CN101570624A - 一种生物质基聚乳酸复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高硬度高韧性的生物质基聚乳酸复合材料的制备方法。其特征在于以聚乳酸、木粉为主体，加入适量的增韧剂和其它助剂，形成复合材料。制得的复合材料硬度很高，弯曲模量可达5000MPa以上；弯曲强度可达80MPa以上；抗冲击性能较好，简支梁冲击强度(有缺口)可达9KJ/m2以上；拉伸强度可达40MPa以上，断裂伸长率可达30％以上；本发明所述的方法可大大降低聚乳酸复合材料的成本，同时所得的复合材料具有可降解性，因此具有很好的环保价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种高硬度高韧性的生物质基聚乳酸复合材料的制备方法，尤其涉及一种以聚乳酸为主体，加入其它助剂，与木粉、增韧剂形成的复合材料的制备方法。
背景技术
资源危机和生态问题引发了全世界对可持续发展和保护生态环境研究的热潮，许多满足环保要求的新材料不断涌现，其中木塑复合材料就是一种很有发展潜力的新型材料。近年来，木塑复合材料生产发展迅速，其制品已在包装箱、集装电器、护栏、家具以及汽车支柱和座椅等领域开始逐渐得到广泛应用。聚乳酸以其原料来源丰富，可再生的特点吸引了人们极大的关注，同时，聚乳酸具有良好的力学性能，而且聚乳酸类材料被使用后可以进行自然降解、堆肥和燃烧处理，最终产物只有水和二氧化碳，不会给环境带来污染。聚乳酸(PLA)是一种以可再生的植物资源为原料经过化学合成制备的生物降解高分子。它是一种热塑性脂肪族聚酯，玻璃化转变温度和熔点分别是60℃和175℃左右，在室温下是一种处于玻璃态的硬质高分子，其热性能和聚苯乙烯相似。聚乳酸及其共聚物是一种具有优良的生物相容性和可生物降解性的合成高分子材料。聚乳酸具有无毒、无刺激性、强度高、可塑性强、易加工成型、易被自然界中的多种微生物或动植物体内的酶分解代替，最终形成水和二氧化碳，不会对环境造成污染。国外相关机构在聚乳酸方面的投入力度非常大，仅2005年国外有关聚乳酸专利就达300多项，且近年来均呈递增趋势，预计聚乳酸在国外将会形成一个很大的产业。而我国拥有丰富的聚乳酸原料，这些为聚乳酸的开发利用提供了良好的发展空间。
但是，聚乳酸做为通用塑料使用，其价位还很难被市场接受，而且，聚乳酸制品还存在冲击性能差的缺点。因此，得到硬度、韧性、抗冲击性能较好且价位较低的聚乳酸复合材料，将产生重大的经济效益和环保效益。
发明内容
本发明提供一种高硬度、高韧性、抗冲击性能较好的聚乳酸复合材料的制备方法。该复合材料弯曲模量可达5000Mpa以上；弯曲强度可达80Mpa以上；抗冲击性能较好，简支梁冲击强度(有缺口)可达9KJ/m2以上；拉伸强度可达40Mpa以上，断裂伸长率可达30％以上；可进行挤压、冲压、模压等加工。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种生物质基聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，将聚乳酸在真空烘箱中60℃～120℃下干燥6～16小时，杨木粉在鼓风烘箱中80℃～120℃下干燥8～18小时，再加入偶联剂、增韧剂后混合均匀，然后在HAAKE扭矩流变仪中进行熔融共混，HAKKE的加工温度为160～220℃，转速为60～100rpm，共混时间为5～20min，得到共混物，其中各组分的重量百分比是：
聚乳酸：10～60％
杨木粉：10～60％
增韧剂：10～40％
偶联剂：0.4～2％，
其中，所述的聚乳酸的重均分子量为8-20万，
所述的杨木粉的粒径大小为60-140目，
所述增韧剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝乙烯-1-辛烯共聚物(POE)(简称mPOE)，其熔融指数为0.5～2.0g/10min。
所述偶联剂可以采用硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸脂偶联剂中的一种或多种，优选硅烷系列偶联剂。
上述技术方案中，还可以加入抗氧剂，各组分的重量百分比为：
聚乳酸：10～60％
杨木粉：10～60％
增韧剂：10～40％
偶联剂：0.4～2％
抗氧剂：0.5～1％
所述的抗氧剂可以采用四[甲撑β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或多种。
有益效果
本发明的优点在于：
(1)用于制备复合材料的基体和主要添加剂分别为聚乳酸和杨木粉，它们均为可降解的，因此所得的复合材料为可降解材料，起到了很好的环保作用，预计所得的复合材料在两年后其性能将会有明显下降。
(2)所用的杨木粉来源丰富且价格便宜，大大降低了聚乳酸复合材料的成本，使聚乳酸复合材料能够更好的得到推广，因此所得的复合材料有很好的市场前景。
(3)本发明所用的mPOE是优良的弹性体，能够很好的改善复合材料的韧性，且随着mPOE的加入，所得复合材料的冲击强度明显提高。但mPOE的加入会影响复合材料的降解性，因此按其适量配比加入是本发明的关键。
附图说明
图1聚乳酸/木粉复合材料的的制备过程
具体实施方式
对比例1
取聚乳酸243g，80℃下真空干燥12小时；取80目的木粉27g，100℃下真空干燥12小时，取抗氧剂四[甲撑β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯2.7g，取硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)2.7g，将其混合均匀后，用HAKKE密炼机进行熔融共混，共混温度为180℃，转速为60rpm，共混时间为10分钟，得复合材料。其性能见表1。
对比例2
取聚乳酸216g，80℃下真空干燥12小时；取80目的木粉54g，100℃下真空干燥12小时，取抗氧剂四[甲撑β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯2.7g，取硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)2.7g，将其混合均匀后，用HAKKE密炼机进行熔融共混，共混温度为180℃，转速为60rpm，共混时间为10分钟，得复合材料。其性能见表1。
实施例1
取聚乳酸192g，80℃下真空干燥12小时；取80目的木粉48g，100℃下真空干燥12小时，取2.4g硅烷偶联剂KH-550，将其与24g甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝乙烯-1-辛烯共聚物(POE)混合均匀后，用HAKKE密炼机进行熔融共混，共混温度为180℃，转速为60rpm，共混时间为10分钟，得复合材料。其性能见表1。
实施例2
取聚乳酸192g，80℃下真空干燥12小时；取80目的木粉48g，100℃下真空干燥48小时，取抗氧剂四[甲撑β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯2.4g，取2.4g硅烷偶联剂KH-550，将其与48g甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝乙烯-1-辛烯共聚物(POE)混合均匀后，用HAKKE密炼机进行熔融共混，共混温度为180℃，转速为60rpm，共混时间为10分钟，得复合材料。其性能见表1。
表1聚乳酸/木粉复合材料的性能
Claims (3)
1、一种生物质基聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，将聚乳酸在真空烘箱中60℃～120℃下干燥6～16小时，杨木粉在鼓风烘箱中80℃～120℃下干燥8～18小时，再加入偶联剂、增韧剂后混合均匀，然后在HAAKE扭矩流变仪中进行熔融共混，HAKKE扭矩流变仪的加工温度为160～220℃，转速为60～100rpm，共混时间为5～20min，得到的共混物即为生物质基聚乳酸复合材料，制备时各组分的重量百分比为：
聚乳酸：10～60％
杨木粉：10～60％
增韧剂：10～40％
偶联剂：0.4～2％，
其中，所述的聚乳酸的重均分子量为8-20万，
所述的杨木粉的粒径大小为60-140目，
所述增韧剂为熔融指数为0.5～2.0g/10min的甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-1-辛烯共聚物，
所述偶联剂为选自硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸脂偶联剂中的一种或多种。
2、如权利要求1所述的生物质基聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，制备时加入抗氧剂，各组分的重量百分比为：
聚乳酸：10～60％
杨木粉：10～60％
增韧剂：10～40％
偶联剂：0.4～2％
抗氧剂：0.5～1％，
所述的抗氧剂为选自四[甲撑β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或多种。
3、如权利要求1所述的生物质基聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷偶联剂。
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