【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及可生物降解材料，具體涉及一種可生物降解的復合聚乳酸包裝袋及其制備方法。
技術介紹
1、隨著全球電子商務的蓬勃發展和物流行業的快速增長，郵政、京東、順豐等快遞及物流企業對包裝材料的需求急劇增加，傳統的塑料包裝袋因其成本低廉、防水防潮等特性，在快遞及物流行業中被廣泛應用，然而，這些塑料包裝袋在完成其包裝使命后，往往被隨意丟棄，成為難以降解的環境污染物，對土壤、水源及生態系統造成嚴重的破壞，為響應全球環保號召，減少塑料污染，開發可生物降解的包裝材料已成為行業共識。
2、在現有技術中，公開號為cn108586934a的一篇中國專利技術專利，公開了一種可生物降解pp編織袋材料，包括下屬重量份：聚丙烯：100-200份納豆菌份：0.1-0.5份玉米淀粉：1-10份相容劑：0.5-1份，加入納豆菌粉以及玉米淀粉，納豆菌粉中會存在納豆菌，納豆菌本身分泌出一種物質對玉米淀粉進行分解，而在整個材料制備過程中，玉米淀粉首先和聚丙烯發生聚合，作為橋梁連接聚丙烯分子，同時納豆菌粉也會聚合在其中，在埋入土壤的過程中，由于納豆菌粉的存在，可以起到一個誘發玉米淀粉分子降解的效果，使得整個分子鏈發生斷裂，將大分子聚丙烯分解成小分子的聚丙烯，更加有助于整個高分子的降解。
3、但是，聚丙烯在自然環境中的降解時間大約需要20-30年，并且在這個過程中會釋放出毒素，因此不能說是可生物降解，聚乳酸作為一種源自可再生資源的生物基材料，因其良好的生物相容性、可降解性和可加工性，在可降解包裝材料領域展現出巨大的潛力，雖然聚乳酸具有一定的力學
4、針對此方面的技術缺陷，現提出一種解決方案。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種可生物降解的復合聚乳酸包裝袋及其制備方法，用于解決現有技術中的聚乳酸材料在力學性能、耐熱性能及降解速率等方面尚不能完全滿足快遞及物流行業對包裝材料的高要求的技術問題。
2、本專利技術的目的可以通過以下技術方案實現：一種可生物降解的復合聚乳酸包裝袋，包括按重量份的以下組成：改性聚乳酸90-100份、改性淀粉10-15份、改性納米纖維15-20份、顏料4-8份和添加助劑5-7份；
3、所述改性聚乳酸的制備方法為：將l-丙交酯、聚乙二醇、十六甲基-1,15-二羥基八硅氧烷、甲苯和催化劑加入到氮氣保護的反應釜中攪拌，反應釜夾套溫度升高至120-130℃，保溫反應8-10h，反應釜溫度降低至75-85℃，向反應釜中加入異佛爾酮二異氰酸酯，保溫處理3-4h，后處理得到改性聚乳酸。
4、改性聚乳酸的合成反應方程式為：
5、
6、式中：
7、r1：
8、r2：
9、改性聚乳酸的合成反應機理為：
10、l-丙交酯在辛酸亞錫的催化下，于高溫和氮氣保護下發生開環聚合反應，l-丙交酯的環狀結構被打開，形成線性聚乳酸鏈，聚乙二醇與十六甲基-1,15-二羥基八硅氧烷分子鏈上的末端羥基與聚乳酸鏈末端的羧基發生酯化反應，從而被引入到聚乳酸鏈中，形成聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸共嵌鏈段與聚乳酸-十六甲基-1,15-二羥基八硅氧烷-聚乳酸共嵌鏈段的聚乳酸分子鏈，異佛爾酮二異氰酸酯分子上含有的兩個異氰酸酯基團能夠與聚乳酸鏈上的羥基反應，擴展聚合物鏈的長度，通過控制異佛爾酮二異氰酸酯過量使用，形成異氰酸酯基封端的改性聚乳酸，異氰酸酯基在水環境下形成氨基，通過高溫減壓蒸餾，去除小分子結構的雜質，制備得到改性聚乳酸。
11、進一步的，所述l-丙交酯、聚乙二醇、十六甲基-1,15-二羥基八硅氧烷、甲苯、催化劑和異佛爾酮二異氰酸酯的用量比為28-32g:5-7g:8-10g:300ml:0.5g:6-8g，所述催化劑為辛酸亞錫，所述聚乙二醇為聚乙二醇200，所述后處理包括：反應完成之后，向反應釜中加入純化水，反應釜溫度升高至120-130℃，減壓蒸餾至無液體采出，得到改性聚乳酸。
12、進一步的，改性淀粉的制備方法為：將淀粉、甘油加入到溫度為120-130℃的轉矩流變儀中，設置攪拌轉速為70-80r/min，保溫處理15-25min，降溫出料，得到改性淀粉。
13、改性淀粉的合成反應機理為：
14、在高溫下，淀粉顆粒開始軟化并發生部分糊化，淀粉顆粒的結構變得較為松散，甘油作為一種小分子多元醇，具有良好的滲透性，使得甘油分子更容易滲透到淀粉顆粒內部，滲透進入的甘油分子能夠占據淀粉顆粒中的部分空間，增加淀粉顆粒的膨脹度，并且甘油分子上的羥基與淀粉分子上的羥基之間在高溫作用下容易形成氫鍵，氫鍵的形成能夠增強甘油與淀粉分子之間的相互作用力，使得兩者結合得更加緊密，制備得到改性淀粉。
15、進一步的，所述淀粉與甘油的重量比為7:2-3，所述淀粉為紅薯淀粉、馬鈴薯淀粉、木薯淀粉中的一種或多種。
16、進一步的，改性納米纖維由以下步驟加工得到：
17、a1、將木屑纖維、殼聚糖和純化水加入到球磨機中，球磨60-80min，將其轉移到高壓均質機中，均質8-10次，后處理得到復合納米纖維；
18、復合納米纖維的合成反應機理為：
19、木屑纖維與殼聚糖在球磨機中混合均勻，球磨介質對原料施加強烈的機械沖擊和剪切力，促進原料顆粒的破碎和細化，同時促進不同組分之間的物理混合，使它們在一定程度上相互嵌入或交織，形成更緊密的混合物，高壓均質機通過高壓剪切、撞擊和空穴效應，進一步細化顆粒，使混合物達到納米級分散，同時增強各組分之間的相互作用，制備得到復合納米纖維。
20、a2、將復合納米纖維、無水乙醇、kh-560加入到反應釜中攪拌，反應釜溫度升高至50-60℃，向反應釜中加入氫氧化鈉溶液，保溫反應2-3h，后處理得到改性納米纖維。
21、改性納米纖維的合成反應機理為：
22、kh-560分子中含有可水解的硅氧烷基團和有機官能團，在堿性條件下，硅氧烷基團水解生成硅醇，生成的硅醇與復合納米纖維表面的羥基發生縮合反應，形成共價鍵，在復合納米纖維的外部形成kh-560修飾，得到改性納米纖維。
23、進一步的，步驟a1中，所述木屑纖維、殼聚糖和純化水的用量比為5g:3g:20ml，所述后處理包括：處理完成之后，將其從均質機中取出，置于溫度為-20℃的凍干機中，凍干至恒重，得到復合納米纖維；步驟a2中，所述復合納米纖維、無水乙醇、kh-560和氫氧化鈉溶液的用量比為7g:30ml:3g:10ml，所述氫氧化鈉溶液的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種可生物降解的復合聚乳酸包裝袋，其特征在于，包括按重量份的以下組成：改性聚乳酸90-100份、改性淀粉10-15份、改性納米纖維15-20份、顏料4-8份和添加助劑5-7份；
2.根據權利要求1所述的一種可生物降解的復合聚乳酸包裝袋，其特征在于，所述L-丙交酯、聚乙二醇、十六甲基-1,15-二羥基八硅氧烷、甲苯、催化劑和異佛爾酮二異氰酸酯的用量比為28-32g:5-7g:8-10g:300mL:0.5g:6-8g，所述催化劑為辛酸亞錫，所述聚乙二醇為聚乙二醇200。
3.根據權利要求1所述的一種可生物降解的復合聚乳酸包裝袋，其特征在于，改性淀粉的制備方法為：將淀粉、甘油加入到溫度為120-130℃的轉矩流變儀中，設置攪拌轉速為70-80r/min，保溫處理15-25min，降溫出料，得到改性淀粉。
4.根據權利要求3所述的一種可生物降解的復合聚乳酸包裝袋，其特征在于，所述淀粉與甘油的重量比為7:2-3，所述淀粉為紅薯淀粉、馬鈴薯淀粉、木薯淀粉中的一種或多種。
5.根據權利要求1所述的一種可生物降解的復合聚乳酸包裝袋，其特征在于
6.根據權利要求5所述的一種可生物降解的復合聚乳酸包裝袋，其特征在于，步驟A1中，所述木屑纖維、殼聚糖和純化水的用量比為5g:3g:20mL，所述后處理包括：處理完成之后，將其從均質機中取出，置于溫度為-20℃的凍干機中，凍干至恒重，得到復合納米纖維；步驟A2中，所述復合納米纖維、無水乙醇、KH-560和氫氧化鈉溶液的用量比為7g:30mL:3g:10mL，所述氫氧化鈉溶液的濃度為0.3-0.5mol/L。
7.根據權利要求5所述的一種可生物降解的復合聚乳酸包裝袋，其特征在于，木屑纖維由以下步驟加工得到：
8.根據權利要求7所述的一種可生物降解的復合聚乳酸包裝袋，其特征在于，步驟B1中，所述木屑與抽提液的用量比為1g:10-15mL，所述抽提液由甲苯和甲醇按體積比5:3組成；步驟B2中，所述預處理木屑、純化水、混合酸和補充酸的用量比為5g:150mL:3g:3g，所述混合酸和補充酸均由亞氯酸鈉與80wt％醋酸水溶液按重量比1.4:1組成；步驟B3中，所述酸處理木屑、堿液的用量比為1g:15mL，所述堿液為4-7wt％氫氧化鉀水溶液。
9.根據權利要求1-8任一項所述的一種可生物降解的復合聚乳酸包裝袋的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
10.根據權利要求9所述的一種可生物降解的復合聚乳酸包裝袋的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述添加助劑由分散劑、抗氧化劑、光穩定劑、抗靜電劑、增塑劑按重量比2:1:2:1:4組成，分散劑為硬脂酸鹽，抗氧化劑為抗氧劑168、抗氧劑364、抗氧劑1010中的一種或多種，光穩定劑為UV-944、UV-770、UV-783中的一種或多種，所述抗靜電劑為對壬基苯氧基丙基磺酸鈉，增塑劑為鄰苯二甲酸酯，所述扁絲機的料管從進料端朝向出料端的8個溫度區段的溫度依次為175-185℃、180-190℃、185-195℃、185-195℃、185-195℃、185-195℃、190-200℃、190-200℃，拉伸倍率為5-7倍。
...【技術特征摘要】
1.一種可生物降解的復合聚乳酸包裝袋，其特征在于，包括按重量份的以下組成：改性聚乳酸90-100份、改性淀粉10-15份、改性納米纖維15-20份、顏料4-8份和添加助劑5-7份；
2.根據權利要求1所述的一種可生物降解的復合聚乳酸包裝袋，其特征在于，所述l-丙交酯、聚乙二醇、十六甲基-1,15-二羥基八硅氧烷、甲苯、催化劑和異佛爾酮二異氰酸酯的用量比為28-32g:5-7g:8-10g:300ml:0.5g:6-8g，所述催化劑為辛酸亞錫，所述聚乙二醇為聚乙二醇200。
3.根據權利要求1所述的一種可生物降解的復合聚乳酸包裝袋，其特征在于，改性淀粉的制備方法為：將淀粉、甘油加入到溫度為120-130℃的轉矩流變儀中，設置攪拌轉速為70-80r/min，保溫處理15-25min，降溫出料，得到改性淀粉。
4.根據權利要求3所述的一種可生物降解的復合聚乳酸包裝袋，其特征在于，所述淀粉與甘油的重量比為7:2-3，所述淀粉為紅薯淀粉、馬鈴薯淀粉、木薯淀粉中的一種或多種。
5.根據權利要求1所述的一種可生物降解的復合聚乳酸包裝袋，其特征在于，改性納米纖維由以下步驟加工得到：
6.根據權利要求5所述的一種可生物降解的復合聚乳酸包裝袋，其特征在于，步驟a1中，所述木屑纖維、殼聚糖和純化水的用量比為5g:3g:20ml，所述后處理包括：處理完成之后，將其從均質機中取出，置于溫度為-20℃的凍干機中，凍干至恒重，得到復合納米纖維；步驟a2中，所述復合納米纖維、無水乙醇、kh-560和氫氧化鈉溶液的用量比為7g:30m...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李成，郭之全，李云飛，李新新，
申請(專利權)人：安徽云鳴新材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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