CN101724245A - Ppc与pcl及pla共混物及制备方法 - Google Patents

Ppc与pcl及pla共混物及制备方法 Download PDF

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王红霞
武占存
徐晓燕
李云飞
黄云生
李成军
白景峰
张彩云
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Abstract

本发明涉及一种PPC与PCL及PLA共混物及制备方法，共混物由PPC、PCL、PLA、封端剂、润滑剂和改性轻质碳酸钙组成，制备方法是：将PPC、PCL和PLA以及封端剂、润滑剂和改性轻质碳酸钙在高速搅拌机中在不高于35℃的情况下进行冷混，将冷混料用螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出造粒的温度不超过200℃。本发明的优点是：本发明方法的工艺简单、设备普通，非常适宜工业化生产；同时，本发明的方法所使用的原材料简单易得，均很容易在市场上买到；用本发明的方法加工出的共混物，发粘结块的温度比纯PPC有较大的提高，力学性能较纯PPC有很大的改善，拓宽了纯PPC的应用范围，且共混物完全生物降解。

Description

PPC与PCL及PLA共混物及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种PPC与PCL及PLA共混物及制备方法，属于聚合物加工领域。
背景技术：
环境污染是当今社会面临的亟待解决的问题之一。二氧化碳是许多工业领域所产生的废气，排放到大气层中，不仅对环境造成了污染，而且也是碳资源的浪费，二氧化碳-环氧丙烷共聚物的原料之一是二氧化碳，通过二氧化碳与环氧丙烷共聚反应可以固定二氧化碳；同时所得到的共聚物是一种无毒无味、阻隔性能优异的无色固体，且该共聚物具有完全生物降解的特性，可以代替普通塑料解决“白色污染”问题，因此具有双环保作用。实现二氧化碳-环氧丙烷聚合反应的工业化生产和共聚物的市场化推广是企业家和化学工程师们追求的目标。
二氧化碳与环氧丙烷共聚物[Poly(propylene carbonate)，以下缩写为PPC]是非晶态聚合物，玻璃化温度(Tg)为35℃左右。温度在Tg以上时，PPC发粘结块，影响其储存和运输；在Tg以下时PPC处于玻璃态，脆性较大，因此纯PPC的应用存在很大困难。聚己内酯(Polycaprolactone，以下缩写为PCL)熔点是60℃左右，柔韧性好，生物降解速度快，与PPC相容性好；聚乳酸[Poly(1actic acid)，以下缩写为PLA]是一种以可再生的植物资源为原料制备的完全生物降解高分子材料，玻璃化转变温度和熔点分别是60℃左右和170℃左右，价格相对较低，也有较快的生物降解速度；PPC和PCL、PLA有较好的相容性，三者共混得到的共混物发粘结块的温度高于纯PPC，解决了储存和运输问题，同时力学性能较纯PPC有很大的改善，扩大了其应用范围，且共混物可以完全生物降解。
发明内容：
本发明的目的是提供一种PPC与PCL及PLA共混物及制备方法，用本发明的方法得到的共混物发粘结块的温度高于纯PPC，同时力学性能较纯PPC有很大的改善，且共混物可以完全生物降解。
本发明的目的是用以下方式实现的：
本发明的共混物由PPC、PCL、PLA、封端剂、润滑剂和改性轻质碳酸钙组成，其中：PCL和PLA之和与PPC的质量比为10～100∶100，PCL和PLA中的每一种组分所占PCL和PLA两者之和的比例不低于5％(质量比)；封端剂与PPC的质量比为0.2～5∶100；润滑剂与改性轻质碳酸钙的质量比为0.5～30∶100；改性轻质碳酸钙与聚合物(PPC、PCL和PLA三者之和)的比例(质量比)为1～20∶100。
所述封端剂为马来酸酐；
所述润滑剂为硬酯酸、环氧大豆油中的一种或两者的混合物；
所述改性轻质碳酸钙是经过亲油改性的轻质碳酸钙，轻质碳酸钙的颗粒大小在700～4000目之间。
本发明的共混物的制备方法是：将PPC、PCL和PLA以及封端剂、润滑剂和改性轻质碳酸钙在高速搅拌机中在不高于35℃的情况下进行冷混，冷混的时间为5～10分钟；搅拌机的转速为500～1500转/分钟。
将冷混料用螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出造粒的温度不超过200℃。
本发明的原理在于：PCL的柔韧性较好，软化温度在55℃以上，且与PPC的相容性较好；PLA熔点是60℃左右，刚性较好。PPC与PCL、PLA共混所得到的共混物发粘结块的温度高于纯PPC，力学性能优于纯PPC，且可以完全生物降解。加入少量的改性轻质碳酸钙能保证在混合过程中PPC不结块且混合均匀，同时可以提高共混物的性能和降低成本；加入封端剂为了保证PPC在加工过程中不进行拉链式热分解；加入润滑剂是为了加工工艺的顺畅，提高加工效率；挤出造粒的温度不超过200℃可以保证在加工过程中PPC和PCL、PLA不热分解或分解很少。
本发明的优点是：本发明方法的工艺简单、设备普通。工艺只有冷混和挤出造粒两个步骤；所使用的设备为非常普通的高速搅拌机和双螺杆挤出机或单螺杆挤出机，非常适宜工业化生产。
本发明的方法所使用的原材料简单易得。PCL和PLA是目前市场上常见的全生物降解塑料，很容易买到；轻质碳酸钙颗粒大小在700～4000目的普通亲油改性产品就能使用，市场上有售；所加入的加工助剂只有两种，且选用的是非常普通易得的常用助剂。用本发明的方法加工出的共混物，发粘结块的温度比纯PPC有较大的提高，力学性能较纯PPC有很大的改善，拓宽了纯PPC的应用范围，且共混物完全生物降解。
具体实施方式：
实施例1：
称取PPC(蒙西高新技术集团公司生产，玻璃化温度为35℃)2000克，马来酸酐20克，亲油改性轻质碳酸钙(颗粒大小为800目)20克，硬酯酸2克，PCL为100克，PLA为100克，分别加入到高速搅拌机中，在冷混温度为0℃的情况下搅拌5分钟，搅拌机的转速可以为1500转/分钟；放出冷混料，用单螺杆挤出机挤出造粒，最高加热区加热温度为171℃。用所得到的粒料在烘箱中测试粒料开始发粘的温度，同时用所得到的粒料在注射机中按GB/T 17037-1997的要求进行制样，然后按GB/T 1040-2006和GB/T 2918-1998的要求进行拉伸性能测试，记录测试结果。
实施例2：
称取PPC(同实施例1)2000克，马来酸酐30克，亲油改性轻质碳酸钙(颗粒大小为1250目)50克，环氧大豆油10克，PCL为200克，PLA为200克，分别加入到高速搅拌机中，在冷混温度为5℃的情况下搅拌6分钟，搅拌机的转速可以为1000转/分钟；放出冷混料，用双螺杆挤出机挤出造粒，最高加热区加热温度为172℃。用所得到的粒料测试开始发粘的温度和拉伸性能，记录测试结果(同实施例1)。
实施例3：
称取PPC(同实施例1)2000克，马来酸酐20克，轻质碳酸钙(颗粒大小为1250目)100克，硬酯酸20克，PCL为100克，PLA为500克，分别加入到高速搅拌机中，在冷混温度为10℃的情况下搅拌10分钟，搅拌机的转速可以为800转/分钟；放出冷混料，用单螺杆挤出机挤出造粒，最高加热区加热温度为173℃。用所得到的粒料测试开始发粘的温度和拉伸性能，记录测试结果(同实施例1)。
实施例4：
称取PPC(同实施例1)2000克，马来酸酐30克，轻质碳酸钙(颗粒大小为800目)100克，环氧大豆油20克，PCL为300克，PLA为300克，分别加入到高速搅拌机中，在冷混温度为20℃的情况下搅拌5分钟，搅拌机的转速可以为500转/分钟；放出冷混料，用双螺杆挤出机挤出造粒，最高加热区加热温度为175℃。用所得到的粒料测试开始发粘的温度和拉伸性能，记录测试结果(同实施例1)。
实施例5：
称取PPC(同实施例1)2000克，马来酸酐20克，轻质碳酸钙(颗粒大小为800目)200克，硬酯酸30克，PCL为1000克，PLA为800克，分别加入到高速搅拌机中，在冷混温度为25℃的情况下搅拌10分钟，搅拌机的转速可以为1500转/分钟；放出冷混料，用单螺杆挤出机挤出造粒，最高加热区加热温度为177℃。用所得到的粒料测试开始发粘的温度和拉伸性能，记录测试结果(同实施例1)。
实施例6：
称取PPC(同实施例1)2000克，马来酸酐30克，轻质碳酸钙(颗粒大小为1250目)200克，环氧大豆油40克，PCL为300克，PLA为1500克，分别加入到高速搅拌机中，在冷混温度为31℃的情况下搅拌5分钟，搅拌机的转速可以为1500转/分钟；放出冷混料，用双螺杆挤出机挤出造粒，最高加热区加热温度为178℃。用所得到的粒料测试开始发粘的温度和拉伸性能，记录测试结果(同实施例1)。
以上实施例中硬脂酸和环氧大豆油均可被硬脂酸与环氧大豆油的混合物替代，其中硬脂酸与环氧大豆油混合比例不限。PPC也可选用其它厂家生产的结构相同的产品。
实施例1～6所得到的粒料开始发粘的温度及拉伸性能数据如下表所示，并与纯PPC料进行对比。
  纯PPC   实例1   实例2   实例3   实例4   实例5   实例6
  开始发粘结块温度(℃)   36   42   48   54   54   67   60
  拉伸强度(MPa)   1.36   6.75   14.1   25.8   19.9   19.65   32.6
  屈服强度(MPa)   26.9   32.8
  断裂伸长率(％)   ≥800   780   452   358   223   10.8   6.4
通过上述实验数据可知：本发明的共混物的发粘结块温度较纯PPC有明显提高。力学性能的实验数据中，拉伸强度比纯PPC也提高了；断裂伸长率处于较大的变化范围，拓宽了共混物的应用范围。

Claims (8)

1.一种PPC与PCL及PLA共混物，其特征是：共混物由PPC、PCL、PLA、封端剂、润滑剂和改性轻质碳酸钙组成，其中：PCL和PLA之和与PPC的质量比为10～100∶100，PCL和PLA中的每一种组分所占PCL和PLA两者之和的比例不低于5％(质量比)；封端剂与PPC的质量比为0.2～5∶100；润滑剂与改性轻质碳酸钙的质量比为0.5～30∶100；改性轻质碳酸钙与聚合物(PPC、PCL和PLA三者之和)的比例(质量比)为1～20∶100。
2.根据权利要求1所述的共混物，其特征是：封端剂为马来酸酐。
3.根据权利要求1所述的共混物，其特征是：润滑剂为硬酯酸、环氧大豆油中的一种或两者的混合物。
4.根据权利要求1所述的共混物，其特征是：改性轻质碳酸钙是经过亲油改性的轻质碳酸钙，轻质碳酸钙的颗粒大小在700～4000目之间。
5.一种根据权利要求1所述的PPC与PCL及PLA共混物的制备方法，其特征是：将PPC、PCL和PLA以及封端剂、润滑剂和改性轻质碳酸钙在高速搅拌机中在不高于35℃的情况下进行冷混。
6.根据权利要求5所述的共混物的制备方法，其特征是：冷混的时间为5～10分钟。
7.根据权利要求5所述的共混物的制备方法，其特征是：搅拌机的转速为500～1500转/分钟。
8.根据权利要求5所述的共混物的制备方法，其特征是：将冷混料用螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出造粒的温度不超过200℃。
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