关于药用托盘专用的生物基复合材料

药用托盘专用的生物基复合材料及其制备方法前言本文涉及一种生物基复合材料，具体地说是一种改性淀粉、无机填料和热塑性烯烃聚合物为主要原料制备而成的复合材料，属于高分子材料技术领域。目前整个医药市场用于装针剂或口服液的药用托盘，为了达到各方面的性能要求，绝大部分都是采用聚氯乙烯（PVC）塑料做成的。该材料价格低廉，力学性能较好，可成型各种托盘制品，但是在加工成型过程中会产生有毒气体和刺激性的气味。该材料的热分解温度偏低，才130℃，加工温度范围窄，对光、热的稳定性差；其软化点也偏低，只有80～85℃，这些缺点极大的限制了它的使用范围。据某专利文献报道，一种用于生产给水管材、管件的PVC材料，根据其配方和其它描述，知道此材料中的填料较少最高添加量才12%（占PVC原料百分比），而且只用轻质碳酸钙这一种单一填料，这样一来，虽然增加了管材的韧性，但无形之中提高了材料的成本，且材料的综合力学性能没有组合添加滑石粉和硅灰石好，滑石粉和硅灰石组合做填料时，在不影响材料综合力学性能的条件下可以加到25%（占PVC原料百分比）；另外在用此材料制造的水管输送弱酸性热水时，当水温超过85℃,长期与热水接触的管件有软化的迹象，而且作为填料的轻质碳酸钙会被溶出，增加了水中钙离子的含量，从而影响水质的硬度。综上所述，由于PVC这种材料固有的缺陷，使它不能完全满足整个医药托盘市场的需要。因此我们认为现阶段急需开发一种用于医药包装托盘的新材料，在满足各种加工和使用性能要求的前提下，既能降低成本，又能减少石化塑料的用量，从而提升产品的环保价值。主体内容本文的目的是提供一种力学性能良好，具有环保概念，且价格低廉的高分子生物基复合材料的制作方法及工艺流程，该材料可用于制作装药剂或口服液成品的药用托盘，它是由改性淀粉、无机填料及热塑性聚合物组成的复合材料。本文的技术方案是这样实现的：它由以下组分的原料按重量份数混合制备而成（总重为100份计）：改性淀粉：15～25%无机填料：15～30%高密度聚乙烯：32～47%低密度聚乙烯：5～15%偶联剂：0.5～1%热稳定剂：1～2%润滑剂：0.5～1%增白剂：0.5～2%增塑剂：0.5～1%抗氧剂：0.1～0.3%所述的改性淀粉是原淀粉经过化学及物理改性后制成的。所述的无机填料为滑石粉、硫酸钙、碳酸钙或硅灰石中的一种或多种。所述的偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯、钛酸酯及铝钛复合剂中的一种或多种。所述的热稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、钙锌复合剂中的一种或多种。所述的润滑剂为硬脂酸钙、聚丙烯蜡或聚乙烯蜡中的一种或多种。所述的增白剂为钛白粉、锌钡白或白色母粒中的一种或多种。所述的增塑剂为环氧大豆油、山梨醇、白油、或己二酸二辛酯中的一种或多种。所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂2246或抗氧剂BHT中的一种或多种。本文所述新材料的制备方法包括以下步骤：⑴改性淀粉的配制：先将原淀粉、乙烯丙烯酸共聚物、冰乙酸、聚乙二醇及硬脂酸盐一起加入到高速混合机中，在110～130℃搅拌20～35min左右，混合均匀，然后放料冷却备用，体系中的水分通过高速混合机的上盖开孔排出。其中各组分的配比如下：（总重为100份计）：①90～94份的原淀粉，如玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉及小麦淀粉中的一种或多种，是体系中的主体基料。②2～4份的乙烯丙烯酸共聚物，是体系中的相容剂，可提高淀粉与热塑性烯烃聚合物的相容性。③1～3份的冰乙酸，是体系中的改性剂，对淀粉中的羟基进行酯化改性。④1～3份的聚乙二醇，是体系中的增塑剂，提高了淀粉的可塑性。⑤1～3份的硬脂酸盐，如硬脂酸镁或硬脂酸锌中的一种或多种，是体系中的润滑剂及酯化反应促进剂。⑵15～25份的改性淀粉、15～30份的无机填料、32～47份的高密度聚乙烯、5～15份的低密度聚乙烯、0.5～1份的偶联剂、1～2份的热稳定剂、0.5～1份的润滑剂、0.5～2份的增白剂、0.5～1份的增塑剂、0.1～0.3抗氧剂，按配比加入到高速混合机中，在80～110℃搅拌6～12min，混合均匀，然后降温出料。⑶将上述物料加入到平行双螺杆挤出机中，在150～200℃反应挤出，得到粒料或者片材。该新材料具有下列特点：⑴该新材料是由改性淀粉、无机填料和热塑性聚合物混合制备的复合材料，为白色或白灰色固体，具有良好的力学性能，其拉伸强度20～28MPa，断裂伸长率55%～90%。弯曲强度18～25MPa，缺口冲击强度15～22kJ/m2。复合材料的使用性能良好，而且通过调节起始原料的配比，可以在较大范围内控制产物的性能。⑵该新材料经权威机构BETA实验室检测其生物碳含量接近30%，可部分代替石油资源。⑶该新材料成型加工性能良好，可在普通塑料的加工设备上通过挤出、注塑、吸塑、热压、拉片等方法成型为各种各样的制品。⑷该新材料的制备方法，是通过混合和挤出两步完成，反应产率高，方法简单有效，适合工业化生产。实验部分以下结合实验对本文所述的新材料作进一步描述：实验例1：室温下将15kg改性淀粉、25kg滑石粉、42kg高密度聚乙烯、13.5kg低密度聚乙烯、1kg钛白粉、0.8kg硬脂酸钙、1kg硬脂酸锌1kg铝酸酯、0.5kg白油、0.2kg抗氧剂1010加入到高速混合机中，在80℃搅拌12min，混合均匀，降温出料。然后将上述物料加入到双螺杆挤出机中，在155～195℃反应挤出造粒，得到的复合材料拉伸强度25.4MPa，断裂伸长率78%；弯曲强度22.4MPa，缺口冲击强度19.5kJ/m2。制作该改性淀粉的各组分配比：92.5%原淀粉、2%乙烯丙烯酸共聚物、1.5%冰乙酸、2%聚乙二醇、2%硬脂酸盐。实验例2～10如下表所示：实施例2实施例3实施例4组分含量25%改性淀粉20%改性淀粉21%改性淀粉制作该改性淀粉的各组分配比：94%原淀粉、2%乙烯丙烯酸共聚物、1%冰乙酸、2%聚乙二醇、1.5%硬脂酸盐。15%滑石粉30%碳酸钙15%碳酸钙40%高密度聚乙烯41%高密度聚乙烯47%高密度聚乙烯15%低密度聚乙烯5%低密度聚乙烯10%低密度聚乙烯1%锌钡白0.5%钛白粉2%钛白粉0.8%硬脂酸钙0.5%聚丙烯蜡1%硬脂酸钙1.2%硬脂酸锌1.5%钙锌复合剂2%硬脂酸锌1%铝酸酯0.5%钛酸酯1%钛酸酯0.8%环氧大豆油0.7%环氧大豆油0.9%聚乙二醇0.2%抗氧剂10760.3%抗氧剂10760.1%抗氧剂1010加工条件搅拌温度/℃90100110搅拌时长/min1086挤出机加工温度/℃155～200160～200165～200性能拉伸强度/MPa23.222.425.8断裂伸长率/%686084弯曲强度/MPa20.321.823.5缺口冲击强度/kJ/m217.919.320.8实施例5实施例6实施例7组分含量15%改性淀粉22%改性淀粉25%改性淀粉制作该改性淀粉的各组分配比：90%原淀粉、2.5%乙烯丙烯酸共聚物、3%冰乙酸、1.5%聚乙二醇、3%硬脂酸盐。21%滑石粉25%滑石粉20%滑石粉47%高密度聚乙烯32%高密度聚乙烯35%高密度聚乙烯13%低密度聚乙烯15%低密度聚乙烯15%低密度聚乙烯1.5%白色母粒1.5%锌钡白1%钛白粉0.5%聚乙烯蜡0.5%硬脂酸钙1%聚丙烯蜡0.5%钙锌复合剂1.8%硬脂酸锌1.2%钙锌复合剂0.5%铝酸酯1%铝酸酯1%铝钛复合剂0.8%山梨醇1%环氧大豆油0.5%聚乙二醇0.2%抗氧剂22460.2%抗氧剂BHT0.3%抗氧剂BHT加工条件搅拌温度/℃8090100搅拌时长/min1197挤出机加工温度/℃150～190155～190160～200性能拉伸强度/MPa27.421.623.2断裂伸长率/%886372弯曲强度/MPa24.521.322.8缺口冲击强度/kJ/m221.717.219.4实施例8实施例9实施例10组分含量20%改性淀粉15%改性淀粉25%改性淀粉制作该改性淀粉的各组分配比：92%原淀粉、4%乙烯丙烯酸共聚物、2%冰乙酸、1%聚乙二醇、1%硬脂酸盐。25%滑石粉24%硅灰石粉25%滑石粉39%高密度聚乙烯42%高密度聚乙烯35%高密度聚乙烯11%低密度聚乙烯15%低密度聚乙烯10%低密度聚乙烯1.4%钛白粉1%白色母粒1%钛白粉1%硬脂酸钙0.5%聚乙烯蜡0.5%硬脂酸钙1%硬脂酸锌1%硬脂酸锌1.5%硬脂酸锌1%铝酸酯0.6%硅烷偶联剂1%铝酸酯0.5%白油0.7%环氧大豆油0.7%环氧大豆油0.1%抗氧剂22460.2%抗氧剂10100.3%抗氧剂1076加工条件搅拌温度/℃11010090搅拌时长/min7810挤出机加工温度/℃150～195160～195165～190性能拉伸强度/MPa25.326.722.3断裂伸长率/%748260弯曲强度/MPa23.224.321.1缺口冲击强度/kJ/m219.621.216.7结论与展望综上所述，以上这种新材料是以聚乙烯为基料，再加入淀粉、无机填料等制成。该材料延展性、耐低温冲击性能优异，可做成很薄的片材或薄壁制品，并且可以长时间装载药剂成品冷藏冷冻，不会出现脆化、破裂现象。在加工过程中，既没有有毒气体产生，也没有刺激性的气味，完全环保无毒。因此，该材料可以向医药行业大规模推广应用，这样可以大大降低碳的排放量，对环境保护是有很大好处的。