本发明属于生物降解塑料及其制备
技术领域：
，具体涉及一种高表面质量低密度镁盐晶须增强聚乳酸复合材料，并且还涉及其制备方法。
背景技术：
：上面提及的高表面质量是指：由于成型出的即制造出的产品具有优异的光滑表面，因而无需对成型后的产品的表面进行诸如打磨、喷漆之类的表面涂装处理便可直接使用，然而已有技术为了提高生物降解材料的刚性和强度，往往通过添加玻璃纤维等矿物材料进行增强，并且玻璃纤维的直径比较大(在10μm乃至更大)，从而导致注塑成型的制件的外观十分粗糙，很难直接付诸使用，只能在打磨或喷涂等处理后方可使用。以石化原料制造的塑料是重要的基础材料并且在日常生活中的应用十分广泛，例如随着塑料包装、餐盒、快递、杯子和吸管等使用量的不断增加，对环境污染也越来越严重，特别是对海洋环境的污染日益加剧，因此有失环保并且无法自然降解的塑料废弃物成了对包括水域在内的自然环境的一大公害。为了保护人类赖以生存的环境，来源于生物原料的诸如聚乳酸之类的生物可降解塑料愈来愈受到人们的青睐，这是因为生物可降解塑料的性能与普通塑料接近，废弃后在自然环境、水域环境或在堆肥环境下，能再次降解为水和二氧化碳，回归于自然环境中，不会造成二次污染，可大规模地用作可降解塑料袋、一次性塑料餐具、宾馆酒家的一次性塑料用品及物流行业的快递塑料包装物。但是，将前述聚乳酸塑料制品作为餐具如筷子等使用时，往往暴露出诸如刚度不足、目前主要办法是进行玻璃纤维增强，但玻璃纤维增强后容易翘曲、表面粗糙等问题，同时由于聚乳酸和玻璃纤维密度都比较大，因而导致最终制品密度较大。中国专利cn106189136b推荐的“一种改性聚乳酸复合材料及其制造方法和应用”，该专利的原料组成为：玻璃纤维15-30份、无机填料(空心玻璃微珠和/或空心陶瓷微珠)5-15份和聚乳酸树脂48-78.6份，cn106433053b提供的“一种聚乳酸材料的方法及由该方法制备的聚乳酸材料”，该专利与上述cn106189136b相类似的情形，玄武岩纤维直径都是超过10微米，导致最终制品表面粗糙。鉴于前述情形，有必要加以改进，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。技术实现要素：本发明的首要任务在于提供一种平整性、韧性、强度以及耐热性能优异并且刚度理想、密度低的高表面质量低密度镁盐晶须增强聚乳酸复合材料。本发明的另一任务在于提供一种高表面质量低密度镁盐晶须增强聚乳酸复合材料的制备方法，该方法能保障得到的高表面质量低密度镁盐晶须增强聚乳酸的所述技术效果得以全面体现。本发明的首要任务是这样来完成的，一种高表面质量低密度镁盐晶须增强聚乳酸复合材料，其原料组成按质量百分数配比为：聚乳酸40.9-79.1％、镁盐晶须10-30％、空心玻璃微珠5-10％、增韧剂5-15％、成核剂0.1-0.3％、润滑剂0.2-0.8％、助剂0.1-1％和着色剂0.5-2％。一种高表面质量低密度镁盐晶须增强聚乳酸复合材料，其原料组成按质量百分数配比为；聚乳酸62％、镁盐晶须20％、空心玻璃微珠5％、增韧剂10％、成核剂0.1％、润滑剂0.8％、助剂0.1％和着色剂2％。一种高表面质量低密度镁盐晶须增强聚乳酸复合材料，其原料组成按质量百分数配比为；聚乳酸42.5％、镁盐晶须30％、空心玻璃微珠10％、增韧剂15％、成核剂0.3％、润滑剂0.2％、助剂1％和着色剂1％。一种高表面质量低密度镁盐晶须增强聚乳酸复合材料，其原料组成按质量百分数配比为；聚乳酸77.5％、镁盐晶须10％、空心玻璃微珠6％、增韧剂5％、成核剂0.2％、润滑剂0.5％、助剂0.3％和着色剂0.5％。在本发明的一个具体的实施例中，所述的聚乳酸为熔融指数为10-30g/10min、纯度为98％以上、密度为1.24g/cm3并且熔点在160℃以上的注塑级的左旋丙交酯聚乳酸。在本发明的另一个具体的实施例中，所述的镁盐晶须为分子式为mgso4·5mg(oh)2·3h2o、晶须的平均直径为小于0.5μm、平均长度为10-20μm、密度为2.3克/cm3以及ph值为9；所述的增韧剂为聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯(pbat)和/或聚己二酸-丁二醇酯(pbs)；所述的空心玻璃微珠的粒径d90小于50μm、密度小于0.5g/cm3、抗压强度大于100mpa，并且该空心玻璃微珠的壁厚为1-2μm；所述聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯的熔融指数为2-5g/10min并且熔点为110-120℃，所述聚己二酸-丁二醇酯的熔融指数为4-20g/10min并且熔点为110-120℃。在本发明的又一个具体的实施例中，所述的成核剂为直径在20μm以下的超细滑石粉、苯甲酸钠、山梨醇成核剂、有机磷酸钠和苯磺酸钾中的一种或几种的组合；所述的润滑剂为季戊四醇酯、脂肪酸酰胺或烷烃类物质；所述脂肪酸酰胺为油酸酰胺或乙撑双硬脂酰胺，所述的烷烃类物质为聚乙烯蜡；所述的助剂为主抗氧剂、副抗氧剂、羟基二苯甲酮、羟基苯并三唑或金属离子钝化剂；所述主抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂1076；所述的副抗氧剂为抗氧剂168或亚磷酸酰胺；所述的着色剂为钛白粉、碳黑或碳黑母粒。本发明的另一任务是这样来完成的，一种高表面质量低密度镁盐晶须增强聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤：a)备料，按质量百分数配比取以下原料：聚乳酸40.9-79.1％、镁盐晶须10-30％、空心玻璃微珠5-10％、增韧剂5-15％、成核剂0.1-0.3％、润滑剂0.2-0.8％、助剂0.1-1％和着色剂0.5-2％，并对聚乳酸烘干，得到原料；b)混料，将由步骤a)所述的经烘干的聚乳酸、增韧剂、成核剂、润滑剂、助剂和着色剂投入高速混合机中搅拌，得到混合料；c)熔融挤出，将步骤b)得到的混合料投入长径比为40-44∶1并且螺杆直径为65至75mm的双螺杆挤出机中，在控制螺杆转速以及控制螺杆挤出温度下熔融挤出，在熔融挤出过程中，在双螺杆的第五段将步骤a)所述的镁盐晶须侧向喂入，并且在双螺杆的第八段将步骤a)所述的空心玻璃微珠侧向喂入，双螺杆挤出机挤出后冷却并切粒，得到高表面质量低密度镁盐晶须增强聚乳酸复合材料。在本发明的再一个具体的实施例中，步骤a)中所述烘干的温度为75-85℃，烘干至含水率小于500ppm；步骤b)中所述搅拌的时间为1-5min。在本发明的还有一个具体的实施例中，步骤c)中所述的控制螺杆转速是将螺杆转速控制为180-600rpm，所述的控制螺杆挤出温度是将螺杆挤出温度控制为160-220℃。本发明提供的技术方案的技术效果在于：由于聚乳酸、镁盐晶须、空心玻璃微珠、增韧剂、成核剂、润滑剂、助剂以及着色剂的原料以及质量百分比的选择合理，因而能保障获得高表面质量低密度镁盐晶须增强聚乳酸复合材料，并且该复合材料还具有理想的耐热性、尺寸稳定性、强度、刚性和可降解性，能满足以注射成型方法制造诸如可降解筷子、可降解手柄之类的产品要求；由于空心玻璃微珠也是无机物，因而得以显著提高聚乳酸的强度、刚度及耐热性；由于采用了镁盐晶须，因而不会因玻璃纤维的导入而导致的外观粗糙的问题，使最终产品的高表面质量效果得以充分体现；同时因为空心玻璃微珠的密度小于0.5g/cm3,镁盐晶须的密度为2.3g/cm3，聚乳酸的密度为1.24g/cm3，所以玻璃微珠加入能有效的降低密度，从而制品更加轻量化。提供的制备方法工艺简单，无苛刻的工艺要素并且能使得到的聚乳酸复合材料全面体现前述的技术效果而得以满足工业化放大生产要求。具体实施方式实施例1：a)备料，按质量百分数(即按质量百分比)配取以下原料：聚乳酸62％、镁盐晶须20％、空心玻璃微珠5％、增韧剂10％、成核剂0.1％、润滑剂0.8％、助剂0.1％和着色剂2％，得到原料，本步骤中所述的聚乳酸为熔融指数为10g/10min、纯度为98％以上、密度为1.24g/cm3并且熔点在160℃以上并经85℃烘干至含水率小于500ppm的注塑级的左旋丙交酯聚乳酸(plla)，本步骤中所述的镁盐晶须分子式为mgso4·5mg(oh)2·3h2o，晶须的平均直径小于0.5μm，平均长度在15μm，密度为2.3克/cm3以及ph值为9，本步骤中所述的空心玻璃微珠的粒径d90小于50μm、密度小于0.5g/cm3、抗压强度大于100mpa，并且该空心玻璃微珠的壁厚为1μm，本步骤中所述的增韧剂为熔融指数为2-5g/10min并且熔点为110-120℃的聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯(pbat)与熔融指数为4-20g/10min并且熔点为110-120℃的聚己二酸-丁二醇酯(pbs)两者按相同重量比相混合的混合物，本步骤中所述的成核剂为直径在20μm以下的超细滑石粉、苯甲酸钠以及有机磷酸钠三者按相同重量比相混合的混合物，本步骤中所述的润滑剂为季戊四醇酯，本步骤中所述的助剂为主抗氧剂即抗氧剂1010(也可以使用抗氧剂1076)，本步骤所述的着色剂为钛白粉；b)混料，将由步骤a)所述的烘干的左旋丙交酯聚乳酸(plla)、增韧剂、成核剂、润滑剂、助剂和着色剂投入高速混合机中混合5min，得到混合料；c)熔融挤出(即螺杆熔融挤出)，将步骤b)得到的混合料投入长径比为40∶1并且直径为65mm的双螺杆挤出机中，在螺杆转速为600rpm以及挤出温度为200℃下熔融挤出，并且在双螺杆的第五段(即五区)将步骤a)得到的即步骤a)所述的镁盐晶须侧向喂入双螺杆挤出机，以及在双螺杆的第八段(即八区)将由步骤a)得到的空心玻璃微珠侧向喂入双螺杆挤出机，由双螺杆挤出机熔融挤出后冷却并切粒，得到高表面质量低密度镁盐晶须增强聚乳酸复合材料(也可简称为“塑料”)，本步骤中将镁盐晶须以及空心玻璃微珠分别在双螺杆的第五段以及第八段侧向喂入可以避免镁盐晶须的折断，同时空心玻璃微珠从侧向加入能在熔融的塑料中容易保持空心玻璃球形状，避免固体塑料颗粒的挤压而破碎失去空心低密度的优势。实施例2：a)备料，按质量百分数(即按质量百分比)配取以下原料：聚乳酸42.5％、镁盐晶须30％、空心玻璃微珠10％、增韧剂15％、成核剂0.3％、润滑剂0.2％、助剂1％和着色剂1％，得到原料，本步骤中所述的聚乳酸为熔融指数为30g/10min、纯度为98％以上、密度为1.24g/cm3并且熔点在160℃以上并经80℃烘干至含水率小于500ppm的注塑级的左旋丙交酯聚乳酸(plla)，本步骤中所述的镁盐晶须分子式为mgso4·5mg(oh)2·3h2o，晶须的平均直径小于0.5μm，平均长度在20μm，密度为2.3克/cm3以及ph值为9，本步骤中所述的空心玻璃微珠的粒径d90小于50μm、密度小于0.5g/cm3、抗压强度大于100mpa，并且该空心玻璃微珠的壁厚为2μm，本步骤中所述的增韧剂为熔融指数为2-5g/10min并且熔点为110-120℃的聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯(pbat)，本步骤中所述的成核剂为直径在20μm以下的山梨醇成核剂，本步骤中所述的润滑剂为油酸酰胺，本步骤中所述的助剂为副抗氧剂即抗氧剂168(也可以使用亚磷酸酰胺)，本步骤所述的着色剂为碳黑；b)混料，将由步骤a)所述的烘干的左旋丙交酯聚乳酸(plla)、增韧剂、成核剂、润滑剂、助剂和着色剂投入高速混合机中混合1min，得到混合料；c)熔融挤出(即螺杆熔融挤出)，将步骤b)得到的混合料投入长径比为44∶1并且直径为70mm的双螺杆挤出机中，在螺杆转速为180rpm以及挤出温度为220℃下熔融挤出，并且在双螺杆的第五段(即五区)将步骤a)得到的即步骤a)所述的镁盐晶须侧向喂入双螺杆挤出机，以及在双螺杆的第八段(即八区)将由步骤a)得到的空心玻璃微珠侧向喂入双螺杆挤出机，由双螺杆挤出机熔融挤出后冷却并切粒，得到高表面质量低密度镁盐晶须增强聚乳酸复合材料(也可简称为“塑料”)，本步骤中将镁盐晶须以及空心玻璃微珠分别在双螺杆的第五段以及第八段侧向喂入可以避免镁盐晶须的折断，同时空心玻璃微珠从侧向加入能在熔融的塑料中容易保持空心玻璃球形状，避免固体塑料颗粒的挤压而破碎失去空心低密度的优势。实施例3：a)备料，按质量百分数(即按质量百分比)配取以下原料：聚乳酸77.5％、镁盐晶须10％、空心玻璃微珠6％、增韧剂5％、成核剂0.2％、润滑剂0.5％、助剂0.3％和着色剂0.5％，得到原料，本步骤中所述的聚乳酸为熔融指数为20g/10min、纯度为98％以上、密度为1.24g/cm3并且熔点在160℃以上并经75℃烘干至含水率小于500ppm的注塑级的左旋丙交酯聚乳酸(plla)，本步骤中所述的镁盐晶须分子式为mgso4·5mg(oh)2·3h2o，晶须的平均直径小于0.5μm，平均长度在10μm，密度为2.3克/cm3以及ph值为9，本步骤中所述的空心玻璃微珠的粒径d90小于50μm、密度小于0.5g/cm3、抗压强度大于100mpa，并且该空心玻璃微珠的壁厚为1.5μm，本步骤中所述的增韧剂为熔融指数为4-20g/10min并且熔点为110-120℃的聚己二酸-丁二醇酯(pbs)，本步骤中所述的成核剂为直径在20μm以下的苯磺酸钾与超细滑石粉二者按相同重量比相混合的混合物，本步骤中所述的润滑剂为聚乙烯蜡，本步骤中所述的助剂为羟基苯并三唑(也可使用亚磷酸酰胺)，本步骤所述的着色剂为碳黑母粒；b)混料，将由步骤a)所述的烘干的左旋丙交酯聚乳酸(plla)、增韧剂、成核剂、润滑剂、助剂和着色剂投入高速混合机中混合3min，得到混合料；c)熔融挤出(即螺杆熔融挤出)，将步骤b)得到的混合料投入长径比为42∶1并且直径为75mm的双螺杆挤出机中，在螺杆转速为400rpm以及挤出温度为160℃下熔融挤出，并且在双螺杆的第五段(即五区)将步骤a)得到的即步骤a)所述的镁盐晶须侧向喂入双螺杆挤出机，以及在双螺杆的第八段(即八区)将由步骤a)得到的空心玻璃微珠侧向喂入双螺杆挤出机，由双螺杆挤出机熔融挤出后冷却并切粒，得到高表面质量低密度镁盐晶须增强聚乳酸复合材料(也可简称为“塑料”)，本步骤中将镁盐晶须以及空心玻璃微珠分别在双螺杆的第五段以及第八段侧向喂入可以避免镁盐晶须的折断，同时空心玻璃微珠从侧向加入能在熔融的塑料中容易保持空心玻璃球形状，避免固体塑料颗粒的挤压而破碎失去空心低密度的优势。对比例1：上述玻璃纤维由中国巨石玻璃纤维有限公司生产销售，型号为534a。对比例2：上述滑石粉制造商为昆山优矿塑有限公司，型号为hyt-04c，硅含量为60％以上，平均粒径0.75微米。本发明通过实施例1-3与对比例1、2所测得的数据比较见下表：上述评价方法是：将通过双螺杆造粒的粒子进行干燥，干燥条件为80℃，烘干4～8小时，然后放入注塑机中，采用iso294标准模具进行注塑，同时利用平板进行表面粗糙评估，分为好、一般、粗糙三个等级。其他力学与热学测试标准如下：测试项目测试方法力学性能拉伸断裂强度iso527-1/-2拉伸断裂伸长率iso527-1/-2弯曲强度iso178弯曲模量iso178悬臂梁缺口冲击强度23℃iso180/1ea热性能热变形温度(0.45mpa)iso75其它密度iso1183由上述测试数据和表面粗糙作对比，添加了镁盐晶须和空心玻璃微珠的制品，弯曲模量更高，密度更低，同时表面质量好。而玻璃纤维制品，虽然刚度最高，但是表面粗糙。而滑石粉产品表面质量最好，刚度有所欠缺。因此本发明解决了聚乳酸产品表面质量、刚性、韧性、耐热性、和尺寸稳定剂问题，使聚乳酸可降解塑料产品能充分应用于注射成型如可降解筷子、可降解手柄等应用，大幅度地扩大可降解聚乳酸塑料的使用范围。而且本发明的制造方法工艺简单。当前第1页12