專利名稱：一種全生物降解角蛋白纖維增強及耐熱改性聚乳酸材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚乳酸材料及其制備方法，具體涉及一種全生物降解角蛋白纖維增強及耐熱改性聚乳酸材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外對聚乳酸改性塑料的研究主要集中于耐熱改性、增強改性及共混改性以降低生產(chǎn)成本。
毛發(fā)角蛋白是一種蘊涵量十分巨大的可再生天然蛋白質(zhì)及生物纖維資源，我國每年僅產(chǎn)自于豬、牛、羊、雞、鴨、鵝等家養(yǎng)動物毛羽的角蛋白即高達幾十萬噸，還有大量包括動物角、蹄甲以及人類毛發(fā)等其它來源，在自然界產(chǎn)量僅次于纖維素、甲殼素、淀粉等高分子材料，是除動物肉類之外最大的蛋白質(zhì)資源。目前絕大部分角蛋白都是作為廢棄物棄于自然環(huán)境，由于角蛋白極難水解降解，僅被少數(shù)微生物分解，因而造成越來越大的環(huán)境壓力，對角蛋白進行加工處理勢在必行。
角蛋白具有很高的高分子量、機械強度、優(yōu)良的加工性質(zhì)、可降解性和良好的生物兼容性，是一類新型的生物材料，在可降解材料、分離膜和生物纖維、生物醫(yī)學(xué)材料等領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用前景。
一般情況下，角蛋白分子內(nèi)的二硫鍵使肽鏈內(nèi)部和肽鏈之間發(fā)生交聯(lián)，形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，天然角蛋白難以溶解，不能熔融，結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定。利用角蛋白纖維作為塑料填充及改性添加物具有十分重要的應(yīng)用價值與開發(fā)前景。
同時，聚乳酸作為一種來源于可再生植物資源的人工合成高分子材料，擁有可完全生物降解性，良好的加工成型能力及優(yōu)良的力學(xué)性能，作為可降解塑料，已經(jīng)受到廣泛的關(guān)注與重視。在發(fā)達國家，已經(jīng)將聚乳酸高分子材料作為新一代可再生的環(huán)境友好材料，展開深入研究與開發(fā)利用。預(yù)計在不久的將來，聚乳酸將作為源自石油資源的一系列高分子材料如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯醇(PVC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET)、聚氨酯(PU)、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)等的替代材料廣泛應(yīng)用于工程塑料與日常生活用品、包裝材料、醫(yī)用材料等相關(guān)領(lǐng)域。
但是，聚乳酸作為一種熱塑性高分子材料，由于具有相對較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度， 較高的結(jié)晶度及較長的結(jié)晶時間，表現(xiàn)為低溫或常溫下脆性大，高溫下熱穩(wěn)定性不強，熱變形溫度低、容易水解、機械強度不足、熱加工窗口窄等缺陷，難以直接使用。因而，對聚乳酸進行各種改性以提高其綜合性能，已成為影響該材料大規(guī)模推廣應(yīng)用的瓶頸。近年來，對聚乳酸進行改性的相關(guān)研究十分活躍，取得了很多成果，已經(jīng)有效拓展了聚乳酸的應(yīng)用領(lǐng)域。 然而，相關(guān)改性技術(shù)往往依賴合成添加劑，在聚乳酸材料基礎(chǔ)之上添加較多的非降解石油基合成成分，一方面極大程度地降低了其環(huán)境友好性能，與綠色塑料概念背道而馳。同時，導(dǎo)致該改性材料的生產(chǎn)成本大幅度地提高，致使現(xiàn)有的改性聚乳酸材料失去了與石油基高分子材料的競爭優(yōu)勢。
本發(fā)明著眼于利用資源量極其豐富的動物毛發(fā)或角蹄等廢棄物制備角蛋白纖維， 結(jié)合角蛋白纖維、長鏈脂肪族酰胺化合物類、生物基的紫外光穩(wěn)定劑、天然抗氧化劑、全天然植物顏料實現(xiàn)對聚乳酸材料進行增強、耐熱及改性，經(jīng)改性后的聚乳酸材料其性能可滿足諸如片材、板材管材、型材或其它塑料制品的發(fā)泡、擠塑、吹膜、吹塑、吸塑、注塑和滾塑等加工性能要求，并可采用通用設(shè)備規(guī)?；a(chǎn)各類環(huán)境友好的全生物降解塑料制品，具有較為廣泛的應(yīng)用前景。
經(jīng)查閱國家知識產(chǎn)權(quán)局專利文獻數(shù)據(jù)庫及相關(guān)公開發(fā)表的論文等資料，與本發(fā)明技術(shù)密切相關(guān)的中國專利技術(shù)有ZL200810050603. 7 一種耐熱聚乳酸基體樹脂的制備方法；200710023111. 4 耐熱聚乳酸共混物成型制品；200910100148. 1 一種耐熱聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法；200910247344. 1 一種全降解耐熱聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法； 201010104222. X 一種耐溫聚乳酸及其制備方法；201010138717. 4 一種玻璃纖維增強的阻燃耐熱聚乳酸復(fù)合材料的制備方法。
其它相關(guān)專利技術(shù)見下表
權(quán)利要求
1. 一種全生物降解角蛋白纖維增強及耐熱改性聚乳酸材料，其特征在于(1)包含基本單元一種改性角蛋白纖維；①為豬毛、牛毛、羊毛、雞毛、鴨毛、鵝毛、豬、牛、羊角和/或蹄甲、以及人類毛發(fā)中的任意一種經(jīng)脫脂、脫色及氧化處理、粉碎及表面修飾后，獲得改性角蛋白纖維；②其性能特征為10-10000目；(2)還包含下列化合物組成單元聚乳酸、長鏈脂肪族酰胺化合物、抗沖改性劑、生物基的紫外光穩(wěn)定劑、天然抗氧化劑；(3)由基本單元與組成單元按照以下質(zhì)量百分比配制改性角蛋白纖維5.0 50%;聚乳酸40 90% ；長鏈脂肪族酰胺化合物1. (Γιο% ；抗沖改性劑0. Γ4% ；生物基的紫外光穩(wěn)定劑0. Γ4% ；天然抗氧化劑0.0廣0. 1%。
2.如權(quán)利要求1所述的一種全生物降解角蛋白纖維增強及耐熱改性聚乳酸材料，其特征在于所述聚乳酸為來源于植物淀粉的聚乳酸。
3.如權(quán)利要求1所述的一種全生物降解角蛋白纖維增強及耐熱改性聚乳酸材料，其特征在于所述長鏈脂肪族酰胺化合物為硬脂酸酰胺、月桂酸酰胺、棕櫚酸酰胺、油酸酰胺、亞油酸酰胺、芥酸酰胺、乙撐雙硬脂酸酰胺、乙撐雙油酸酰胺、乙撐雙月桂酸酰胺中的一種或幾種的組合。
4.如權(quán)利要求1所述的一種全生物降解角蛋白纖維增強及耐熱改性聚乳酸材料，其特征在于所述抗沖改性劑為聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯和己二酸的共聚物、聚 ε-己內(nèi)酯、聚對苯二甲酸/己二酸丁二醇共聚物、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚己二酸/對苯二甲酸丁四酯、聚羥基丁酸戊酸共聚酯、聚乙烯醇的一種或幾種的組合。
5.如權(quán)利要求1所述的一種全生物降解角蛋白纖維增強及耐熱改性聚乳酸材料，其特征在于所述生物基的紫外光穩(wěn)定劑為姜黃、紫草、槐米、桂皮、黃蜀葵或金鳳菊中一種的花卉提取物或幾種花卉提取物復(fù)配。
6.如權(quán)利要求1所述的一種全生物降解角蛋白纖維增強及耐熱改性聚乳酸材料，其特征在于所述天然抗氧化劑為綠原酸、維生素Ε、茶多酚、大豆多酚、抗壞血酸或迷迭香提取物的一種或幾種復(fù)配。
7.如權(quán)利要求1所述一種全生物降解角蛋白纖維增強及耐熱改性聚乳酸材料，其特征在于按以下質(zhì)量百分比，用于制備可添加顯色物質(zhì)的全生物降解角蛋白纖維增強及耐熱改性聚乳酸材料復(fù)合料全生物降解角蛋白纖維增強及耐熱改性聚乳酸材料98. 0 99· 95%全天然植物顏料0. 05 2. 0%所述全天然植物顏料為葉綠素、葉黃素、姜黃色素、玉米黃色素、焦糖色素、檸檬黃色素、β-胡蘿卜素、靛藍、胭脂紅、藻藍之中的一種或幾種。
8.—種如權(quán)利要求1所述的全生物降解角蛋白纖維增強及耐熱改性聚乳酸材料的制備方法，其特征在于其制備步驟如下(1)角蛋白纖維的制備將豬毛、牛毛、羊毛、雞毛、鴨毛、鵝毛、動物角或蹄甲、以及人類毛發(fā)中的任意一種除雜后作為原料，用表面活性劑和/或水洗凈，然后將洗凈原料進行脫脂、脫色、氧化及干燥處理，再粉碎至10-10000目，得到角蛋白纖維；(2)角蛋白纖維的表面修飾按角蛋白纖維與修飾試劑質(zhì)量比100. 5^10 2的比例， 于步驟(1)中獲得的角蛋白纖維中加入修飾試劑，室溫下高速攪拌均勻后，40-60°C下密封保溫反應(yīng)2-4h，制得改性角蛋白纖維，經(jīng)壓濾、擠干成濾餅；(3)混合擠出造粒稱取5 50%的改性角蛋白纖維、4(Γ90%的聚乳酸、廣10%的長鏈脂肪族酰胺化合物、0. Γ4%的生物基的紫外光穩(wěn)定劑、0. 0Γ0. 1%的天然抗氧化劑、0. Γ4%的抗沖改性劑后，釆用通用設(shè)備、高速混合設(shè)備、或單螺桿或雙螺桿擠出機、或牽引牽旋吹膜機組、或發(fā)泡片材設(shè)備生產(chǎn)線、或滾塑機組生產(chǎn)線設(shè)備中的一種在170-210°C下熔融混合， 加工成用于生產(chǎn)發(fā)泡產(chǎn)品、擠塑產(chǎn)品、吸塑產(chǎn)品、注塑產(chǎn)品、吹膜產(chǎn)品、滾塑產(chǎn)品的片材、板材、管材、型材的粒料。
9.如權(quán)利要求8所述全生物降解角蛋白纖維增強及耐熱改性聚乳酸材料的制備方法， 其特征在于步驟(2)中所述角蛋白纖維的表面修飾所用的修飾試劑為環(huán)氧氯丙烷、環(huán)硫氯丙烷、環(huán)氧大豆油、環(huán)氧基化合物；三甲基氯硅烷、六次甲基二硅基胺烷、乙二醇二縮水甘油醚、丙二醇二縮水甘油醚、丁二醇二縮水甘油醚、己二醇二縮水甘油醚、辛二醇二縮水甘油醚、聚乙二醇二縮水甘油醚、甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸縮水甘油酯中的一種或幾種的組合。
10.如權(quán)利要求1-7中任一項所述的全生物降解角蛋白纖維增強及耐熱改性聚乳酸材料，其特征在于所述全生物降解角蛋白纖維增強及耐熱改性聚乳酸材料用于由通用設(shè)備規(guī)模化加工生產(chǎn)發(fā)泡產(chǎn)品、擠塑產(chǎn)品、吸塑產(chǎn)品、注塑產(chǎn)品、吹膜產(chǎn)品、滾塑產(chǎn)品的片材、板材、管材、型材。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全生物降解角蛋白纖維增強及耐熱改性聚乳酸材料及其制備方法。本發(fā)明改性聚乳酸材料是以聚乳酸作為基體樹脂材料，結(jié)合角蛋白纖維、長鏈脂肪族酰胺化合物、生物基的紫外光穩(wěn)定劑、天然抗氧化劑、抗沖改性劑以實現(xiàn)對聚乳酸材料的增強、耐熱改性。本發(fā)明改性聚乳酸材料適合于大規(guī)模生產(chǎn)各類環(huán)境友好的全生物降解塑料制品或復(fù)合全天然植物顏料生產(chǎn)可顯色的全生物降解角蛋白纖維增強及耐熱改性聚乳酸塑料制品。本發(fā)明改性聚乳酸材料，其制備工藝全部由通用設(shè)備即可滿足其用于片材、板材、管材、型材或其它塑料制品的發(fā)泡、擠塑、吹膜、吹塑、吸塑、注塑和滾塑等加工性能要求，是一類高性能、低成本、可完全生物降解的新型聚乳酸材料。
文檔編號C08K5/134GK102504503SQ201110292129
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者謝德明, 譚卓華 申請人:廣州卓揚新材料科技有限公司