CN102321354A - 一种增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料及其制备方法。该方法具体是首先将聚乳酸、相容剂与聚乙烯进行干燥，然后将三者加入混合机中进行混合，最后将得到的混合物加入双螺杆挤出机行中进熔融共混，制得增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料。该材料可采用模压、挤出、注塑等工艺加工成制品，用于包装、医疗、家电等领域。与目前广泛使用的普通聚乳酸材料相比，该材料具有高韧性和良好的加工流动性。
Description
技术领域
本发明涉及一种增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料，更具体涉及一种增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料的组成和制备方法，属于高分子共混、高分子成型加工领域。
背景技术
聚乳酸(PLA)是一种具有优良的生物相容性和生物降解性的高分子材料，其合成原料乳酸来源于天然的可再生资源一淀粉发酵，摆脱了对不可再生石油资源的依赖，对可持续发展具有重要意义。聚乳酸不仅具有良好的生物相容性和生物降解性，而且具有良好的机械性能、透明性、疏水性和环境友好性。然而，聚乳酸还存在脆性高、冲击强度差的弱点，这在一定程度上影响了它的广泛应用。因此，为了扩大聚乳酸的使用范围，可采用添加聚乙烯的方法对其进行增韧改性。
聚乙烯作为一种应用广泛的热塑性材料，主要包括低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)及一些具有特殊性能的产品。聚乙烯具有优良的耐低温性能和化学稳定性，其冲击强度为LDPE＞LLDPE＞HDPE，而且LDPE和HDPE的粘度适中，加工流动性好。若将聚乳酸与聚乙烯进行复合，不但使其韧性大幅度改善，而且加工性能得以保持或提高，可获得综合性能优良的复合材料。若将少量聚乙烯添加到聚乳酸基体中后，聚乙烯分散相在受到外力作用时可充当应力集中体，从而达到增韧的目的。然而，非极性聚乙烯与极性聚乳酸的相容性差，在聚乳酸基体中不易分散均匀。因此，聚乳酸/聚乙烯体系的关键问题是二者的相容性问题，通常的方法是合成聚乳酸/聚乙烯嵌段共聚物(PE-b-PLLA)或线性低密度聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(LLDPE-g-(GMA-co-St))，以提高两者的相容性。然而，合成上述相容剂的工艺繁琐且难以控制。因此，对于复合材料的制备而言，采用一种更简单的方法来提高聚乳酸与聚乙烯的相容性更具有实用价值。
相容剂的主要作用在于：一是使聚合物之间易于相互分散以得到宏观上均匀的共混产物；二是改善聚合物之间相界面的性能，增加相间的粘合力，从而使共混物具有长期稳定的优良性能。以聚乳酸为例，向共混体系中加入带有可反应性官能团(如环氧基团)的相容剂，与聚乳酸的端羧基或端羟基在相界面发生反应，生成在组成和结构上分别与聚乳酸相同或相近的共聚物，从而降低界面张力并增加两相间的物理缠结，促使两相分散得更均匀。
发明内容
本发明的目的在于改善聚乳酸的韧性和加工流动性，提供一种增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料及其制备方法，使得制备的增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料具有良好的韧性和加工流动性。该方法首先将聚乳酸、相容剂和聚乙烯在烘箱中烘干，然后将三者加入混合机中进行混合，最后将得到的混合物加入双螺杆挤出机中进行熔融共混，制得增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料。此方法将聚乙烯添加到聚乳酸基体中作为分散相，起到了应力集中体的作用，并解决了聚乳酸和聚乙烯的相容性问题，从而改善了聚乳酸的韧性和加工流动性。
本发明所提出的增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料，是由包括如下组分和重量份数的原料制备的：聚乳酸50～80份；聚乙烯20～50份；相容剂6～16份。
所述的聚乳酸包括L-聚乳酸和D-聚乳酸中的一种或一种以上组合。聚乳酸在混合物中的用量为50～80重量份。
所述的聚乙烯具有增韧作用，在聚合物中起应力集中体的作用，可改善聚合物的力学性能和加工流动性。聚乙烯包括线性低密度聚乙烯，低密度聚乙烯和高密度聚乙烯。聚乙烯可以是上述聚乙烯中的一种或一种以上组合。聚乙烯在混合物中的用量为20～50重量份。
所述的相容剂是一种三元嵌段聚合物，其分子链中的环氧基团能够与聚乳酸分子中的端羧基或端羟基反应，从而起到了反应性增容的作用。相容剂包括乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯。相容剂可以是上述相容剂中的一种或一种以上组合。相容剂在混合物中的用量为6～16重量份。
本发明所提出的增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料的制备方法，具体是首先将聚乳酸、聚乙烯和相容剂用鼓风烘箱或真空烘箱进行干燥，然后将三者加入高速混合机或V型混合机中进行混合，最后将混合物加入双螺杆挤出机中进行熔融共混，制得增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料。
上述方法的具体过程如下：首先，将50～80份聚乳酸、20～50份聚乙烯与6～16份相容剂用鼓风烘箱或真空烘箱中的一种或一种以上组合进行干燥，时间至少为3小时；然后，将三者加入高速混合机或V型混合机中的一种或一种以上组合进行混合，时间为5～15分钟，最后，将得到的混合物加入双螺杆挤出机中进行熔融共混，制得增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料。挤出机的料筒温度为120～220℃，螺杆转速为30～100rpm。
本发明具有以下优点：
该制备方法简单易行，通过将聚乙烯添加到聚乳酸基体中作为分散相，改善了聚乳酸的韧性和加工流动性。所使用的相容剂在正常加工条件下就能与聚乳酸反应，解决了聚乳酸与聚乙烯的相容性问题，可省去繁琐的相容剂合成工艺，从而降低复合材料的制备成本。采用该方法能够制备韧性高、加工性能优良的增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料。
具体实施方式
现结合具体实施例对本发明的内容进行详细的说明。
实施例1
本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：
L-聚乳酸 80份
线性低密度聚乙烯 20份
乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯 12份
首先将L-聚乳酸、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯在60℃的真空烘箱中干燥24小时以上，线性低密度聚乙烯在110℃的鼓风烘箱中干燥3小时以上；然后将三者加入高速混合机中进行混合，时间为5分钟；最后将得到的混合物加入双螺杆挤出机中进行熔融共混，得到增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料。挤出机的料筒温度为120～185℃，螺杆转速为30rpm。
实施例2
本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：
L-聚乳酸 80份
低密度聚乙烯 20份
乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯 8份
首先将L-聚乳酸、低密度聚乙烯在105℃的鼓风烘箱中干燥3小时以上，乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯在40℃的真空烘箱中干燥3小时以上；然后将三者加入V型混合机中进行混合，时间为5分钟；最后将得到的混合物加入双螺杆挤出机中进行熔融共混，得到增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料。挤出机的料筒温度为150～180℃，螺杆转速为100rpm。
实施例3
本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：
L-聚乳酸 80份
低密度聚乙烯 20份
乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯 6份
首先将L-聚乳酸、低密度聚乙烯在105℃的鼓风烘箱中干燥4小时以上，乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯在40℃的真空烘箱中干燥4小时以上；然后将三者加入V型混合机中进行混合，时间为10分钟；最后将得到的混合物加入双螺杆挤出机中进行熔融共混，得到增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料。挤出机的料筒温度为150～180℃，螺杆转速为100rpm。
实施例4
本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：
L-聚乳酸 50份
高密度聚乙烯 50份
乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯 16份
首先将L-聚乳酸、高密度聚乙烯在110℃的鼓风烘箱中干燥3小时以上，乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯在50℃的真空烘箱中干燥3小时以上；然后将三者加入高速混合机中进行混合，时间为10分钟；最后将得到的混合物加入双螺杆挤出机中进行熔融共混，得到增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料。挤出机的料筒温度为155～195℃，螺杆转速为80rpm。
实施例5
本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：
首先将L-聚乳酸、D-聚乳酸和低密度聚乙烯在105℃的鼓风烘箱中干燥4小时以上，乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯在40℃的真空烘箱中干燥4小时以上；然后将上述物料加入V型混合机中进行混合，时间为15分钟；最后将得到的混合物加入双螺杆挤出机中进行熔融共混，得到增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料。挤出机的料筒温度为160～220℃，螺杆转速为60rpm。
实施例6
本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：
首先将L-聚乳酸、D-聚乳酸和线性低密度聚乙烯在105℃的鼓风烘箱中干燥4小时以上，乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯在50℃的真空烘箱中干燥3小时以上；然后将上述物料加入V型混合机中进行混合，时间为15分钟；最后将得到的混合物加入双螺杆挤出机中进行熔融共混，得到增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料。挤出机的料筒温度为160～220℃，螺杆转速为60rpm。
Claims (8)
1.一种增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料及其制备方法，其特征在于所述的增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料是按一定重量份将聚乳酸、相容剂、聚乙烯，先经混合机混合，再经双螺杆挤出机熔融共混后得到可热塑性加工的增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于所述的增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料的原料组分和重量份数为：聚乳酸50～80份；聚乙烯20～50份；相容剂6～16份。
3.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于聚乳酸是包括L-聚乳酸和D-聚乳酸中的一种或一种以上组合。
4.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于聚乙烯是低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的一种或一种以上组合。
5.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于相容剂是乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或一种以上组合。
6.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于将聚乳酸、相容剂和聚乙烯按比例称量后，置于鼓风烘箱或真空烘箱中进行干燥，烘箱温度分别为60～105℃、40～60℃、105～110℃。
7.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于先将聚乳酸、相容剂、聚乙烯加入混合机中进行混合，共混时间为5～15分钟；再将得到的混合物加入双螺杆挤出机中进行熔融共混，机筒温度为120～220℃，螺杆转速为30～100rpm。
8.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于增韧聚乳酸/聚乙烯复合材料可采用模压、挤出、注塑等工艺加工成制品，用于包装、医疗、家电等领域。
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