一种用于激光焊接的全生物降解塑料组件的制作方法

1.本发明涉及塑料焊接领域，尤其涉及一种用于激光焊接的全生物降解塑料组件。


背景技术：

2.塑料激光焊接是利用激光能量来焊接两个塑料组件的一种方法。塑料组件中，一个对激光的透射性能好，另一个能够吸收激光的能量。辐射的激光透过透光性好的组件，照射到吸光性能好的组件。激光能量被吸收，引起界面处的塑料熔化，通过相互融合把两个塑料件焊接在一起。这要求透光组件对激光的透射性能好，而吸光组件对激光的吸光率高。
3.另一方面，激光焊接与其他焊接方法相比，无接触、无残渣、节能环保，焊速高、键合强度高，热影响区小、焊缝变形小，特别适合生物医疗装备制造等行业。在医疗领域，对患者进行治疗时，为避免交叉感染，通常会大量使用一次性医疗器械。这些一次性医疗器械，大多数是塑料制品。这些塑料制品不宜回收利用，处理起来也不方便。如果不可降解的话，就会形成大量的医疗废弃物，形成白色污染。目前，生物降解塑料正逐步替代不可降解塑料应用于医疗卫生领域。
4.生物降解塑料用于激光焊接，需要满足激光焊接的基本要求，即透光件对激光的透光性要好，而吸热件对激光能量的吸收率要高，同时吸热件的熔融温度要低于透光件。pla是开发和应用最为广泛的生物降解塑料，它强度高，但比较脆，需要增韧改性。高透明度级别的pla材料是pla与其他聚羟基脂肪酸的共混物，或者与非降解型高透明树脂的混合物，譬如pc、pmma、pet等。pla与其他树脂不具有良好的相容性，微观上不能形成均一的共混体系，造成透明性下降。pbat是除pla外开发和应用最为广泛的生物降解塑料，熔融温度远低于pla，作为吸热件使用时对激光的吸收率低，需要外加吸光剂。外加吸光剂可以是有机物，也可以是无机物。无机物与pbat的相容性比较差，在体系中分散性以及与树脂的结合力比较差，会影响塑料制品的性能。有机吸光剂热稳定性差，易挥发，在激光焊接时容易在焊接部位形成泡腔，降低焊接强度。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种用于激光焊接的全生物降解塑料组件，可应用于医疗卫生领域。所述组件由透光塑料件和吸热塑料件组成。用外力将两个塑料件叠合在一起，激光穿过透光塑料件到达吸热塑料件，在界面处使塑料熔融，通过融合将两个塑料件焊接在一起。
6.本发明提供的用于激光焊接的全生物降解塑料组件，特征在于，透光塑料件由具有以下重量份数的组分组成：改性聚乳酸
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ꢀꢀꢀꢀ100份聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯
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20份扩链剂
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ꢀꢀꢀꢀꢀ0.05
‑
10份润滑剂
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ꢀꢀꢀꢀꢀ0.05
‑
10份抗氧剂
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ꢀꢀꢀꢀꢀ0.05
‑
10份
其中，所述改性聚乳酸是乳酸、2,2,
‑
二甲基
‑3‑
羟基丙酸、2
‑
甲基
‑3‑
羟基丙酸的共聚物，其中乳酸、2,2,
‑
二甲基
‑3‑
羟基丙酸、2
‑
甲基
‑3‑
羟基丙酸的重量比是1:(0.05
‑
0.6):(0.05
‑
0.6)。乳酸与其他两种单体的结构和性能相近，共聚能力强，各链节分布均匀。改性后，共聚物韧性增强，而结晶能力降低，透光性好。
7.本发明提供的用于激光焊接的全生物降解塑料组件，特征在于吸热塑料件由具有以下重量份数的组分组成：聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（pbat）
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100份聚乳酸（pla）
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ꢀꢀꢀꢀꢀ2
‑
10份扩链剂
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ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ0.05
‑
10份润滑剂
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ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ0.05
‑
10份抗氧剂
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ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ0.05
‑
10份激光吸收剂
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ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ0.05
‑
5份其中，所述激光吸收剂的制备包括以下步骤：（1）将吸光剂主剂和调节剂溶于四氢呋喃中；（2）配制0.01%
‑
1%表面活性剂水溶液，并用冰浴降温；（3）把四氢呋喃溶液注入非离子表面活性剂的水溶液中，然后超声分散10分钟以上；（4）减压烘干，除去四氢呋喃和水。
8.在透光塑料件和吸热塑料件中，所述扩链剂能够增加聚乳酸和改性聚乳酸的分子量，可以是带有环氧官能团的聚合物或小分子化合物，也可以是其他化合物，所述润滑剂是硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撑双硬脂酰胺中的任意一种或两种，所述抗氧剂是抗氧剂1010与抗氧剂168等量混合的共混物，所述吸光剂主剂具有如下化学结构：该聚合物标记为mla，所述调节剂是水解度高于40%的聚甲基丙烯酸丁酯。
9.本发明提供的用于激光焊接的全生物降解塑料组件，由透光塑料件和吸热塑料件组成。所述透光塑料件和吸热塑料件之间的激光焊接方法包括以下步骤：（1）通过压力把透光塑料件和吸热塑料件叠合在一起；（2）利用激光设备发出激光，激光通过透光塑料件后对吸热塑料件进行加热熔融，从而与透光塑料件融合在一起；（3）移动激光光斑，对整个需要焊接的部分进行焊接。
10.所述透光塑料件的制备方法包括以下步骤：先将各组分掺混在一起，再进行挤出造粒，挤出温度在170
‑
220℃之间；然后，采用塑料成型方法进行成型，所述成型方法包括注
塑成型、挤出成型、吹塑成型、压制成型和压延成型。
11.所述吸热塑料件的制备方法包括以下步骤：先将各组分混合均匀，再进行挤出造粒，挤出温度在165
‑
205℃之间；然后，采用塑料成型方法进行成型，所述成型方法包括注塑成型、挤出成型、吹塑成型、压制成型和压延成型。
12.具体实施方法下面结合实施例来对本发明作进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
13.实施例1（1）透明塑料件按重量比1:0.2:0.3的比例称取乳酸、2,2,
‑
二甲基
‑3‑
羟基丙酸、2
‑
甲基
‑3‑
羟基丙酸，称取单体总量0.5%的催化剂sncl2/对甲苯磺酸（摩尔比1:1）,加入到高温高压反应釜中，充氮气除氧气，密闭反应釜，加热至110℃，反应2小时后开始抽真空，真空度100mmhg下保温保压2小时；继续提高真空度和反应温度，真空度30mmhg和150℃下保温保压反应2小时；继续提高真空度和温度，真空度10mmhg和190℃下保温保压反应5小时。自然降温，出料，得到改性聚乳酸。
14.将10kg改性聚乳酸和2kg聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯、0.1kg甲苯二异氰酸酯、0.06kg硅酮润滑脂、0.02kg抗氧剂1010、0.02kg抗氧剂168掺混在一起，用双螺杆挤出机挤出造粒，其中1至6段温区的温度分别设定为175℃、185℃、190℃、190℃、185℃、170℃，螺杆转速30rpm。采用注塑成型技术，制备厚度3毫米的塑料片材，其中1至5段温区的温度分别设定为180℃、198℃、200℃、200℃、198℃，该塑料片材作为透明塑料件。
15.（2）吸热塑料件按重量比1:1的比例称取吸光剂主剂（mlb）和水解度50%的聚甲基丙烯酸丁酯，溶于四氢呋喃中，浓度3.5%；配制浓度为0.8%的聚乙二醇辛基苯基醚水溶液，并用冰水浴降温，然后将四氢呋喃溶液注入进去；超声分散30分钟，然后烘干，除去四氢呋喃和水，得到激光吸收剂。
16.按重量称取100份pbat、6份pla、1份甲苯二异氰酸酯、0.6份硅酮润滑脂、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168和0.5份激光吸收剂，然后将各组份掺和均匀，用双螺杆挤出机挤出造粒，其中1至6段温区的温度分别设定为160℃、170℃、175℃、175℃、170℃、155℃，螺杆转速30r/min。采用注塑成型技术，制备厚度3毫米的塑料片材其中1至5段温区的温度分别设定为170℃、190℃、190℃、190℃、185℃，该塑料片材作为吸热塑料件。
17.（3）激光焊接用夹具将透明塑料件和吸热塑料件紧密叠合在一起，放入激光焊接机中进行焊接。连续激光焊接，焊接时间3秒，功率30w，焊缝宽度1.5mm，焊缝拉伸强度54mpa。