CN101392093A - 一种高韧性聚乳酸基复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高韧性聚乳酸基复合材料及其制备方法。该复合材料由重量份数100份的聚乳酸、5-45份的弹性体增韧剂,0.01-5份热稳定剂组成。将聚乳酸与弹性体以及热稳定剂先机械混合成预混料,再用密炼机或螺杆挤出机熔融加工。本发明材料易得,生产工艺简单,有效改善聚乳酸的韧性,材料断裂伸长率由纯聚乳酸的5%增加至230%,冲击强度由4.6KJ/m2提高至66.7KJ/m2,解决聚乳酸材料脆性严重的缺陷,从而拓宽聚乳酸的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种高韧性聚乳酸基复合材料及其制备方法,属于生物降解高分子领域
背景技术
随高分子材料的发展,石油基高分子材料在人类生活和工作中得到广泛的应用。但这些材料来源于不可再生资源,而且在自然环境中难以降解,造成生态环境恶化和资源紧缺,不符合人类可持续发展的战略,给人类带来危害。近年来,来源于可再生资源的可为生物降解材料引起人们广泛的注意。
聚乳酸(PLA)是唯一以生物资源为原料,通过化学方法合成的可生物降解的线性脂肪族聚脂。它来源于可再生资源,具有良好的生物相容性、降解性,较高的拉伸强度和压缩模量,因此聚乳酸被认为是石油基塑料的理想替代品;将其应用于通用塑料领域,对于减少环境污染、节省石油资源以及减轻地球温室效应方面具有十分重要的意义。近年来,随着成本的降低以及生产规模的增大,聚乳酸基塑料产品已经逐渐市场上在出现,例如纤维,双向拉伸薄膜等。但聚乳酸性脆,缺乏柔性和弹性,抗冲击性能差,这极大限制了它的广泛应用,特别是包装领域。为克服上述缺点,改善PLA材料的机械性能和加工性能,降低PLA的成本,人们已经在PLA化学改性和物理共混改性方面做了许多的工作。通过化学改性的方法可以有效地改善PLA的性能,但是工艺复杂,成本较高,至今没有工业化的产品出现。小分子增塑剂可以有效地降低聚乳酸的玻璃化转变温度,提高聚乳酸分子链的活动能力,从而改善聚乳酸的脆性(中国专利CN00112783.7;CN02123145.1;CN03117482.5);但是小分子增塑剂易迁移,导致材料老化(Polymer 44(2003)7679-7688),而且增塑聚乳酸材料的强度和耐热性在某些应用领域达不到要求。橡胶增韧是改善塑料脆性的有效方法,在塑料中添加少量的橡胶能够有效的提高材料的冲击强度,而且橡胶增韧的工艺成熟,设备简单,因此通过橡胶增韧聚乳酸不失是一种简单有效的方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足,提供一种高韧性聚乳酸基复合材料及其制备方法。
一种高韧性聚乳酸基复合材料的组成成分和重量份数配比为:聚乳酸100份、弹性体增韧剂5—40份和热稳定剂0.01-5份;
所述的聚乳酸的数均分子量为5—20万道尔顿;
所述的弹性体增韧剂为环氧氯丙烷一环氧乙烷二元共聚氯醚橡胶或三元共聚的氯醚橡胶;
所述的环氧氯丙烷一环氧乙烷二元共聚氯醚橡胶的结构式为:
其重均分子量为800,000~1,000,000g.mol-1;
所述的环氧氯丙烷一环氧乙烷三元共聚型氯醚橡胶结构式为:
其重均分子量为800,000~1,000,000g.mol-1;
其中,以分子链中氯的摩尔含量为12—27%为最优;
所述的为热稳定剂为四[3-(3',5'—二叔丁基)丙酸]季戊四醇(抗氧剂1010)、三(2,4—二叔丁基苯基)亚磷酸酯(抗氧剂168)或双(2,4—二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯(AT—626抗氧剂)。
一种高韧性聚乳酸基复合材料的制法如下:
按配比将聚乳酸、弹性体和抗氧剂进行机械混合,时间3—10分钟,然后将混好的材料加入到密炼机中,在175—195℃、50—80转/分的条件下混合5—8分钟;再在开炼机上于175—195℃拉出片材,冷却后的片材再用切粒机切成粒料;或者,将混好的材料直接用双螺杆挤出机挤出造粒得到目标材料;挤出造粒的条件为:双螺杆挤出机的设定温度为:一区:120-140℃,二区:160-180℃,三区:170-190℃,四区:175-200℃,五区:180-200℃,六区:180-210℃,七区:180-200℃,机头:170-195℃;螺杆转速:100-300rpm。
有益效果:本发明通过选择合适的弹性体与聚乳酸进行复合,配合加入一定量的抗氧剂,调节配比,结合加工工艺,制备出具有高韧性的聚乳酸基复合材料。本发明选用的弹性体增韧剂加入到聚乳酸中不仅使其韧性显著提高,而且可以改善材料的流变行为,提高聚乳酸的成型加工性能,材料断裂伸长率由纯聚乳酸的5%增加至230%,冲击强度由4.6KJ/m2提高至66.7KJ/m2,使其适于多种成形加工工艺。且原料易得,工艺简单,价格低廉。
具体实施方式
实施例1:按以下配方和重量份称取各组分
分子量5万道尔顿的聚乳酸 100份
重均分子量为800000g.mol-1的二元共聚型氯醚橡胶 5份
抗氧剂1010 1.0份
然后先将各组分机械混合5-10分钟,再将混合好的材料加入到密炼机中,在175℃-195℃,60转/分钟的条件下混合5—8分钟,再在175—195℃的开炼机上拉出片材,冷却后的片材再用切粒机切成粒料,得到目标材料。目标材料的拉伸强度为55Mpa,断裂伸长率15%,缺口冲击强度为12Mpa。
实施例2:按以下配方和重量份称取各组分
分子量20万道尔顿聚乳酸 100份
重均分子量为800000g.mol-1的二元共聚型氯醚橡胶 40份
抗氧剂AT-626 0.6份
然后先将各组分进行机械混合5分钟,再将混合好的材料加入到挤出机中挤出造粒,得到目标材料。挤出改性造粒过程:双螺杆挤出机的设定温度为:一区:120-140℃,二区:160-180℃,三区:170-190℃,四区:175-200℃,五区:180-200℃,六区:180-210℃,七区:180-200℃,机头:170-195℃;螺杆转速:100-300rpm。所得到的目标材料力学性能如下:拉伸强度为20Mpa,断裂伸长率102%,缺口冲击强度为29KJ/m2。
实施例3:按以下配方和重量份称取各组分
分子量10万道尔顿聚乳酸 100份
重均分子量为1000000g.mol-1的二元共聚型氯醚橡胶 20份
抗氧剂168 0.01份
工艺条件如实施例2,得到目标材料。目标材料力学性能如下:拉伸强度为36Mpa,断裂伸长率230.22%,缺口冲击强度为66.7KJ/m2。
实施例4:按以下配方和重量份称取各组分
分子量10万道尔顿聚乳酸 100份
重均分子量为800000g.mol-1的三元共聚型氯醚橡胶 30份
抗氧剂AT-626 2份
工艺条件如实施例1,得到目标材料。目标材料力学性能如下:拉伸强度为27Mpa,断裂伸长率104%,缺口冲击强度为31KJ/m2。
实施例5:按以下配方和重量份称取各组分
分子量5万道尔顿聚乳酸 100份
重均分子量为800000g.mol-1的三元共聚型氯醚橡胶 5份
抗氧剂618 0.01份
工艺条件如实施例2,得到目标材料。目标材料力学性能如下:拉伸强度为52Mpa,断裂伸长率11%,缺口冲击强度为13KJ/m2。
实施例6:按以下配方和重量份称取各组分
分子量5万道尔顿聚左旋乳酸 100份
重均分子量为900000g.mol-1的三元共聚型氯醚橡胶 15份
抗氧剂AT—626 0.6份
工艺条件如实施例2,得到目标材料。目标材料力学性能如下:断裂伸长率174%,拉伸强度41Mpa,冲击强度29KJ/m2
实施例7:按以下配方和重量份称取各组分
分子量20万道尔顿聚乳酸 100份
重均分子量为1000000g.mol-1的三元共聚型氯醚橡胶 40份
抗氧剂AT—626 1.0份
工艺条件如实施例1,得到目标材料。目标材料力学性能如下:断裂伸长率150%,拉伸强度27MPa,冲击强度35KJ/m2
实施例8:按以下配方和重量份称取各组分
分子量8万道尔顿聚乳酸 100份
重均分子量为900000g.mol-1的二元共聚型氯醚橡胶 15份
抗氧剂1010 0.5份
工艺条件如实施例2,得到目标材料。目标材料力学性能如下:拉伸强度为46Mpa,断裂伸长率176%,缺口冲击强度为55KJ/m2。
实施例9:按以下配方和重量份称取各组分
分子量8万道尔顿聚乳酸 100份
重均分子量为900000g.mol-1的二元共聚型氯醚橡胶 30份
抗氧剂618 0.3份
工艺条件如实施例1,得到目标材料。目标材料材料力学性能如下:拉伸强度为29Mpa,断裂伸长率133.%,缺口冲击强度为46KJ/m2。
实施例10:按以下配方和重量份称取各组分
分子量8万道尔顿聚乳酸 100份
重均分子量为900000g.mol-1的三元共聚型氯醚橡胶 20份
抗氧剂1010 5份
工艺条件如实施例1,得到目标材料。目标材料力学性能如下:拉伸强度40Mpa,断裂伸长率142%,缺口冲击强度为53KJ/m2。
Claims (3)
1.一种高韧性聚乳酸基复合材料,其特征是其配方的组成成分和重量份数配比为:聚乳酸100份、弹性体增韧剂5—40份和热稳定剂0.01-5份组成;
所述的聚乳酸的数均分子量为5—20万道尔顿;
所述的弹性体增韧剂为环氧氯丙烷一环氧乙烷二元共聚氯醚橡胶或三元共聚的氯醚橡胶;
所述的环氧氯丙烷一环氧乙烷二元共聚氯醚橡胶的结构式为:
其重均分子量为800,000~1,000,000g.mol-1;
所述的环氧氯丙烷一环氧乙烷三元共聚型氯醚橡胶结构式为:
其重均分子量为800,000~1,000,000g.mol-1;
所述的为热稳定剂为四[3-(3′,5′—二叔丁基)丙酸]季戊四醇、三(2,4—二叔丁基苯基)亚磷酸酯或双(2,4—二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯。
2、按照权利要求1所述的一种高韧性聚乳酸基复合材料,其特征在于,所述的弹性体增韧剂的环氧氯丙烷一环氧乙烷二元共聚氯醚橡胶或三元共聚的氯醚橡胶,分子链中氯的摩尔含量为12—27%。
3、按照权利要求1所述的一种高韧性聚乳酸基复合材料的制法,其特征在于包括以下步骤:
按配比将聚乳酸、弹性体和抗氧剂进行机械混合,时间3—10分钟,然后将混好的材料加入到密炼机中,在175—195℃、50—80转/分的条件下混合5—8分钟;再在开炼机上于175—195℃拉出片材,冷却后的片材再用切粒机切成粒料;或者,预混合后直接用双螺杆挤出机挤出造粒得到目标材料;挤出造粒的条件为:双螺杆挤出机的设定温度为:一区:120-140℃,二区:160-180℃,三区:170-190℃,四区:175-200℃,五区:180-200℃,六区:180-210℃,七区:180-200℃,机头:170-195℃;螺杆转速:100-300rpm。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090325 |