CN101696318A - 改性聚乳酸及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及聚乳酸技术领域，具体涉及一种改性聚乳酸及其制备方法。本发明的改性聚乳酸，由重量百分比为40～89.7％的聚乳酸、5～40％的增韧剂、5～40％的填充剂、0.2～10％的光热稳定剂、0.1～10％的加工助剂经粉碎并在一定温度下混合，再在挤出机中挤出制备而成，其中增韧剂可以提高聚乳酸的抗冲击性能；填充剂可以改善聚乳酸的耐热性能，提高聚乳酸的强度；光热稳定剂可以增强聚乳酸的耐候性能；加工助剂可以改善聚乳酸的加工性能；所以本发明的改性聚乳酸具有较高的耐热性能和抗冲击性能，增加了聚乳酸材料在机械性能要求较高的产品中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及聚乳酸技术领域，具体涉及一种改性聚乳酸及其制备方法。
背景技术
聚乳酸(PLA)是一种绿色材料，原料来源于可再生的农作物，最突出的优点是生物可降解性，使用后能完全降解生成二氧化碳和水，不会对环境造成污染。
但是，纯聚乳酸的力学性质以及其他的性质，如热稳定性、阻隔性、抗溶剂性、阻燃性等通常不能满足需要，这就促使人们对聚乳酸材料的改性展开深入的研究。传统的改性方法为将聚乳酸与其他高聚物或者是加入无机物填料，通过简单混炼，加工工艺无具体要求，只能提高聚乳酸的某些性能，很难提高聚乳酸的综合性能，故普通聚乳酸很难满足各种行业的应用要求，如汽车、家电、建筑等行业，对塑料材料有一些更高的要求，在材料的机械性能上，甚至要达到或接近工程塑料的水平，而在聚乳酸材料工程化过程中，最难解决的问题即在保证材料具有较高的韧性、优良的外观和优异的加工性能的同时还需要有较高的耐热性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种改性聚乳酸，该聚乳酸的具有较高的耐热性能和抗冲击性能。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种改性聚乳酸，包括如下重量百分比的组分：
聚乳酸 40～89.7％
增韧剂 5～40％
填充剂 5～40％
光热稳定剂 0.2～10％
加工助剂 0.1～10％
所述的增韧剂为乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚或丙烯-乙烯接枝共聚物中的任意一种或一种以上的混合物；
所述填充剂为滑石粉、碳酸钙中的一种或二者的混合物；
所述光热稳定剂为钛白粉、紫外线吸收剂、抗氧剂中的任意一种或一种以上的混合物；
所述的加工助剂为硬脂酸、金属皂、硬脂酸复合酯、芥酸酰胺中的任意一种或一种以上的混合物。
由上述技术方案可知，本发明的改性聚乳酸是在聚乳酸组分中按照一定的比例添加增韧剂、填充剂、光热稳定剂和加工助剂制备而成，其中增韧剂可以提高聚乳酸的抗冲击性能；填充剂可以改善聚乳酸的耐热性能，提高聚乳酸的强度；光热稳定剂可以增强聚乳酸的耐候性能；加工助剂可以改善聚乳酸的加工性能；所以本发明的改性聚乳酸具有较高的耐热性能和抗冲击性能，增加了聚乳酸材料在机械性能要求较高的产品中的应用。
本发明的另一目的是提供一种聚乳酸的制备方法，该制备方法简单方便，无需大量的设备投入。
本发明的一种聚乳酸的制备方法，包括如下步骤：
1)、将聚乳酸颗粒粉碎后过100目以上筛，得到聚乳酸粉末；
2)、将聚乳酸粉末、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、加工助剂在40～105℃混合5～25分钟；
3)、将上述混合物冷却至40℃以下后在挤出机中加热至140℃～220℃，挤出后得到改性聚乳酸塑料，冷却后剪切成粒料，密封包装。
由上述技术方案可知，本发明的制备方法先是通过对原料在40～105℃温度下进行混合，使物料进行预塑化，并除去物料中可能含有的水分，再在挤出机经140℃～220℃挤出获得聚乳酸材料，所以该制备方法简单方便，无需大量的设备投入，同时由该方法制备的聚乳酸具有较高的耐热性能和抗冲击性能。
附图说明
图1是本发明的制备工艺流程图。
具体实施方式
本发明的一种改性聚乳酸，包括如下重量百分比的组分：
聚乳酸 40～89.7％
增韧剂 5～40％
填充剂 5～40％
光热稳定剂 0.2～10％
加工助剂 0.1～10％
其中所述的增韧剂为乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物(POE)、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物(EPDM)、苯乙烯-丁二烯共聚物(SBS)、氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚(SEBS)或丙烯-乙烯接枝共聚物中的任意一种或一种以上的混合物，且增韧剂为粉末或细小颗粒状，这样有助于混合，同时增韧剂还能提高本发明改性聚乳酸的抗冲击性能；所述填充剂为滑石粉、碳酸钙中的一种或二者的混合物，且其粒径95％以上分布在0.1～5.0微米，填充剂的作用可以改善改性聚乳酸的耐热性能，并能提高其强度；所述光热稳定剂为钛白粉、紫外线吸收剂、抗氧剂中的任意一种或一种以上的混合物，且光热稳定剂为粉末或细小颗粒状，光热稳定剂能增强改性聚乳酸的耐候性能；所述的加工助剂为硬脂酸、金属皂、硬脂酸复合酯、芥酸酰胺中的任意一种或一种以上的混合物，且加工助剂为粉末或细小颗粒状、或液体油状，加工助剂主要改善改性聚乳酸的加工性能；所以本发明的改性聚乳酸具有较高的耐热性能和抗冲击性能，这样就增加了本发明的聚乳酸材料在其他机械性能要求较高的产品中的应用，例如可替代部分石油基塑料如PVC、PP、PE、ABS等，并可应用于汽车饰件、家电部件、电动工具部件、建筑装潢材料或对温度和冲击强度要求较高的注塑或挤出产品中。
本发明的一种聚乳酸的制备方法，包括如下步骤：
1)、将聚乳酸颗粒粉碎后过100目以上筛，得到聚乳酸粉末；
2)、将聚乳酸粉末、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、加工助剂在40～105℃混合5～25分钟；
3)、将上述混合物冷却至40℃以下后在挤出机中加热至140℃～220℃，挤出后得到改性聚乳酸塑料，冷却后剪切成粒料，密封包装。在上述步骤中是先将聚乳酸颗粒粉碎后过100目以上筛，可以使聚乳酸能够与增韧剂、填充剂、光热稳定剂、和加工助剂充分混合均匀；在混和时，可将聚乳酸粉末、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、加工助剂置于高混机中，在转速为100～2500rpm高速混合5～25分钟，混合温度是40～105℃，通过物料间的摩擦进行升温，使物料预塑化，并除去物料中可能含有的水分；再将混合后的物料进行冷却，一般是在200～800rpm的转速下进行水冷至40℃以下，这样可避免物料在高温下结块，再在双螺杆挤出机中加热至140～220℃，螺杆转速为5～45rpm，挤出后得到改性聚乳酸塑料，冷却后剪切成粒料，密封包装即可，所以本发明的聚乳酸的制备方法简单方便，无需大量的设备投入。
实施例1
1)、将聚乳酸颗粒粉碎后过100目以上筛，得到聚乳酸粉末；
2)、将聚乳酸粉末、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、加工助剂置于高混机中，在转速为1500rpm下高速混合12分钟达到105℃，其中所述的增韧剂为乙烯～丙烯～辛烯三元共聚物(POE)，填充剂为滑石粉，光热稳定剂为钛白粉，加工助剂为硬脂酸，且各组分的重量百分比为：聚乳酸65％、增韧剂和填充剂均为15％、光热稳定剂和加工助剂均为2.5％；
3)、将上述混合物在500rpm冷却至35℃，再加入双螺杆挤出机，螺杆转速为35rpm，螺杆各部分的加热温度为140～190℃，挤出后得到改性聚乳酸塑料，冷却后剪切成粒料，密封包装。
经测试上述获得的改性聚乳酸的维卡软化温度为74.6℃，缺口冲击强度为11.3KJ/m2。
实施例2
1)、将聚乳酸颗粒粉碎后过100目以上筛，得到聚乳酸粉末；
2)、将聚乳酸粉末、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、加工助剂置于高混机中，在转速为1000rpm下高速混合15分钟达到75℃，其中所述的增韧剂为乙烯～丙烯～丁二烯三元共聚物(EPDM)，填充剂为滑石粉和碳酸钙的混合物，光热稳定剂为钛白粉，加工助剂为金属皂，且各组分的重量百分比为：聚乳酸89.7％、增韧剂和填充剂均为5％、光热稳定剂为0.2％、加工助剂0.1％；
3)、将上述混合物在200rpm冷却至35℃，再加入双螺杆挤出机，螺杆转速为25rpm，螺杆各部分的加热温度为160～200℃，挤出后得到改性聚乳酸塑料，冷却后剪切成粒料，密封包装。
经测试上述改性聚乳酸的维卡软化温度为70℃，缺口冲击强度为5.1KJ/m2。
实施例3
1)、将聚乳酸颗粒粉碎后过100目以上筛，得到聚乳酸粉末；
2)、将聚乳酸粉末、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、加工助剂置于高混机中，在转速为2500rpm下高速混合5分钟达到90℃，其中所述的增韧剂为苯乙烯～丁二烯共聚物(SBS)，填充剂为碳酸钙，光热稳定剂为紫外线吸收剂，加工助剂为芥酸酰胺，且各组分的重量百分比为：聚乳酸40％、增韧剂和填充剂均为22.5％、光热稳定剂和加工助剂均为7.5％；
3)、将上述混合物在800rpm冷却至35℃，再加入双螺杆挤出机，螺杆转速为15rpm，螺杆各部分的加热温度为180～220℃，挤出后得到改性聚乳酸塑料，冷却后剪切成粒料，密封包装。
经测试上述改性聚乳酸的维卡软化温度为75℃，缺口冲击强度为18.5KJ/m2。
实施例4
1)、将聚乳酸颗粒粉碎后过100目以上筛，得到聚乳酸粉末；
2)、将聚乳酸粉末、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、加工助剂置于高混机中，在转速为1200rpm下高速混合25分钟达到95℃，其中所述的增韧剂为乙烯～丙烯～辛烯三元共聚物(POE)与丙烯～乙烯接枝共聚物的混合物，填充剂为滑石粉，光热稳定剂为钛白粉和抗氧化剂的混合物，加工助剂为硬脂酸复合酯，且各组分的重量百分比为：聚乳酸40％、增韧剂为40％、填充剂为15％、光热稳定剂和加工助剂均为2.5％；
3)、将上述混合物在600rpm冷却至35℃，再加入双螺杆挤出机，螺杆转速为20rpm，螺杆各部分的加热温度为160～200℃，挤出后得到改性聚乳酸塑料，冷却后剪切成粒料，密封包装。
经测试上述改性聚乳酸的维卡软化温度为71.2℃，缺口冲击强度为26KJ/m2。
实施例5
1)、将聚乳酸颗粒粉碎后过100目以上筛，得到聚乳酸粉末；
2)、将聚乳酸粉末、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、加工助剂置于高混机中，在转速为100rpm下高速混合5分钟达到40℃，其中所述的增韧剂为乙烯～丙烯～辛烯三元共聚物(POE)和氢化的乙烯～丁二烯～苯乙烯共聚物(SEBS)的混合物，填充剂为滑石粉，光热稳定剂为钛白粉和紫外线吸收剂的混合物，加工助剂为硬脂酸和芥酸酰胺的混合物，且各组分的重量百分比为：聚乳酸65％、增韧剂和填充剂均为15％、光热稳定剂和加工助剂均为2.5％；
3)、将上述混合物在500rpm冷却至35℃，再加入双螺杆挤出机，螺杆转速为20rpm，螺杆各部分的加热温度为180～220℃，挤出后得到改性聚乳酸塑料，冷却后剪切成粒料，密封包装。
经测试上述改性聚乳酸的维卡软化温度为76.6℃，缺口冲击强度为6KJ/m2。
实施例6
1)、将聚乳酸颗粒粉碎后过100目以上筛，得到聚乳酸粉末；
2)、将聚乳酸粉末、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、加工助剂置于高混机中，在转速为1500rpm下高速混合12分钟达到105℃，其中所述的增韧剂为乙烯～丙烯～辛烯三元共聚物(POE)，填充剂为滑石粉，光热稳定剂为钛白粉，加工助剂为硬脂酸，且各组分的重量百分比为：聚乳酸65％、增韧剂为10％、填充剂为15％、光热稳定剂和加工助剂均为5％；
3)、将上述混合物在500rpm冷却至35℃，再加入双螺杆挤出机，螺杆转速为35rpm，螺杆各部分的加热温度为140～190℃，挤出后得到改性聚乳酸塑料，冷却后剪切成粒料，密封包装。
经测试上述改性聚乳酸的维卡软化温度为72.3℃，缺口冲击强度为5.8KJ/m2。
实施例7
1)、将聚乳酸颗粒粉碎后过100目以上筛，得到聚乳酸粉末；
2)、将聚乳酸粉末、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、加工助剂置于高混机中，在转速为800rpm下高速混合15分钟达到75℃，其中所述的增韧剂为乙烯～丙烯～丁二烯三元共聚物(EPDM)，填充剂为滑石粉和碳酸钙的混合物，光热稳定剂为钛白粉，加工助剂为金属皂，且各组分的重量百分比为：聚乳酸77.5％、增韧剂和加工助剂均为5％、填充剂为15％、光热稳定剂为2.5％；
3)、将上述混合物在200rpm冷却至35℃，再加入双螺杆挤出机，螺杆转速为25rpm，螺杆各部分的加热温度为160～200℃，挤出后得到改性聚乳酸塑料，冷却后剪切成粒料，密封包装。
经测试上述改性聚乳酸的维卡软化温度为75.8℃，缺口冲击强度为7.3KJ/m2。
实施例8
1)、将聚乳酸颗粒粉碎后过100目以上筛，得到聚乳酸粉末；
2)、将聚乳酸粉末、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、加工助剂置于高混机中，在转速为2000rpm下高速混合5分钟达到90℃，其中所述的增韧剂为苯乙烯～丁二烯共聚物(SBS)，填充剂为碳酸钙，光热稳定剂为紫外线吸收剂和抗氧化剂的混合物，加工助剂为芥酸酰胺，且各组分的重量百分比为：聚乳酸60％、增韧剂、填充剂、光热稳定剂和加工助剂均为10％；
3)、将上述混合物在800rpm冷却至35℃，再加入双螺杆挤出机，螺杆转速为15rpm，螺杆各部分的加热温度为180～220℃，挤出后得到改性聚乳酸塑料，冷却后剪切成粒料，密封包装。
经测试上述改性聚乳酸的维卡软化温度为70.5℃，缺口冲击强度为10.8KJ/m2。
实施例9
1)、将聚乳酸颗粒粉碎后过100目以上筛，得到聚乳酸粉末；
2)、将聚乳酸粉末、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、加工助剂置于高混机中，在转速为1000rpm下高速混合25分钟达到95℃，其中所述的增韧剂为乙烯～丙烯～辛烯三元共聚物(POE)和丙烯-乙烯接枝共聚物的混合物，填充剂为滑石粉，光热稳定剂为钛白粉，加工助剂为硬脂酸，且各组分的重量百分比为：聚乳酸70％、填充剂和光热稳定剂为10％、加工助剂和增韧剂均为5％；
3)、将上述混合物在600rpm冷却至35℃，再加入双螺杆挤出机，螺杆转速为20rpm，螺杆各部分的加热温度为160～200℃，挤出后得到改性聚乳酸塑料，冷却后剪切成粒料，密封包装。
经测试上述改性聚乳酸的维卡软化温度为74.3℃，缺口冲击强度为8.7KJ/m2。
实施例10
1)、将聚乳酸颗粒粉碎后过100目以上筛，得到聚乳酸粉末；
2)、将聚乳酸粉末、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、加工助剂置于高混机中，在转速为1000rpm下高速混合5分钟达到40℃，其中所述的增韧剂为乙烯～丙烯～辛烯三元共聚物(POE)、丙烯-乙烯接枝共聚物、氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS)和苯乙烯-丁二烯共聚物(SBS)的混合物，填充剂为滑石粉，光热稳定剂为钛白粉、紫外线吸收剂和抗氧剂的混合物，加工助剂为硬脂酸、金属皂和芥酸酰胺的混合物，且各组分的重量百分比为：聚乳酸50％、增韧剂为10％、填充剂均为30％、光热稳定剂和加工助剂均为5％；
3)、将上述混合物在500rpm冷却至35℃，再加入双螺杆挤出机，螺杆转速为20rpm，螺杆各部分的加热温度为180～220℃，挤出后得到改性聚乳酸塑料，冷却后剪切成粒料，密封包装。
经测试上述改性聚乳酸的维卡软化温度为77℃，缺口冲击强度为7KJ/m2。
Claims (9)
1.一种改性聚乳酸，包括如下重量百分比的组分：
聚乳酸 40～89.7％
增韧剂 5～40％
填充剂 5～40％
光热稳定剂 0.2～10％
加工助剂 0.1～10％
所述的增韧剂为乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚、丙烯-乙烯接枝共聚物中的任意一种或一种以上的混合物；
所述填充剂为滑石粉、碳酸钙中的任意一种或二者的混合物；
所述光热稳定剂为钛白粉、紫外线吸收剂、抗氧剂中的任意一种或一种以上的混合物；
所述的加工助剂为硬脂酸、金属皂、硬脂酸复合酯、芥酸酰胺中的任意一种或一种以上的混合物。
2.根据权利要求1所述的改性聚乳酸，其特征在于：所述的填充剂的粒径95％以上分布在0.1微米～5.0微米。
3.根据权利要求1所述的改性聚乳酸，其特征在于：所述的光热稳定剂和增韧剂为粉末或细小颗粒状。
4.根据权利要求1所述的改性聚乳酸，其特征在于：所述的加工助剂为粉末或细小颗粒状、或液体油状。
5.一种聚乳酸的制备方法，包括如下步骤：
1)、将聚乳酸颗粒粉碎后过100目以上筛，得到聚乳酸粉末；
2)、将聚乳酸粉末、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、加工助剂在40～105℃混合5～25分钟；
3)、将上述混合物冷却至40℃以下后在挤出机中加热至140℃～220℃，挤出后得到改性聚乳酸塑料，冷却后剪切成粒料，密封包装。
6.根据权利要求5所述的聚乳酸的制备方法，其特征在于：所述的聚乳酸粉末、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、加工助剂的混合是指在高混机中混合。
7.根据权利要求5所述的聚乳酸的制备方法，其特征在于：所述的挤出机为双螺杆挤出机。
8.根据权利要求6所述的聚乳酸的制备方法，其特征在于：所述的高混机的转速为100～2500rpm。
9.根据权利要求7所述的聚乳酸的制备方法，其特征在于：所述的双螺杆挤出机的双螺杆转速为5～45rpm。
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