本發(fā)明屬于材料和化工等技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種評(píng)估聚乳酸基三元可降解復(fù)合材料紫外老化降解規(guī)律的方法。

背景技術(shù)：

由于高分子材料質(zhì)輕、價(jià)廉及易成型的優(yōu)點(diǎn)，在日常生活及商業(yè)中被廣泛應(yīng)用，使其消耗量激增。然而這些高分子材料多為不可再生的石油基高分子材料，依賴于石油資源且不易降解，這勢必加劇了石油資源短缺的危機(jī)，且其廢棄處理所帶來的環(huán)境問題也不容忽視。因此，研究開發(fā)綠色可生物降解的材料迫在眉睫。

聚乳酸(Polylactic Acid或Polylactide，縮寫：PLA)是一種生物可降解性聚酯，由天然可再生的生物質(zhì)經(jīng)過發(fā)酵、純化后得到，且其降解后的產(chǎn)物為水和二氧化碳，對(duì)環(huán)境沒有污染。因此，聚乳酸成為替代石油基塑料的最佳選擇之一。

聚乳酸雖然原料來源廣泛、性能優(yōu)良、可生物降解，但是也存在一定的缺點(diǎn)，如生產(chǎn)成本高、性脆、耐熱性差等，尤其是生產(chǎn)成本較高，嚴(yán)重限制了聚乳酸的應(yīng)用發(fā)展。將聚乳酸與其他價(jià)格低廉的高分子進(jìn)行共混是解決這一問題的有效途徑。淀粉、木粉為天然高分子，來源廣泛，價(jià)格低廉，且可完全生物降解，降解的產(chǎn)物無毒，將其與聚乳酸共混，不僅可以降低聚乳酸類材料的成本，還保證了產(chǎn)品的可生物降解性。

聚乳酸雖然為可生物降解高分子材料，但是在自然條件下的降解速率很慢，需要幾年甚至幾十年才能完全降解，這不利于其產(chǎn)品的廢棄回收利用。淀粉、木粉的降解速率要遠(yuǎn)大于聚乳酸的降解速率，三者復(fù)合之后，可以大大提高聚乳酸的降解速率。

淀粉/木粉/聚乳酸復(fù)合材料在實(shí)際使用過程中，必然會(huì)暴露在外面，自然老化現(xiàn)象是不可避免的。自然老化現(xiàn)象的發(fā)生會(huì)影響復(fù)合材料的使用壽命，因此，有必要對(duì)淀粉/木粉/聚乳酸復(fù)合材料的老化降解規(guī)律進(jìn)行研究。而采用人工紫外老化的方法則是一種快速有效的研究淀粉/木粉/聚乳酸復(fù)合材料降解規(guī)律的方法。對(duì)淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復(fù)合材料的紫外老化降解規(guī)律進(jìn)行研究，不僅可以預(yù)測其耐久性，還可以指導(dǎo)調(diào)控淀粉/木粉/聚乳酸復(fù)合材料的老化降解速率。同時(shí)，這也是推進(jìn)淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復(fù)合材料應(yīng)用擴(kuò)大化的研究熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，本發(fā)明提供了一種聚乳酸基三元可降解復(fù)合材料紫外老化降解規(guī)律的評(píng)估方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種聚乳酸基三元可降解復(fù)合材料紫外老化降解規(guī)律的評(píng)估方法，利用紫外老化的加速降解性，通過監(jiān)測不同老化降解時(shí)間后的淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度變化，得到力學(xué)強(qiáng)度與老化時(shí)間之間的關(guān)系，并對(duì)其進(jìn)行擬合，得到一階指數(shù)衰減模型，以此評(píng)估聚乳酸基三元可降解復(fù)合材料的紫外老化降解規(guī)律。具體實(shí)施步驟如下：

一、將聚乳酸基三元可降解復(fù)合材料在紫外老化箱中進(jìn)行紫外老化降解，然后分別在設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)(300h)依次取出樣品，測試?yán)匣到庵髽悠返牧W(xué)強(qiáng)度。

二、將步驟一中所得到的力學(xué)強(qiáng)度對(duì)降解時(shí)間進(jìn)行作圖，得到力學(xué)強(qiáng)度變化與老化降解時(shí)間之間的關(guān)系曲線。

三、對(duì)步驟二中的關(guān)系曲線進(jìn)行非線性擬合，以得到一階指數(shù)衰減函數(shù)，其函數(shù)表達(dá)式為：y＝y(tǒng)₀+A*e^(-x/t)，式中：y₀-截距，A-振幅，t-指數(shù)時(shí)間常數(shù)。

四、根據(jù)步驟三中得到的一階指數(shù)衰減函數(shù)評(píng)估聚乳酸基三元可降解復(fù)合材料的紫外老化降解規(guī)律。

上述方法中，所述的聚乳酸基三元可降解復(fù)合材料為淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復(fù)合材料，其制備方法如下：按比例稱取一定質(zhì)量的淀粉、木粉、聚乳酸，將三者充分混合均勻，將混合物料加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融共混、造粒，再將顆粒狀的共混物加入單螺桿擠出機(jī)中擠出成型，得到一定規(guī)則尺寸的淀粉/木粉/聚乳酸三元復(fù)合材料樣條，其中：各組分所占的質(zhì)量百分比為：聚乳酸70％，淀粉：9～21％，木粉：9～21％。

上述方法中，所述紫外老化降解條件為：8h紫外和4h凝露為一個(gè)循環(huán)；紫外燈為UVA-340；紫外輻照度為0.89W/m²；輻照距離為50mm；紫外老化降解的總時(shí)間為900h。

上述方法中，所述力學(xué)強(qiáng)度為拉伸強(qiáng)度。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明縮短了評(píng)估聚乳酸老化降解所需的時(shí)間，簡單易行，對(duì)于不同成分的聚乳酸基聚合物均可以通過該方法來研究其降解規(guī)律，建立相關(guān)的函數(shù)關(guān)系。

2、聚乳酸基三元可降解復(fù)合材料紫外老化降解規(guī)律的評(píng)估為估測聚乳酸基復(fù)合材料的耐久性提供了一個(gè)可行的方法，同時(shí)也可以對(duì)調(diào)控聚乳酸基復(fù)合材料的老化降解速率起到指導(dǎo)作用。

附圖說明

圖1為淀粉/木粉/聚乳酸(9/21/70)三元可降解復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度與老化時(shí)間之間的非線性擬合函數(shù)曲線；

圖2為淀粉/木粉/聚乳酸(15/15/70)三元可降解復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度與老化時(shí)間之間的非線性擬合函數(shù)曲線；

圖3為淀粉/木粉/聚乳酸(21/9/70)三元可降解復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度與老化時(shí)間之間的非線性擬合函數(shù)曲線；

圖4為添加了15％甘油的淀粉/木粉/聚乳酸(21/9/70)三元可降解復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度與老化時(shí)間之間的非線性擬合函數(shù)曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。

實(shí)施例1

一種聚乳酸基三元可降解復(fù)合材料紫外老化降解規(guī)律的評(píng)估方法，主要包括以下步驟：

(1)按玉米淀粉9％、楊木粉21％、聚乳酸(牌號(hào)306D)70％的質(zhì)量百分比稱取三種原料，然后混合均勻，加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行共混、造粒，得到顆粒狀的混合樹脂，其中：雙螺桿擠出機(jī)各區(qū)的溫度控制在135℃～150℃～170℃～170℃～135℃，雙螺桿的長徑比為40:1。

(2)將步驟(1)中的樹脂顆粒加入單螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出成型，得到一定規(guī)則尺寸的淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復(fù)合材料，其中：單螺桿擠出機(jī)各區(qū)的溫度控制在150℃～170℃～170℃～120℃，螺桿長徑比為25:1。

(3)將成型后的試樣放入紫外老化箱中，按照ASTM G154 cycle 1的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定紫外老化程序，紫外老化程序如表1所示，總時(shí)間為900h。

表1

(4)每經(jīng)過一定時(shí)間的老化降解之后(300h)，將老化后的產(chǎn)品取出，測試降解之后樣品的拉伸強(qiáng)度。

(5)將步驟(4)中的拉伸強(qiáng)度對(duì)老化時(shí)間進(jìn)行作圖，得到力學(xué)強(qiáng)度與老化時(shí)間之間的關(guān)系曲線(圖1)。

(6)對(duì)步驟(5)中的強(qiáng)度與降解時(shí)間之間的關(guān)系曲線進(jìn)行非線性擬合，得到相關(guān)性大于0.95的一階指數(shù)衰減函數(shù)關(guān)系，即：

y＝22.337*e^(-x/93.639)+23.809，R²＝0.9912；

(7)根據(jù)步驟(6)中得到的一階指數(shù)衰減函數(shù)可以評(píng)估淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復(fù)合材料的紫外老化降解速率，進(jìn)一步估測其在自然老化條件下的使用壽命。

實(shí)施例2

一種聚乳酸基三元可降解復(fù)合材料紫外老化降解規(guī)律的評(píng)估方法，主要包括以下步驟：

(1)按玉米淀粉15％、楊木粉15％、聚乳酸(牌號(hào)306D)70％的質(zhì)量百分比稱取三種原料，然后混合均勻，加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行共混、造粒，得到顆粒狀的混合樹脂，其中：雙螺桿擠出機(jī)各區(qū)的溫度控制在135℃～150℃～170℃～170℃～135℃，雙螺桿的長徑比為40:1。

(2)將步驟(1)中的樹脂顆粒加入單螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出成型，得到一定規(guī)則尺寸的淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復(fù)合材料，其中：單螺桿擠出機(jī)各區(qū)的溫度控制在150℃～170℃～170℃～120℃，螺桿長徑比為25:1。

(3)將成型后的試樣放入紫外老化箱中，按照ASTM G154 cycle 1的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定紫外老化程序，紫外老化程序如表1所示，總時(shí)間為900h。

(4)每經(jīng)過一定時(shí)間的老化降解之后(300h)，將老化后的產(chǎn)品取出，測試降解之后樣品的拉伸強(qiáng)度。

(5)將步驟(4)中的拉伸強(qiáng)度對(duì)老化時(shí)間進(jìn)行作圖，得到力學(xué)強(qiáng)度與老化時(shí)間之間的關(guān)系曲線(圖2)。

(6)對(duì)步驟(5)中的強(qiáng)度與降解時(shí)間之間的關(guān)系曲線進(jìn)行非線性擬合，得到相關(guān)性大于0.95的一階指數(shù)衰減函數(shù)關(guān)系，即：

y＝21.059*e^(-x/131.576)+24.357，R²＝0.9623；

(7)根據(jù)步驟(6)中得到的一階指數(shù)衰減函數(shù)可以評(píng)估淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復(fù)合材料的紫外老化降解速率，進(jìn)一步估測其在自然老化條件下的使用壽命。

實(shí)施例3

一種聚乳酸基三元可降解復(fù)合材料紫外老化降解規(guī)律的評(píng)估方法，主要包括以下步驟：

(1)按玉米淀粉21％、楊木粉9％、聚乳酸(牌號(hào)306D)70％的質(zhì)量百分比稱取三種原料，然后混合均勻，加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行共混、造粒，得到顆粒狀的混合樹脂，其中：雙螺桿擠出機(jī)各區(qū)的溫度控制在135℃～150℃～170℃～170℃～135℃，雙螺桿的長徑比為40:1。

(2)將步驟(1)中的樹脂顆粒加入單螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出成型，得到一定規(guī)則尺寸的淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復(fù)合材料，其中：單螺桿擠出機(jī)各區(qū)的溫度控制在150℃～170℃～170℃～120℃，螺桿長徑比為25:1。

(3)將成型后的試樣放入紫外老化箱中，按照ASTM G154 cycle 1的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定紫外老化程序，紫外老化程序如表1所示，總時(shí)間為900h。

(4)每經(jīng)過一定時(shí)間的老化降解之后(300h)，將老化后的產(chǎn)品取出，測試降解之后樣品的拉伸強(qiáng)度。

(5)將步驟(4)中的拉伸強(qiáng)度對(duì)老化時(shí)間進(jìn)行作圖，得到力學(xué)強(qiáng)度與老化時(shí)間之間的關(guān)系曲線(圖3)。

(6)對(duì)步驟(5)中的強(qiáng)度與降解時(shí)間之間的關(guān)系曲線進(jìn)行非線性擬合，得到相關(guān)性大于0.95的一階指數(shù)衰減函數(shù)關(guān)系，即：

y＝22.913*e^(-x/127.235)+21.867，R²＝0.9654；

(7)根據(jù)步驟(6)中得到的一階指數(shù)衰減函數(shù)可以評(píng)估淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復(fù)合材料的紫外老化降解速率，進(jìn)一步估測其在自然老化條件下的使用壽命。

實(shí)施例4

一種聚乳酸基三元可降解復(fù)合材料紫外老化降解規(guī)律的評(píng)估方法，主要包括以下步驟：

(1)按玉米淀粉21％、楊木粉9％、聚乳酸(牌號(hào)306D)70％的質(zhì)量百分比稱取三種原料，并加入總質(zhì)量15％的甘油作為增塑劑，然后混合均勻，加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行共混、造粒，得到顆粒狀的混合樹脂，其中：雙螺桿擠出機(jī)各區(qū)的溫度控制在135℃～150℃～170℃～170℃～135℃，雙螺桿的長徑比為40:1。

(2)將步驟(1)中的樹脂顆粒加入單螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出成型，得到一定規(guī)則尺寸的淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復(fù)合材料，其中：單螺桿擠出機(jī)各區(qū)的溫度控制在150℃～170℃～170℃～120℃，螺桿長徑比為25:1。

(3)將成型后的試樣放入紫外老化箱中，按照ASTM G154 cycle 1的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定紫外老化程序，紫外老化程序如表1所示，總時(shí)間為900h。

(4)每經(jīng)過一定時(shí)間的老化降解之后(300h)，將老化后的產(chǎn)品取出，測試降解之后樣品的拉伸強(qiáng)度。

(5)將步驟(4)中的拉伸強(qiáng)度對(duì)老化時(shí)間進(jìn)行作圖，得到力學(xué)強(qiáng)度與老化時(shí)間之間的關(guān)系曲線(圖4)。

(6)對(duì)步驟(5)中的強(qiáng)度與降解時(shí)間之間的關(guān)系曲線進(jìn)行非線性擬合，得到相關(guān)性大于0.95的一階指數(shù)衰減函數(shù)關(guān)系，即：

y＝22.720*e^(-x/141.383)+17.383，R²＝0.9997；

(7)根據(jù)步驟(6)中得到的一階指數(shù)衰減函數(shù)可以評(píng)估淀粉/木粉/聚乳酸三元可降解復(fù)合材料的紫外老化降解速率，進(jìn)一步估測其在自然老化條件下的使用壽命。