一种耐热聚乳酸吸管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐热聚乳酸吸管，原料组成按总量100重量份计，包括：聚乳酸50～89份；聚呋喃二甲酸/二甘醇酸丁二醇酯5～15份；滑石粉5～30份；成核剂0.3～1份；扩链剂0.2～1份；环氧大豆油0.3～2份；润滑剂0.2～1份；本发明专利技术以生物可降解的聚呋喃二甲酸/二甘醇酸丁二醇酯作为聚乳酸吸管的增韧组分，同时利用环氧大豆油和扩链剂作为相容剂，解决了聚乳酸吸管在生产过程中易切口开裂的问题；并在聚乳酸吸管的制备过程中采用分段退火处理工艺使其逐步充分结晶，能够显著提高聚乳酸吸管的耐热性。本发明专利技术提供的耐热聚乳酸吸管耐热温度可达90℃以上，且在吸管制备的切割过程中吸管切口不开裂、退火过程中吸管不变形。退火过程中吸管不变形。退火过程中吸管不变形。

A heat-resistant polylactic acid straw and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种耐热聚乳酸吸管及其制备方法


[0001]本专利技术属于可降解聚乳酸材料
，具体涉及一种耐热聚乳酸吸管及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着人们生活水平的提高，奶茶、咖啡等饮品已经成为人们日常生活中休闲娱乐的一个重要组成部分，因此也带动了一次性饮料吸管需求的持续增长。然而，传统的一次性饮料吸管主要以聚丙烯为原料，此类吸管很难回收且无法快速降解，大量使用势必会造成严重的白色污染。现有技术中，研究人员尝试使用具有生物可降解特性的聚乳酸吸管来代替传统的聚丙烯吸管。
[0003]然而，聚乳酸材料硬且脆，采用现有吸管成型工艺生产聚乳酸吸管过程中容易发生切口开裂现象。此外，聚乳酸的结晶速度很慢且玻璃化转变温度较低，导致其热变形温度仅为58℃左右，聚乳酸吸管接触到热饮后就会软化变形，从而丧失吸管的基本功能，导致无法满足消费者的使用需求。采用普通退火工艺对聚乳酸吸管进行二次结晶虽然能够在一定程度上提高其耐热温度，但其在退火过程中容易发生弯曲和变形，从而影响美观和使用。
[0004]公开号为CN112521735A的中国专利文献公开了一种PLA耐热吸管及制备方法，该PLA耐热吸管采用三层共挤技术挤出制备，包括依次连接的外层、中间层和内层，外层和内层包括以下重量份的组分：共聚聚乳酸36份～73份、芳香族聚酯10份～20份、脂肪族聚酯10份～20份、无机填料5份～20份、聚乳酸成核剂1份～2份、润滑剂1份～2份；中间层采用脂肪族聚酯。该吸管虽然耐热性较好，达到120℃以上水平，但其设备要求高、成本较高，且共聚聚乳酸的引入会影响吸管的生物可降解性能。
[0005]公开号为CN110804287A的中国专利文献公开了一种耐热改性聚乳酸复合材料，包括以下原材料组分：聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚已二酸/对苯二甲酸丁二酯、芥酸酰胺、乙酰柠檬酸三丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙基甲基丙烯酸酯共聚物、抗氧剂10760、滑石粉。该专利技术通过引入耐温性能优异的可全生物降解的聚丁二酸丁二醇酯组分、采用聚已二酸/对苯二甲酸丁二酯进行增韧处理、采用超细滑石粉促进复合体系的结晶行为三种方式来提升聚乳酸复合材料的耐热性能，但该专利技术中超细滑石粉在共混时容易团聚且原材料不易得到。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中聚乳酸吸管韧性差、耐热温度低、生产过程中易产生切口开裂等问题，本专利技术提供了一种耐热聚乳酸吸管，该聚乳酸吸管的耐热性能优异，耐热温度可达90℃以上，且在切割过程中吸管切口不开裂、退火过程中吸管不变形。
[0007]具体采用的技术方案如下：
[0008]一种耐热聚乳酸吸管，原料组成按总量100重量份计，包括：
[0009][0010]所述的聚呋喃二甲酸/二甘醇酸丁二醇酯为生物可降解的无规共聚酯，包括式(Ⅰ)所示结构的第一重复单元和式(Ⅱ)所示结构的第二重复单元，
[0011][0012]本专利技术以聚乳酸、聚呋喃二甲酸/二甘醇酸丁二醇酯、滑石粉、成核剂、扩链剂、环氧大豆油和润滑剂为原料制备耐热聚乳酸吸管。其中，聚呋喃二甲酸/二甘醇酸丁二醇酯是一种生物基共聚酯，具有优异的延展性、良好的气体阻隔性能和良好的生物可降解性能，可以显著提高聚乳酸吸管的韧性，而成核剂在分段退火处理时能够逐步提高聚乳酸吸管的结晶度，显著提高聚乳酸吸管的耐热性而不发生弯曲变形，各组分之间协同发挥作用并结合成型工艺最终提高聚乳酸吸管的韧性和耐热性。
[0013]优选的，所述的聚乳酸的重均分子量为150000～250000g/mol，光学纯度≥96％。
[0014]优选的，当式(Ⅰ)所示结构的第一重复单元和式(Ⅱ)所示结构的第二重复单元的摩尔比为1:1时，所述的聚呋喃二甲酸/二甘醇酸丁二醇酯降解性能好，机械性能优异，适于耐热聚乳酸吸管的制备。
[0015]所述的聚呋喃二甲酸/二甘醇酸丁二醇酯的合成方法为：在保护性气氛下，将呋喃
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2,5
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二甲酸二甲酯、二甘醇酸和丁二醇按1：1：2.4～3的摩尔比进行混合，加入二丁基氧化锡催化剂后在170～190℃下预聚3～4h，再加入三氧化二锑在210～230℃、30～50Pa下反应2～3h后，得到所述的聚呋喃二甲酸/二甘醇酸丁二醇酯。选用上述方法得到的聚呋喃二甲酸/二甘醇酸丁二醇酯可以显著提高产品聚乳酸吸管的韧性，解决聚乳酸吸管在生产过程中面临的切口开裂问题。
[0016]所述的聚呋喃二甲酸/二甘醇酸丁二醇酯的重均分子量为50000～80000g/mol。
[0017]优选的，所述的滑石粉的粒径为1000～3000目；较小尺寸的滑石粉能够起到异相成核的作用，可作为无机成核剂，在一定程度上提高聚乳酸吸管的耐热性；进一步优选的，滑石粉的粒径为1500～3000目。
[0018]所述的成核剂为乙撑双硬脂酸酰胺、乙撑双
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羟基硬脂酸酰胺、乙撑双月桂酸酰胺和乙撑双油酸酰胺中的至少一种；上述有机成核剂的加入有利于进一步提高聚乳酸的结晶速率，在分段退火处理过程中使聚乳酸吸管的结晶度显著增加，从而有效地提高聚乳
酸吸管的耐热温度。
[0019]所述的扩链剂为巴斯夫扩链剂Joncryl ADR
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4400或巴斯夫扩链剂Joncryl ADR
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4468；Joncryl ADR
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4400和Joncryl ADR
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4468均为含多环氧官能团的低聚物，环氧官能团能够同时与聚乳酸和聚呋喃二甲酸/二甘醇酸丁二醇酯分子链上的端羟基或端羧基反应，生成接枝共聚物而起到相容剂的作用，从而提高聚乳酸吸管的韧性。
[0020]此外，环氧大豆油在配方体系中的加入，一方面有助于成核剂及扩链剂在预混过程中均匀分散，提高聚乳酸吸管的力学性能；另一方面，环氧大豆油也是一种多环氧基团的化合物，可以起到增容和增塑的作用，进一步提高聚乳酸吸管的韧性。
[0021]本专利技术还提供了所述的耐热聚乳酸吸管的制备方法，包括以下步骤：
[0022](1)将以质量份计的，50～89聚乳酸、5～15份聚呋喃二甲酸/二甘醇酸丁二醇酯、5～30份滑石粉、0.3～1份成核剂、0.2～1份扩链剂、0.3～2份环氧大豆油和0.2～1份润滑剂预混后得到预混料；
[0023](2)将预混料熔融共混，挤出造粒后得到聚乳酸改性料；
[0024](3)聚乳酸改性料经挤管、分段退火处理，得到所述的耐热聚乳酸吸管。
[0025]本专利技术方法采用上述特定组成的原材料，结合添加成核剂提高聚乳酸结晶速率和采用分段退火工艺逐步提高聚乳酸结晶度的手段来提高聚乳酸吸管的耐热性；分段退火处理可以使得挤管后得到的聚乳酸吸管先在较低温度下初步结晶，然后在较高温度下进一步结晶，最后实现充分结晶的目的，避免了聚乳酸吸管因过快结晶收缩而发生弯曲或变形。
[0026]优选的，步骤(1)中，将聚乳酸与聚呋喃二甲酸/二甘醇酸丁二醇酯烘干除湿后按照配方与其他组分预混后得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐热聚乳酸吸管，其特征在于，原料组成按总量100重量份计，包括：所述的聚呋喃二甲酸/二甘醇酸丁二醇酯为生物可降解的无规共聚酯，包括式(Ⅰ)所示结构的第一重复单元和式(Ⅱ)所示结构的第二重复单元，2.根据权利要求1所述的耐热聚乳酸吸管，其特征在于，所述的聚乳酸的重均分子量为150000～250000g/mol，光学纯度≥96％。3.根据权利要求1所述的耐热聚乳酸吸管，其特征在于，所述的聚呋喃二甲酸/二甘醇酸丁二醇酯中，式(Ⅰ)所示结构的第一重复单元和式(Ⅱ)所示结构的第二重复单元的摩尔比为1:1；聚呋喃二甲酸/二甘醇酸丁二醇酯重均分子量为50000～80000g/mol。4.根据权利要求1所述的耐热聚乳酸吸管，其特征在于，所述的聚呋喃二甲酸/二甘醇酸丁二醇酯的合成方法为：在保护性气氛下，将呋喃
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二甲酸二甲酯、二甘醇酸和丁二醇按1：1：2.4～3的摩尔比进行混合，加入二丁基氧化锡催化剂后在170～190℃下预聚3～4h，再加入三氧化二锑在210～230℃、30～50Pa条件下反应2～3h后，得到所述的聚呋喃二甲酸/二甘醇酸丁二醇酯。5.根据权利要求1所述的耐热聚乳酸吸管，其特征在于，所述的滑石粉的粒径为1000～3000目。6.根据权利要求1所述的耐热聚乳酸吸管，其特征在于，所述的成核剂为乙撑双硬脂酸酰胺、乙撑双
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【专利技术属性】
技术研发人员：徐建海，
申请(专利权)人：宁波昌亚新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：