CN101525449A - 提高聚乳酸/淀粉共混物相容性和界面结合性的改性方法 - Google Patents

提高聚乳酸/淀粉共混物相容性和界面结合性的改性方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高聚乳酸/淀粉共混物相容性和界面结合性的改性方法，包括：(1)将原生淀粉与增容剂按质量比60～90∶10～40通过高速捏合机混合10－30分钟；(2)将上述粉体与聚乳酸颗粒按质量比为10～90∶10～90混合，同时加入异氰酸酯偶联剂，通过双螺杆挤出机共混挤出造粒，共混温度为150～230℃，螺杆转速为25－500rpm，形成聚乳酸/淀粉共混改性树脂切片；本发明的聚乳酸/淀粉共混物拥有良好的生物降解性能，该改性方法成本低，经改性后的聚乳酸/淀粉共混物其相容性、界面结合性，力学性能和热性能都得到了提高，在一些简单应用中替代通用塑料。

Description

提高聚乳酸/淀粉共混物相容性和界面结合性的改性方法
技术领域
本发明属聚乳酸/淀粉共混物的改性制备领域，特别是涉及一种提高聚乳酸/淀粉共混物相容性和界面结合性的改性方法。
背景技术
聚乳酸(PLA)是一种来源广泛，且可生物降解的高分子材料，目前聚乳酸越来越广泛地应用于生物医学工程，但是在通用塑料领域的应用还是很少。
从国内外PLA生产和研究的现状可以看出，阻碍PLA产业发展的主要问题是合成路线冗长，导致产品价格偏高，使其制品难以在包装、农业、纺织等领域得到大量推广。现有技术通过加入淀粉作为填料来降低PLA制品生产成本。但是由于聚乳酸/淀粉共混物力学性能和热性能低下，难以得到广泛应用。这主要原因在于原生淀粉在聚乳酸基体内相容性差，分散性差界面结合性差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高聚乳酸/淀粉共混物相容性和界面结合性的改性方法，本发明制备的聚乳酸/淀粉共混物与纯聚乳酸聚合物相比，在性能基本不变的前提下，拥有良好的生物降解性能；该改性方法成本低，经改性后的聚乳酸/淀粉共混物其相容性、界面结合性，力学性能和热性能都得到了提高。
本发明的一种提高聚乳酸/淀粉共混物相容性和界面结合性的改性方法，包括：
(1)将原生淀粉与增容剂按质量比60～90∶10～40通过高速捏合机(500rpm)混合0.5-30分钟；
(2)将上述粉体与聚乳酸颗粒按质量比为10～90∶10～90在低速混合机(60rpm)中混合，同时加入异氰酸酯偶联剂，通过双螺杆挤出机共混挤出造粒，共混温度为150～230℃，螺杆转速为25-500rpm，形成聚乳酸/淀粉共混改性树脂切片；
(3)将共混物切片干燥后经热塑性加工成型，加工温度为150～230℃，制得塑料制品
所述步骤(1)中的原生淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉。
所述的增容剂为聚乙二醇，聚丙二醇，聚四氢呋喃，聚己内酯。
所述步骤(2)中的聚乳酸平均分子量在7～30万之间。
所述步骤(2)中所述的异氰酸酯偶联剂为甲苯二异氰酸酯TDI，二苯基甲烷二异氰酸酯MDI或六亚甲基二异氰酸酯HDI，偶联剂的用量为聚乳酸加入质量的1％-15％。
所述步骤(3)中的塑料制品的形状为片状、管状或薄膜。
有益效果
(1)本发明制备的聚乳酸/淀粉共混物与纯聚乳酸聚合物相比，在性能基本不变的前提下，拥有良好的生物降解性能；
(2)该改性方法成本低，经改性后的聚乳酸/淀粉共混物其相容性、界面结合性，力学性能和热性能都得到了提高。
附图说明
图1为添加增容剂的聚乳酸/淀粉(70/30)共混物的SEM淬断断面图；
图2为添加增容剂和异氰酸酯交联剂的聚乳酸/淀粉(70/30)共混物的SEM淬断断面；
图3为添加增容剂的聚乳酸/淀粉(50/50)共混物的注塑样条和聚乳酸的注塑样条断裂对比图；
图4为添加增容剂的聚乳酸/淀粉(50/50)共混物和添加增容剂和异氰酸酯交联剂的聚乳酸/淀粉(50/50)共混物的DMA(动态力学分析测试)对比图；
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)将淀粉与聚丙二醇(增容剂)按质量比90∶10通过高速混合机混合10分钟；
(2)上述粉体与聚乳酸颗粒按一定质量配比40∶50通过双螺杆共混挤出造粒，共混温度为150～230℃，形成聚乳酸/淀粉共混改性树脂颗粒；
(3)将上述颗粒通过注塑机注塑成标准样条。使用冲击强度仪和万能试验机测试其力学性能。
实施例2
(1)将淀粉与聚丙二醇(增容剂)按质量比90∶10通过高速捏合机(500rpm)混合10分钟；
(2)上述粉体，TDI(甲苯二异氰酸酯)和聚乳酸颗粒按质量比为40∶50∶1在低速混合机(50rpm)混合后，再通过双螺杆共混挤出造粒，共混温度为150～230℃，形成聚乳酸/淀粉共混改性树脂颗粒；
(3)将上述颗粒通过注塑机注塑成标准样条。使用冲击强度仪和万能试验机测试其力学性能。
实例1与2的结果对比如下：
Figure A20091004860500051
从上面的对比表格可以看出，只添加增容剂的共混物的抗张强度相比PLA和PP比较低，弹性模量低于PLA但比PP高，弯曲模量比PLA低但与PP接近。同时断裂伸长率相比PLA和PP有了很大提高。冲击强度比PLA高，而添加有聚丙二醇增容剂和TDI的共混物的力学性能比只添加增容剂的共混物的力学性能有了较大提高。
从图1的SEM图可以看出，添加有聚丙二醇增容剂的聚乳酸淀粉共混物中淀粉颗粒分散均匀，颗粒尺寸小。淀粉与聚乳酸基体的界面较为清晰。
从图2的SEM图可以看出，添加有聚丙二醇增容剂和TDI的聚乳酸淀粉共混物中淀粉颗粒分散均匀，颗粒尺寸小。而且淀粉与聚乳酸基体的界面变得模糊，界面结合性提高。
从图3的添加有增容剂的聚乳酸/淀粉(50/50)共混物的注塑样条和聚乳酸的注塑样条断裂对比图可以看出，共混物断裂时出现细颈现象，断裂伸长提高。
从图4的DMA测试(曲线2为添加有TDI的聚乳酸淀粉共混物，曲线1未添加TDI的聚乳酸淀粉共混物)对比曲线可以看出，添加了TDI后，共混物的Tg提高，分子链活动受抑制，力学性能和热性能提高。
实施例3
(1)将淀粉与聚四氢呋喃(增容剂)按质量比80∶20通过高速捏合机(500rpm)混合15分钟；
(2)上述粉体，TDI和聚乳酸颗粒按质量比为40∶50∶5在低速混合机(60rpm)中混合，通过双螺杆共混挤出造粒，共混温度为150～230℃，形成聚乳酸/淀粉共混改性树脂颗粒；
(3)将上述颗粒通过注塑机注塑成标准样条。使用冲击强度仪和万能试验机测试其力学性能。
Figure A20091004860500061
实施例4
(1)将淀粉与聚四氢呋喃(增容剂)按质量比80∶20通过高速捏合机(500rpm)混合15分钟；
(2)上述粉体，MDI和聚乳酸颗粒按质量比为40∶50∶5在低速混合机(60rpm)中混合，通过双螺杆共混挤出造粒，共混温度为150～230℃，形成聚乳酸/淀粉共混改性树脂颗粒；
(3)将上述颗粒通过注塑机注塑成标准样条。使用冲击强度仪和万能试验机测试其力学性能。
Figure A20091004860500062
从此可以总结出通过此改性方法制得的共混物的机械性能较现有通用塑料已经基本接近。且作为完全生物可降解塑料，其由于添加大量廉价的淀粉，相比PLA具有很大的成本优势。目前(2008年)PLA进口原料每吨要28000元以上，国产原料也要20000元以上。而此共混物的原料成本只有不到11000元/吨左右.具有明显的成本优势。在一些简单的应用领域，完全可以作为完全生物可降解材料替代普通通用塑料。

Claims (6)

1.一种提高聚乳酸/淀粉共混物相容性和界面结合性的改性方法，包括：
(1)将原生淀粉与增容剂按质量比60～90∶10～40通过高速捏合机500rpm混合0.5-30分钟；
(2)将上述粉体与聚乳酸颗粒按质量比为10～90∶10～90在低速混合机60rpm中混合，同时加入异氰酸酯偶联剂，通过双螺杆挤出机共混挤出造粒，共混温度为150～230℃，螺杆转速为25-500rpm，形成聚乳酸/淀粉共混改性树脂切片；
(3)将共混物切片干燥后经热塑性加工成型，加工温度为150～230℃，制得塑料制品。
2.根据权利要求1所述的一种提高聚乳酸/淀粉共混物相容性和界面结合性的改性方法，其特征在于：所述步骤(1)中的原生淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉。
3.根据权利要求1所述的一种提高聚乳酸/淀粉共混物相容性和界面结合性的改性方法，其特征在于：所述的增容剂为聚乙二醇，聚丙二醇，聚四氢呋喃，聚己内酯。
4.根据权利要求1所述的一种提高聚乳酸/淀粉共混物相容性和界面结合性的改性方法，其特征在于：所述步骤(2)中的聚乳酸平均分子量在7～30万之间。
5.根据权利要求1所述的一种提高聚乳酸/淀粉共混物相容性和界面结合性的改性方法，其特征在于：所述步骤(2)中的异氰酸酯偶联剂为甲苯二异氰酸酯TDI，二苯基甲烷二异氰酸酯MDI或六亚甲基二异氰酸酯HDI，偶联剂的用量为聚乳酸加入质量的1％-15％。
6.根据权利要求1所述的一种提高聚乳酸/淀粉共混物相容性和界面结合性的改性方法，其特征在于：所述步骤(3)中的塑料制品的形状为块状、片状、管状或薄膜。
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