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，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。 3 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。 4 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、1 kg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1076 0.3%抗氧剂1076 0.1%抗氧剂1010 加工 条件 搅拌温度/℃ 90 100 110 搅拌时长/min 10 8 6 挤出机加工温度/℃ 155～200 160～200 165～200 性 能 拉伸强度/ MPa 23.2 22.4 25.8 断裂伸长率/% 68 60 84 弯曲强度/ MPa 20.3 21.8 23.5 缺口冲击强度/ kJ/m2 17.9 19.3 20.8             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2246 0.2%抗氧剂BHT 0.3%抗氧剂BHT 加工 条件 搅拌温度/℃ 80 90 100 搅拌时长/min 11 9 7 挤出机加工温度/℃ 150～190 155～190 160～200 性 能 拉伸强度/ MPa 27.4 21.6 23.2 断裂伸长率/% 88 63 72 弯曲强度/ MPa 24.5 21.3 22.8 缺口冲击强度/ kJ/m2 21.7 17.2 19.4             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2246 0.2%抗氧剂1010 0.3%抗氧剂1076 加工 条件 搅拌温度/℃ 110 100 90 搅拌时长/min 7 8 10 挤出机加工温度/℃ 150～195 160～195 165～190 性 能 拉伸强度/ MPa 25.3 26.7 22.3 断裂伸长率/% 74 82 60 弯曲强度/ MPa 23.2 24.3 21.1 缺口冲击强度/ kJ/m2 19.6 21.2 16.7           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。 继续阅读