增塑剂的增加,复合材料硬度不断提高。可以推断,复配增塑剂能够限制复合材料中本申请大米粉、高直链淀粉分子的运动,从而使复合材料的强度得到提高。
[0075] ④本申请改性剂对复合材料性能的影响。
[0076] 与未添加改性剂制得的复合材料相比,本申请改性剂能够提高复合材料的拉伸强度和冲击强度,具体表现为:拉伸强度由15MPa提高到17MPa,冲击强度由11KJ/m2提高到13KJ/m2,硬度略有下降。而直接加入本申请植物纤维则使复合材料力学性能均下降,这主要是由于直接加入的植物纤维,与基体复合材料相容性较差,未能很好分散,而采用本申请改性剂,植物纤维可以改善基体相容性,从而提高了复合材料的抗拉伸和抗冲击能力。
[0077] 3.本申请采用蛋壳碳酸钙增强本申请体系降解速度和物理强度。
[0078] 本申请实验研究发现并验证了:本申请蛋壳碳酸钙用于本申请中,能够显著提高本申请吸管的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、硬度、耐热性等性能指标。不仅能显著提高吸管的强度及韧性,增加吸管刚度,而且具有分散性好、耐高温等特点。
[0079] 本申请蛋壳碳酸钙本身是中性,和水反应生成后呈性,在碱性环境,能够促进本申请吸管材料中的本申请聚对二氧环己酮(PPDO)和聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)发生化学降解,而使其分子量降低,从而有利于提高本申请聚对二氧环己酮(PPDO)和聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)的微生物或海洋降解速度,另外,含有本申请蛋壳碳酸钙的吸管埋于地下后,蛋壳碳酸钙与二氧化碳和水反应生成可以溶于水的Ca(HCO3)2离开本申请吸管,在吸管上留下微细的孔洞,增大吸管与周围空气和微生物接触的面积,从而促进吸管降解,实现本申请吸管材料的完全快速降解,还能极大地降低成本。
[0080] 本申请针对现有技术中的缺陷与不足,提出一种多元组合协同精制的生物降解吸管及其多元复配制备方法,与其他已知方法相比,具有如下优势。
[0081] 1.本申请制备出亚微米级PLGA/PPDO/PGA‑b‑PPDO和PLGA/PPDO/PLGA‑b‑PPDO的新原料。
[0082] PPDO和PLGA由于其自身结构因素,各自存在一些缺点,如PPDO的结晶速度慢、熔体强度低、水解稳定性差等,成了其作为通用材料使用的一大障碍;PPDO由于主链结构中具有独特的醚键,使得聚合物链段的柔顺性增加,进而使PPDO具有良好的柔韧性及力学稳定性;但同时也因为链段的柔顺性较好,易排列折叠形成结晶相,材料的降解时间长。PLGA是一种非结晶的脂肪族酯类聚合物,因此,具有优异的降解性能,但具有脆性大和机械强度不足的缺点;这些都限制了PPDO和PLGA的广泛应用。
[0083] 因此,本申请根据上述PPDO和PLGA的缺陷,通过本申请增容剂,将本申请将两种亚微米级材料进行一定比例的共混结合起来,制备出PLGA/PPDO/PGA‑b‑PPDO或PLGA/PPDO/PLGA‑b‑PPDO的新原料;将两种材料的优缺点进行互补,发挥各自的优点,挨弃其缺点,制备出综合性能更加优异的生物降解材料:
⑴作为两种材料的增容剂,PGA与PLGA具有相似的化学结构,本申请根据相似相容原理,将PLGA链段替换成PGA,采用PGA‑b‑PPDO嵌段共聚物为本申请PPDO和PLGA共混的增容剂之一;同时尤以通过无溶剂的本体聚合合成的PLGA‑b‑PPDO作为本申请增容剂的增容效果最佳;
(2)相比于采用传统增容法,由于反应在有机溶剂中进行,易导致溶剂的毒性残留难以去除,本申请相容剂更安全、环保;
⑶相比于传统可降解的高分子材料,本申请这种具有生物可降解性的高分子材料,能够在发挥功效的同时,通过水解、酶解逐渐发生降解,不会残留;
⑷本申请利用PLGA和PPDO的熔点和分解温度相匹配的情况,采用熔融共混对材料进行共混,避免了传统方法使用溶液共混,对共混物带来的有机溶剂残留。
[0084] 2.本申请采用亚微米级大米粉、高直链淀粉复合复配增塑剂的技术,进行双改性热塑性处理的性能,显著优于传统意义上的单改性热塑性处理。
[0085] 传统意义上的热塑性处理,是在一定的时间内,增长反应时间可以增加分子的热运动,使更多的增塑剂分子渗透入淀粉分子中,使取代反应的速率提高,取代度增大,但一般的化学反应都是在较短的时间内进行的,反应时间过长,会导致生成的产物出现裂解、变性等,造成资源浪费;反应温度能直接影响改性剂与淀粉的作用,温度稍高或稍低实验都不能很顺利的进行。
[0086] 相比较于目前在市场上传统大米粉和淀粉,最低粒径技术分别为D50=150μm和74μm,本申请采用的D50≤0.442μm大米粉、D50≤0.320μm高直链淀粉,达到亚微米级超细微化的结构,物料总体积不变,表面积剧烈增大,从而使物料的比表面积也剧烈增大,进而改变物料原粉的微观结构和性质,结构方面,从外由里逐层破坏颗粒的结晶结构,晶格结构受损,以至于降低物质的结晶度,直到物质成为非晶态;物质的化学键遭到破坏以至于断裂,产生电子、离子、或不饱和基团,使物质的分子量降低,空间结构会发生改变;由于微粒聚集较高的内能以及大量新表面的形成,使微粒处于较活跃状态,在其他影响因素一定的条件下,物料的颗粒越小,物料中的基团暴露的越多,增加增塑剂与基团接触的概率,而改性条件更能加速增塑剂的作用,促进取代反应的进行,因此,改性的作用效果表现的比较明显,所以在其他条件都相同的情况下,经过本申请的亚微米级大米粉、高直链淀粉发生取代反应时的取代度,比原高直链淀粉发生取代反应时的取代度要大,化学反应更容易进行;作为本申请复合材料的组分之一,发现其加入不仅提升了复合材料的机械性能,还提高了本申请的生物可降解性,环保性能优异,并具有一些特殊的物理或化学性能。
[0087] 本申请实验研究发现并验证了:⑴颗粒越小,物料中的基团暴露的越多,增加了改性剂与基团接触的概率,而改性条件更能加速改性剂的作用,促进取代反应的进行,因此,改性的作用效果表现的比较明显,所以在其他条件都相同的情况下,经过超微粉碎的物料发生取代反应时的取代度,比原粉发生取代反应时的取代度要大。本申请根据凯氏定氮法GB12091‑89检测显示,未经过超微粉碎的传统单改性淀粉的取代度为 0.1,而本申请的取代度为0.3;在相同条件下,本申请的取代度比传统单改性淀粉的要高,说明颗粒的大小影响增塑剂对其的改性作用,本申请亚微米级粒径起到了不可忽视的作用。
[0088] (2)本申请实验测试显示,未经过超微粉碎的传统单改性高直链淀粉的产品,土壤掩埋50d后,仅失重34%,降解性能较差。而本申请室外土壤掩埋50d后,失重率72.2%,4个月左右可完全降解,降解性能明显优于目前传统单改性高直链淀粉,符合现代环境友好型材料的理念;在相同条件下,本申请的失重率比传统单改性高直链淀粉的要高,说明颗粒的大小影响增塑剂对其的改性作用,本申请亚微米级粒径起到了不可忽视的作用。
[0089] (3)本申请根据X‑衍射图谱检测显示,传统单改性高直链淀粉的结晶度比本申请的高,本申请更容易加工成型,DSC结果显示本申请的热稳定性比单改性的高,本申请的透光度比传统单改性淀粉高及粘度比单改性淀粉的低,对本申请的加工及加工后的产品效果比较有利。
[0090] ⑷本申请通过力学性能、耐水性、热稳定性等实验显示,本申请的相容性、力学性能、耐水性以及热稳定性,都比原淀粉复合材料以及传统单改性高直链淀粉复合材料有明显的提高,本申请的成膜性比原淀粉及传统单改性热塑性高直链淀粉的都强。
[0091] 本申请采用亚微米级大米粉、高直链淀粉,比表面积巨大,与其他已知方法相比:①本申请暴露出更多的游离羟基,与改性剂接触的面积越大,吸液能力增强,更充分,更完全,传质好、可及性好,利于后续的反应与利用的进行,进一步验证了减小反应底物尺寸,有助于提高底物的反应性能。使本申请亚微米级大米粉、高直链淀粉活性增加,吸附能力也随之增强,经热塑性处理后的本申请亚微米级大米粉、高直链淀粉,即使在本申请产品中添加量很高的情况下,与其他可降解性物质形成的产品相比,具有良好的力学性能和较低的吸水性;
②本申请极大增加了其比表面积,其表面积,分散性、吸附能力、表面活性等比较原粉都发生了综合性变化;比表面积大幅度增加,从而可显著增加其溶解度和溶解速率、易分散,且与本申请其它材料的接触面积变大,附着力增强,避免了传统原粉在终端产品使用时,容易柝出的缺点;
③与其他已知方法填充料添加量不超过30重量份相比,本申请采用具有更大的比表面积,会增大与外界的接触面积,其表面积,分散性、吸附能力等比较原粉都发生了综合性变化,且有利于其他成份的包覆;极大地提高了本申请采用的亚微米级大米粉和高直链淀粉的添加量,减少了本申请原料价格成本相对高昂的其它生物质组合物的添加量,在不影响本申请吸管的应用性能的前提下,极其显著地大幅降低本申请终端产品的综合成本;
即使与国内同行其它产品价格相比也极具竞争力,综合成本,较目前市场出现的传统堆肥降解塑料低。
[0092] 3.与传统堆肥降解吸管的相比,本申请采用具有更大的比表面积的亚微米级植物纤维的加入,赋予了更加显著的机械性能和高自然降解性。
[0093] 由纤维增强原理可知,植物纤维目数越大,粒径越小,则其在聚合物基体中的分散越均匀,复合材料的力学性能越好,这和植物纤维与基体塑料接口结合、纤维形态、表面粗糙度以及内部空隙状况不同有关;因此,在植物模塑复合材料制备过程中,植物纤维目数是需要考虑的重要参数。
[0094] 根据报导,目前在市场上传统植物纤维,最高目数为德国技术的D50=19μm,中国技术的D50=10μm(实验室规模)。所以,目前市场上低目数的植物纤维制品,仅可用于室外装饰材料、建筑材料、朩塑材料等低附加值领域。
[0095] 本申请采用亚微米级粒径中值为植物纤维为D50≤0.261μm的甘蔗纤维、D50≤0.316μm的竹纤维、D50≤0.230μm的荷叶纤维,在拉伸载荷的作用下,植物纤维起着阻碍聚合物分子链段运动的作用;本申请植物纤维粒径越小,聚合物分子链与植物纤维的交织与分散程度越高,对于聚合物分子链运动的阻碍作用越强,因此,材料的强度逐渐提高;具有小粒径、高结晶度、高比表面积、高活性表面、具有高机械强度、优异的弹性模量和低热膨胀、较好的熔体流动速率、可生物降解、可循环利用、密度低、热稳定、低成本等优异特性,用作增强相添加到本申请基材中改善复合材料的各种物化和应用性能。
[0096] 本申请实验研究发现并验证了:⑴与传统堆肥降解吸管的相比,本申请采用具有更大的比表面积的亚微米级植物纤维的加入,赋予混合物更致密的结构,极大地填补了材料之间的空隙;更加致密的质地,也使本申请吸管拥有了更好的防水性能,可以在水中稳定4小时而不出现柝出显现。
[0097] ⑵增强了本申请吸管的力学性质。与传统堆肥降解吸管相比,本申请吸管的弯曲强度提高了约5倍,拉伸强度提高了约60倍,足够的防水性(湿机械强度是目前商业纸吸管的约12倍)。
[0098] ⑶保持了本申请吸管在挤出时的结构稳定性,保证了本申请吸管的直径在设定的范围内,以及产品的表面光滑度;亚微米级植物纤维增加了本申请吸管的韧性和可加工性,同时使制得的本申请吸管回弹性好。不仅大幅提高了材料的熔体强度、改善其加工性能,还显著的发挥了作为植物纤维的增强作用,为获得高强度的本申请吸管作出了卓越的贡献。同时,其优良的力学性能也为其工业化生产提供了强有力的竞争力。
[0099] ⑷本申请采用具有更大的比表面积的亚微米级植物纤维与本申请PPD0基体具有良好的界面相容性,因而,这些研究为天然有机植物纤维材料/可生物降解聚合物复合材料的研究提供了新的研究思路。
[0100] ⑸本申请亚微米级大米粉、高直链淀粉、植物纤维,颗粒越细化,粒径越小,比表面积越大,有利于其他成份的包覆和完全相容,与其它材料之间形成一个紧密的结构,从而降低了本申请吸管的吸水能力;与其他已知方法相比,具有高机械强度、优异的弹性模量和低热膨胀、较好的熔体流动速率、可生物降解、可循环利用、密度低、热稳定、低成本等优异特性。
[0101] 4.为了降低成本,保证产品的降解性能,淀粉基生物降解塑料成为全球都在关注的热点产品。目前淀粉基天然高分子材料的应用研究主要包括二类:第一类为淀粉填充型可降解材料,在淀粉基中加入增塑剂和树脂进行混合,这类材料如果加入了常用非降解的树脂,则存在生物降解率低、降解周期长的缺点,在环保上仍会给环境带来极大的负担;如加入全生物降解的聚酯,其淀粉的添加量受到极大的限制,导致成本过高;第二类为高含量淀粉降解材料:淀粉含量高,但成品有质脆、密度高、易碎裂,力学性能差导致使用范围受限的缺点;此外,现有的淀粉改性方法往往通过催化改性,成本很高。目前美国KTM industries公司采用高直链淀粉,与聚乙烯醇及发泡剂等通过在双螺杆机上生产的发泡淀粉材料,性能基本满足使用要求,但仍然存在发泡率偏低,泡孔直径不均匀,泡沫表面不平整等问题,极大地限制了其应用范围。
[0102] 一种可土壤降解及海洋生物降解吸管,要进入市场必须达到以下要求:①实用性,具有与可堆肥降解塑料近似的应用性能;有足够优异的力学性能,弹性模量的相互匹配性;易于塑型、保存、价廉;
②降解性,具有可调控的降解速率,并在完成使用功能后,能在土壤及海洋环境中较快地降解,最终回归自然;
③安全性,降解过程中对土壤及海洋环境无害或无潜在危害;
④经济性,价格与可堆肥降解塑料接近或持平。然而,目前降解塑料比同类现行塑料产品的价格高50%以上,其中能完全降解的高出4倍 8倍,成为其推广应用的最大障碍。
~
[0103] 对于上述一系列的要求,本申请基于共混技术原理、Coleman‑PainterF的氢键理论、分子组装理论,将本申请亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)、聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)为本申请吸管为骨架,亚微米级大米粉、高直链淀粉为基体,亚微米级植物纤维和蛋壳碳酸钙为增强体,与相关助剂,采用共混和共聚的措施,通过双阶串联螺杆造粒机组在55~140℃熔融挤出,形成新的分子间组装结构,借助聚对二氧环己酮(PPDO)、聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)优异的力学性能,借助亚微米级植物纤维和蛋壳碳酸钙的耐水性和力学强度,本申请吸管取得了良好的效果。
[0104] 本申请大米粉、高直链淀粉、植物纤维和蛋壳碳酸钙来源丰富,成本低廉。
[0105] 本申请亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)极易水解,即使在空气中也会迅速降解,作为一种极为少见的可实现完全闭环循环利用的可生物降解聚合物,最适合于在一次性使用制品领域应用,产品废弃后,既可以实现其反复循环利用,又能完全生物降解,其推广应用,对于同时解决资源与环境问题具有重要的意义。
[0106] 通常高分子聚合物的降解与其分子量、尺寸和形状、温度、降解环境都有着密切关系。本申请经实验研究,通过定期观察本申请亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)其吸水率与质量损失、pH特性黏数、降解过程中样品形态与晶体结构热力学性能与机械性能的改化,通过对本申请亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)失重率、吸水率、抗拉伸性能、形态学等方面的分析,发现并验证了:①发现高分子量的聚对二氧环己酮(PPDO)在中性、弱碱性环境中能够呈现较为平稳的降解过程;
②发现相对高分子量的聚对二氧环己酮(PPDO)在降解早期(第1‑3周)降解过程相对平稳,速度较慢,在第4‑6周降解速度明显加快,伴随着失重率的下降和抗拉伸强度的下降,然而,电镜扫描结果提示 聚对二氧环己酮(PPDO)仅为表面结构的破坏,并无中央部位的累及,在第 7周以后 ,聚对二氧环己酮(PPDO)抗拉伸强度进一步下降。这一降解过程与既往的研究报道类似。在相对低分子量的 聚对二氧环己酮(PPDO)降解实验中,这一过程虽然相似,然而聚对二氧环己酮(PPDO)的降解时间明显缩短,伴随着失重率的增加和抗拉伸强度的明显下降;
③发现相对高分子量的聚对二氧环己酮(PPDO)在降解过程中,质量损失与吸水率变化不大,但分子量下降明显,同时,样品表面缺陷逐渐增加;结晶度与玻璃化温度随之改变,但其晶体结构基本保持不变,这是分子量提高所带来的直接结果,证明高分子量的聚对二氧环己酮(PPDO)具有较慢的降解速度,显示出很好的稳定性;
④以往,有关 聚对二氧环己酮(PPDO)体外降解的实验数据,大多来源于手术缝线聚对二氧环己酮(PPDO)的降解实验结果,这种手术缝线由于具有较小的表面积和较高的取向程度,同时受其形状的限制,导致降解实验结果有很大的局限性;
但是将本申请聚对二氧环己酮(PPDO)制成管状样品后,由于改变了样品形状,其降解行为会发生相应改变,此时分子量成为影响降解的最主要因素之一。聚对二氧环己酮(PPDO)化学结构式为:‑{O‑(CH2)2‑O‑CH2‑CO}n‑,是由对二氧环己酮开环聚合成的高分子聚合物,其发生降解作用是通过水解发生。聚对二氧环己酮(PPDO)的相对分子量是决定降解时间的一项因素,在相同的外环境下,低分子量的聚对二氧环己酮(PPDO)发生降解的时间较短,而高分子量的聚对二氧环己酮(PPDO)发生降解的时间较长,因而能够提供较长时间的机械支撑性能;
⑤通过毛细管流变仪分析得知,与相同分子量的市售的聚对二氧环己酮(PPDO)相比,本申请亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)的熔体粘度较低,而且随着本申请PPDO目数的减小,熔体粘度更低。另外,分子量对熔体的流动性能影响也十分显著,随着分子量的增加,熔体的表观粘度增加;本申请亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)熔体流动行为对温度也十分敏感,随着温度的升高,本申请亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)的表观粘度下降很快;
⑥本申请亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)由于其特殊的结构,降解实验表明,本申请亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)比相同分子量的市售的聚对二氧环己酮(PPDO)失重速度要快,降解13周后,市售的聚对二氧环己酮(PPDO)重量保留率为70.94%,而本申请亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)重量保留率为60.59%,两者相差10%;这可能是因为本申请亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)具有更大的比表面积,和相同分子量的线性聚合物相比,更容易和水接触,水解速度也更快;另外一个原因是,聚合物分子末端酯键比分子内酯键更容易发生水解,本申请亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)由于其支化结构,末端酯键增多,因此也加速了其降解速度;
⑦本申请亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)比相同分子量的线性PPDO在磷酸盐缓冲溶液中降解速率要快,而且随着分子量的减小,降解速率更快。降解环境的pH值对降解速率影响也很大,本申请亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)对碱性环境最为敏感,聚合物在碱性环境中降解最快,在中性溶液中比在酸性溶液中失重速率快,但是分子量下降比较缓慢;
⑧通过对降解样品的H‑NMR 分析,表明本申请亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO) 的水解主要发生在链段的酯键上,而不是和多元醇相连的酯键上;DSC分析表明在11周后,本申请亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)的结晶度开始下降,结晶区也已经开始被破坏。
[0107] 由于国内外对高彽分子量的聚对二氧环己酮(PPDO),在生物医用材料等高附加价值以外的通用材料领域的降解研究还鲜见报道,因而本申请通过调整添加不同的分子量聚对二氧环己酮(PPDO),从而达到可控的降解速度,对于获得具有不同用途的聚对二氧环己酮(PPDO)生物降解材料,拓展其应用领域,使其具有更广泛的应用前景都具有积极意义。
[0108] 脂肪族聚酯常被用于生物医用材料和环境友好材料,因此生物降解性能是评价其性能的一个重要指标。聚合物的生物降解性能受聚合物的结构、分子量、亲水性、结晶度和降解环境的影响很大。本申请亚微米级聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)由于其独特的结构,和相同分子量的市售的聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)相比,有很多特殊的性能。本申请经实验研究,发现并验证了:①市售的聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)具有较高的玻璃化转变温度、熔点、结晶温度和结晶度, 但是,WAXD表明它们具有相似的结晶结构。实验结果还表明,市售的聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)在稀溶液中有较高的特性粘数,在浓溶液中,其动态粘度和损失模量却比本申请亚微米级聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)低;
②在磷酸盐缓冲液中的降解性能,结果表明,本申请亚微米级聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)比相同分子量的市售的聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)失重率高,但是分子量变化不如市售的聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)明显;
③本申请通过调整添加不同的亚微米级聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)两种单体的共聚比,而达到可控的降解特性,本申请经实验研究发现并验证了,在24h碱性环境中,PLGA70/30改性材料的降解率为35%, PLGA80/20改性材料的降解率为28%, PLGA90/10改性材料的降解率为20,本研究显示,由于具有较大的分子量且PLA含量较高,所以 PLGA90/10具有较长的降解时间,最初的4个月降解缓慢,之后迅速降解;因此,本申请对其降解性能的研究和评价,对其应用具有重要意义,为进一步探索聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)的降解机理和提高聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)的性能,提供了坚实的实验基础;本申请亚微米级聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)优异的水解降解特性,为目前受到广泛关注的“微塑料”污染问题提供了一种有效的解决方案。
[0109] ⒌聚合物的结构,包括化学结构、物理结构、表面结构等,以及聚合物亲水性,可降解键的稳定性,结晶度、聚集态结构等等对聚合物降解性能影响很大;本申请亚微米级聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)、亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)和市售的聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)、聚对二氧环己酮(PPDO)、由于具有不同的分子结构,表现出不同的降解性能和许多不同的物理性能;本申请亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)和纳米级聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA),由于带有更多的端羟基和特殊的结构,增加了和亚微米级大米粉、高直链淀粉、植物纤维的亲和性以及固化速度,获得了较高的包覆效率;
与相同分子量的市售的聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)、聚对二氧环己酮(PPDO)相比,本申请亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)和亚微米级聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA),由于具有较小的流体力学体积,因此,它的熔体和溶液粘度都要低得多;本申请亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)和亚微米级聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)可广泛应用于农业、医药、化妆品和环境友好材料等工业等;
本申请采用亚微米级聚对二氧环己酮(PPDO)和亚微米级聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA),设计合成出具有新颖结构的聚合物,使其在药物释放体系和组织工程材料方面具有更广阔的应用前景。
[0110] 综上所述,本申请一种多元组合协同精制的生物降解吸管,很好的满足上述一系列的要求,采用的原料成本较低,且能够较好地平衡好产品的综合性能和生物降解能力,使产品具有良好的力学性能和适当的使用寿命;本申请通过改变材料的组成成分或化学结构、分子量,以达到调控至所需的物理、化学或生物性能;通过一定工艺,调控材料的降解速率和降解周期,保证吸管在一定使用周期内保持较好的有效使用性能,在其使用过后,也能按需求在可土壤及海洋环境降解,回归生态循环中,同时,能够在土壤及海洋环境时均具有良好的生物降解性能,这是其他类材料与本申请无法比拟的优势。
[0111] 6.本申请采用的共混熔融挤出。
[0112] 传统的研究主要致力于热塑性材料与可生物降解聚合物物理共混和复合层改性,这两种方法所得复合物材料两相界面相容性较差,热塑性材料添加量较小,得到的复合材料耐水性能和力学性能较差。
[0113] 本申请采用的共混熔融挤出,混合物材料在挤出过程中高温高压下进行酯交换或使混合物材料交联或接枝,从而得到具有两亲性的聚合物,以此提高各混合物材料的相容性和共混物的可加工性,本申请实验研究发现并验证了这种方法可使热塑性材料添加量增大,表现出色,具有优异的机械性能、低成本、低密度和高降解性。
[0114] 综上所述,基于这些优势,本申请吸管展示出代替传统堆肥降解吸管的巨大潜力,这为工业化制备高性能吸管提供了坚实的理论基础,同时上述研究可广泛的用于更大尺度、更深入的可土壤降解及海洋生物降解材料的研究工作。

具体实施方式

[0115] 下面通过实施例对本申请做进一步详细说明,这些实施例仅用来说明本申请,并不限制本申请的范围。实施例
[0116] 一种多元组合协同精制的生物降解吸管及其制备方法,包括以下步骤:①按照重量份配比称取:陈米粉60份、高直链玉米淀粉8份、复配增塑剂聚乙二醇硬脂酸酯3.5份、乙酰柠檬酸三丁酯2.5份共同加入混料机中,在1500rpm转速下搅拌5分钟后,在室温下,将所得物料密封放置24h后,干燥至含水率≦1%,密封备用;
②按照重量份配比称取:植物纤维竹纤维8份、蛋壳碳酸钙8份、改性剂巴斯夫公司环氧官能化ADR4468扩链剂1.2份、天然抗氧化剂大豆多酚0.05份、抗菌剂Velsan SPA多功能抗菌剂0.1份加入混料机中,在800rpm转速下搅拌5分钟后,干燥至含水率≦1%,密封备用;
③按照重量份配比称取:聚对二氧环己酮(PPDO)4.8份、聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)7.2份、增容剂PLGA‑b‑PPDO嵌段共聚物0.96份加入混料机中,在300rpm转速下搅拌
10分钟后,密封备用;
④采用双阶串联螺杆挤出机组,第一阶段螺杆挤出机长径比为32:1,第二阶段单螺杆挤出机长径比为16:1;设定第一阶段螺杆挤出机机筒温区温度依次为:75℃、85℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃,设定第二阶段单螺杆挤出机机筒温区温度依次为:140℃、
130℃、125℃、105℃、75℃、55℃,共十三个温区,通过真空上料机输送装置将步骤①的原料加入双阶串联螺杆挤出机组的第一温区设置的第一入料口,经过充分混合→输送至第三温区设置的第二入料口加入步骤②的原料,再经过充分混合→输送至第五温区设置的第三入料口加入步骤③的原料;螺杆转速为150r/min,在55~140℃熔融挤出→牵引→冷却→裁切→包装→得到一种多元组合协同精制的生物降解吸管;
在生产线变换成型模具和裁切刀,规模化生产各式管状物。
实施例
[0117] 一种多元组合协同精制的生物降解吸管及其制备方法,包括以下步骤 :①按照重量份配比称取:早籼米粉20份、高直链表皮褶皱豌豆淀粉5份、复配增塑剂1‑乙基‑3甲基咪唑乙酸酯1.35份、泊洛沙姆0.9份共同加入混料机中,在2000rpm转速下搅拌12分钟后,在室温下,将所得物料密封放置24h后,干燥至含水率≦1%,密封备用;
②按照重量份配比称取:植物纤维荷叶纤维3份、蛋壳碳酸钙3份、改性剂巴斯夫公司环氧官能化ADR4468扩链剂0.3份、天然抗氧化剂维生素E0.02份、抗菌剂Velsan SPA多功能抗菌剂0.06份加入混料机中,在1000rpm转速下搅拌5分钟后,干燥至含水率≦1%,密封备用;
③按照重量份配比称取:聚对二氧环己酮(PPDO)5份、聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)45份、增容剂PGA‑b‑PPDO嵌段共聚物4份加入混料机中,在500rpm转速下搅拌10分钟后,密封备用;
④采用双阶串联螺杆挤出机组,第一阶段螺杆挤出机长径比为32:1,第二阶段单螺杆挤出机长径比为16:1;设定第一阶段螺杆挤出机机筒温区温度依次为:80℃、90℃、95℃、100℃、120℃、125℃、130℃,设定第二阶段单螺杆挤出机机筒温区温度依次为:140℃、
135℃、130℃、110℃、80℃、60℃,共十三个温区,通过真空上料机输送装置将步骤①的原料加入双阶串联螺杆挤出机组的第一温区设置的第一入料口,经过充分混合→输送至第三温区设置的第二入料口加入步骤②的原料,再经过充分混合→输送至第五温区设置的第三入料口加入步骤③的原料;螺杆转速为200r/min,在60~140℃熔融挤出→牵引→冷却→裁切→包装→得到一种多元组合协同精制的生物降解吸管;
在生产线变换成型模具和裁切刀,规模化生产各式管状物。
实施例
[0118] 一种多元组合协同精制的生物降解吸管及其制备方法,包括以下步骤 :①按照重量份配比称取:碎米粉30份、高直链表皮褶皱豌豆淀粉3份、复配增塑剂丙三醇1.77份、木糖醇1.2份共同加入混料机中,在1700rpm转速下搅拌9分钟后,在室温下,将所得物料密封放置24h后,干燥至含水率≦1%,密封备用;
②按照重量份配比称取:植物纤维甘蔗纤维5份、蛋壳碳酸钙4份、改性剂巴斯夫公司环氧官能化ADR4468扩链剂0.8份、天然抗氧化剂茶多酚0.04份、抗菌剂Velsan SPA多功能抗菌剂0.08份加入混料机中,在900rpm转速下搅拌5分钟后,干燥至含水率≦1%,密封备用;
③按照重量份配比称取:聚对二氧环己酮(PPDO)45份、聚乳酸‑乙醇酸共聚物(PLGA)5份、增容剂PLGA‑b‑PPDO嵌段共聚物4份加入混料机中,在400rpm转速下搅拌10分钟后,密封备用;
④采用双阶串联螺杆挤出机组,第一阶段螺杆挤出机长径比为32:1,第二阶段单螺杆挤出机长径比为16:1;设定第一阶段螺杆挤出机机筒温区温度依次为:78℃、88℃、93℃、98℃、115℃、123℃、128℃,设定第二阶段单螺杆挤出机机筒温区温度依次为:135℃、
130℃、128℃、108℃、78℃、58℃,共十三个温区,通过真空上料机输送装置将步骤①的原料加入双阶串联螺杆挤出机组的第一温区设置的第一入料口,经过充分混合→输送至第三温区设置的第二入料口加入步骤②的原料,再经过充分混合→输送至第五温区设置的第三入料口加入步骤③的原料;螺杆转速为180r/min,在58~135℃熔融挤出→牵引→冷却→裁切→包装→得到一种多元组合协同精制的生物降解吸管;
在生产线变换成型模具和裁切刀,规模化生产各式管状物。
[0119] 目前,更多研究论证,使用可生物降解塑料的初衷或并没有达成。一方面,绝大多数都是堆肥降解塑料,也需要满足一定条件,并且受氧气、湿度、温度、特定微生物等的影响。这就意味着生物降解塑料制品使用后,也不能随便丢弃,降解也是需要条件的。但在自然环境中,很难去达到这个降解条件,需要人为地创造条件,在大力大展生物降解塑料的同时,也需要配套设施的跟进;另一方面,就现在的工艺条件而言,可生物降解塑料也许没有人们预期的那么“环境友好”,除非在降低降解要求这能有所突破,或者大家都能把可生物降解垃圾丢到厨余垃圾桶里;可生物降解塑料制品是为了替代没有得到控制流入自然环境中的塑料,减少对环境的影响。但清华大学的调研数据显示,其实近97%还是进入了焚烧和填埋环节。
[0120] 根据上述实施例所得的一种多元组合协同精制的生物降解吸管,本申请经实验研究发现并验证了:⒈本申请实施例1,根据ASTM D5338(在模拟城市的废物堆环境下测定塑料好氧型生物降解的标准法)标准进行。在整个测试过程中,容器的通气率应保持恒定,测定容器的周围环境是变化的,每隔指定天数取一次样,用蒸馏水冲洗干净,60℃真空干燥至恒重,测其重量的变化;
注:废物混合物包括碎树叶、食品类废物、厨余、木屑、尿、蒸馏水,湿度为60‑70%;
本申请实施例1吸管堆肥填埋生物降解速率,见表5;
[0121] 满足ASTM D5338标准对降解速率的要求和堆肥填埋降解的定义。
[0122] 2.本申请实施例2,根据ASTM D7473‑12通过开放系统水族箱孵化在海洋环境中塑料材料重量消耗的标准测试方法,吸管180天降解速率≥90%,满足ASTM D7473‑12标准对降解速率的要求和海洋降解的定义。
[0123] 3.本申请实施例3吸管,根据ASTM D5988土壤降解标准测试,吸管120天降解速率≥90%,满足ASTM D5988标准对降解速率的要求和土壤降解的定义。
[0124] 以上所有前述对本申请的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本申请限定为所公开的精确形式,并且很显然,根据上述教导,可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本申请的特定原理及其实际应用,从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本申请的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换、可以想到的其他替代手段,均在本申请的保护范围之列,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。