CN102504504B - 一种高抗冲击耐热聚乳酸合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高抗冲击耐热聚乳酸合金材料及其制备方法，所述合金材料组分包括：39-70wt％的聚乳酸、20-45wt％的耐热高分子、6-15wt％的抗冲击改性剂、0.4-1wt％的水解抑制剂、0.5-1wt％的熔体增强剂及0.1-2wt％的抗氧剂。上述组分经搅拌机混合均匀后再放入双螺杆挤出机中挤出造粒即得到高抗冲击耐热聚乳酸合金材料。本发明方法工艺简单，效益高，成本低，所制备的合金材料可用于汽车、建筑、航空等工程塑料领域。

Description

一种高抗冲击耐热聚乳酸合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种聚乳酸合金材料，更具体地，涉及一种高抗冲击耐热聚乳酸合金材料及其制备方法。
背景技术
随着石油、煤炭等化石资源的日益枯竭，可再生的生物材料成为材料界的研究重点。聚乳酸(PLA)是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，其生产过程无污染，而且可以生物降解，因此是理想的绿色高分子材料。近年来，聚乳酸因其高透明性、高强度、良好的生物相容性、可生物降解性等优点在汽车内饰、纺织、包装、医学领域的应用得到了长足的发展。
但聚乳酸性脆，抗冲击性能差，热变形温度低，因此将聚乳酸作为通用塑料受到一定的限制，需要对聚乳酸的韧性和耐热性进行改性以应用于要求更高的场合。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种高抗冲击耐热聚乳酸合金材料及其制备方法，其耐热温度高，抗冲击性能好。所制备的合金材料可广泛应用于汽车、建筑、航空等工程塑料领域。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是该高抗冲击耐热聚乳酸合金材料，包括聚乳酸、耐热高分子、抗冲击改性剂、水解抑制剂、熔体增强剂和抗氧剂，各组分重量百分比含量为：
Figure BSA00000589608600011
本发明涉及的原料有聚乳酸、耐热高分子、抗冲击改性剂，为了改善聚乳酸合金材料的综合性能，还加入水解抑制剂、熔体增强剂和抗氧剂。其中水解抑制剂可抑制聚乳酸水解，提高合金材料的耐水性，熔体增强剂可增加材料加工时的熔体强度，抗氧剂则是为了阻止材料在加工和使用过程中变色老化、性能下降。
优选的是，所述聚乳酸分子量为100000-300000。
优选的是，所述耐热高分子为聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、PBS(聚丁二酸丁二醇酯)、尼龙6、尼龙66、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)其中的一种或多种。耐热高分子与聚乳酸共同作用从而提高了复合材料的热变形温度。
优选的是，所述抗冲击改性剂为ABS(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物)、丙烯酸酯聚合物、MBS或SEBS(苯乙烯/乙烯/丁二烯/丙乙烯共聚物)中的一种。抗冲击改性剂与聚乳酸作用，提高了聚乳酸树脂及其共聚物的韧性，使得聚乳酸脆性降低，抗冲击性能增强。
优选的是，所述水解抑制剂为N，N-二异丙基碳二亚胺(DIC)、二环己基碳二亚胺(DCC)、N，N′-双(2，6-二异丙基苯)碳二亚胺(TIC)中的一种。
优选的是，所述熔体增强剂为2，6-二甲基-2，5-双(叔丁过氧基)己烷(PO)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、2，4甲苯二异氰酸酯(TDI)、亚苯二甲基二异氰酸酯(XDI)中的一种。
优选的是，所述抗氧剂为四(β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸环己酯、硫代二丙酸二月桂酯中的一种。
本发明将聚乳酸与耐热高分子及抗冲击改性剂及其它助剂在熔融状态下经过共混形成高分子合金，高分子合金能让不同高分子材料各自优越的性能进行叠加，实现了聚乳酸合金材料抗冲击性和耐热性的同时提高。该方法简单易行、成本低廉，而且共混体系能综合均衡跟组分的性能，改善单一组分性能上的不足，获得综合性能较为理想的聚合物材料。
本发明还提供了上述高抗冲击耐热聚乳酸合金材料的制备方法，包括以下步骤：将聚乳酸、耐热高分子、抗冲击改性剂及水解抑制剂、熔体增强剂和抗氧剂按上述规定的比例置于搅拌机中搅拌，使其混合均匀，再将混合均匀的各组分放入双螺杆挤出机中反应，挤出，所得产物冷却后切粒，真空干燥后即得高抗冲击耐热聚乳酸合金材料。
进一步优选的是，所述真空干燥条件为真空度为0.5×10-2MPa-2.0×10-2MPa下50-80℃干燥3-8小时。
优选的是，所述聚乳酸、耐热高分子、抗冲击改性剂搅拌前分别在50-80℃下真空干燥3-8小时除去水分，真空度为0.5×10-2MPa-2.0×10-2MPa。
优选的是，所述双螺杆挤出机螺杆转速为25-180rpm，挤出温度为160-280℃。
本发明的有益效果是：利用适当含量范围的各组分在挤出过程中相互作用，使通过共混改性制备出的聚乳酸合金材料具有良好的抗冲击性能、热变形温度和可降解性能。具体地，抗冲击强度可达4.5-7.8KJ/m2；1.82MPa负载条件下热变形温度可达71.2-85.3℃。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例提供一种具有良好的抗冲击性能、热变形温度和可降解的聚乳酸合金材料。该材料包括如下重量百分比的配方组分：
Figure BSA00000589608600041
具体地，上述聚乳酸使得该合金材料具有良好的生物降解的能力。该聚乳酸的分子量优选为100000-300000。
上述耐热高分子优选为聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、PBS、尼龙6、尼龙66、PET其中的一种或多种。耐热高分子与聚乳酸共同作用从而提高复合材料的热变形温度。
上述抗冲击改性剂为ABS、丙烯酸酯聚合物、MBS或SEBS中的一种。抗冲击改性剂与聚乳酸作用，提高了聚乳酸树脂及其共聚物的韧性，使得聚乳酸脆性降低，抗冲击性能增强。
上述水解抑制剂为N，N-二异丙基碳二亚胺(DIC)、二环己基碳二亚胺(DCC)、N，N′-双(2，6-二异丙基苯)碳二亚胺(TIC)中的一种。
上述熔体增强剂为2，6-二甲基-2，5-双(叔丁过氧基)己烷(PO)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、2，4甲苯二异氰酸酯(TDI)、亚苯二甲基二异氰酸酯(XDI)中的一种。
上述抗氧剂为四(β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸环己酯、硫代二丙酸二月桂酯中的一种。
本发明还提供了上述高抗冲击耐热聚乳酸合金材料的制备方法，该方法包括以下步骤：将聚乳酸、耐热高分子、抗冲击改性剂及水解抑制剂、熔体增强剂和抗氧剂按上述规定的比例置于搅拌机中搅拌，使其混合均匀，再将混合均匀的各组分放入双螺杆挤出机中反应，挤出，所得产物冷却后切粒，真空干燥后即得高抗冲击耐热聚乳酸合金材料。
具体地，上述真空干燥条件为0.5×10-2MPa-2.0×10-2MPa下50-80℃干燥3-8小时。
上述聚乳酸、耐热高分子、抗冲击改性剂搅拌前分别在50-80℃下真空干燥3-8小时除去水分，真空度为0.5×10-2MPa-2.0×10-2MPa。
上述双螺杆挤出机螺杆转速为25-180rpm，挤出温度为160-280℃。
现以具体聚乳酸复合材料的配方和制备方法为例，对本发明进行进一步详细说明。
本实施例所用搅拌机为贝尔机械有限公司生产，型号为SHR-10A。
本实施例所用双螺杆挤出机为南京诚盟机械有限公司生产，型号为SHJ-35，长径比为40∶1。
实施例一
称取39份聚乳酸(分子量为100000)、35份聚碳酸酯、10份聚甲基丙烯酸甲酯、15份ABS、0.4份水解抑制剂DIC、0.5份熔体增强剂PO、0.1份抗氧剂四(β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯。其中聚乳酸、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、ABS使用前需在50℃下真空干燥8小时除去水分，真空度为2.0×10-2MPa。
将各组分置于搅拌机中搅拌3分钟，使其混合均匀，然后在双螺杆挤出机中进行反应，挤出，螺杆转速为180rpm，双螺杆挤出机各区温度为：第一区：250℃，第二区：270℃，第三区：270℃，第四区：260℃，第五区：240℃，第六区：230℃，第七区：210℃，第八区：200℃，第九区：200℃，第十区：200℃，第十一区：200℃。挤出产物冷却切粒，在真空度1.0×10-2MPa、80℃下干燥3小时烘干，得到高抗冲击耐热聚乳酸合金材料母粒。
经测试，所得高抗冲击耐热聚乳酸合金材料抗冲击强度为7.8kJ/m2，1.82MPa下热变形温度为71.2℃(纯聚乳酸抗冲击强度为2.6kJ/m2，1.82MPa下热变形温度为55℃)。
实施例二
称取48份聚乳酸(分子量为200000)、40份聚甲醛、10份丙烯酸酯聚合物、0.8份水解抑制剂DCC、0.7份熔体增强剂XDI、0.5份抗氧剂(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八酯。其中聚乳酸、聚甲醛、丙烯酸酯聚合物使用前需在70℃下真空干燥5小时除去水分，真空度0.9×10-2MPa。
将各组分置于搅拌机中搅拌3分钟，使其混合均匀，然后在双螺杆挤出机中进行反应，挤出，螺杆转速为100rpm，双螺杆挤出机各区温度为：第一区：160℃，第二区：160℃，第三区：165℃，第四区：165℃，第五区：165℃，第六区：165℃，第七区：165℃，第八区：170℃，第九区：170℃，第十区：165℃，第十一区：160℃。挤出产物冷却切粒，在真空度1.0×10-2MPa、60℃下干燥6小时烘干，得到高抗冲击耐热聚乳酸合金材料母粒。
经测试，所得高抗冲击耐热聚乳酸合金材料抗冲击强度为6.5kJ/m2，1.82MPa下热变形温度为85.3℃(纯聚乳酸抗冲击强度为2.6kJ/m2，1.82MPa下热变形温度为55℃)。
实施例三
称取70份聚乳酸(分子量为300000)、20份尼龙6、6份SEBS、1份水解抑制剂TIC、1份熔体增强剂TDI、2份抗氧剂β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸环己酯。其中聚乳酸、尼龙6、SEBS、TIC使用前需在80℃下真空干燥3小时除去水分，真空度1.0×10-2MPa。
将各组分置于搅拌机中搅拌3分钟，使其混合均匀，然后在双螺杆挤出机中进行反应，挤出，螺杆转速为25rpm，双螺杆挤出机各区温度为：第一区：270℃，第二区：280℃，第三区：270℃，第四区：250℃，第五区：230℃，第六区：220℃，第七区：210℃，第八区：200℃，第九区：200℃，第十区：200℃，第十一区：200℃。挤出产物冷却切粒，在真空度1.0×10-2MPa、50℃下干燥8小时烘干，得到高抗冲击耐热聚乳酸合金材料母粒。
经测试，所得高抗冲击耐热聚乳酸合金材料抗冲击强度为4.5kJ/m2，1.82MPa下热变形温度为78.6℃(纯聚乳酸抗冲击强度为2.6kJ/m2，1.82MPa下热变形温度为55℃)。
实施例四
称取45份聚乳酸(分子量为250000)、15份PBS、12份尼龙66、15份PET、10份MBS、1份水解抑制剂TIC、1份熔体增强剂MDI、1份抗氧剂硫代二丙酸二月桂酯。其中聚乳酸、份PBS、尼龙66、PET、MBS、TIC使用前需在80℃下真空干燥3小时除去水分，真空度0.5×10-2MPa。
将各组分置于搅拌机中搅拌3分钟，使其混合均匀，然后在双螺杆挤出机中进行反应，挤出，螺杆转速为25rpm，双螺杆挤出机各区温度为：第一区：265℃，第二区：275℃，第三区：270℃，第四区：260℃，第五区：250℃，第六区：230℃，第七区：210℃，第八区：200℃，第九区：200℃，第十区：200℃，第十一区：200℃。挤出产物冷却切粒，在真空度1.0×10-2MPa、70℃下干燥5小时烘干，得到高抗冲击耐热聚乳酸合金材料母粒。
经测试，所得高抗冲击耐热聚乳酸合金材料抗冲击强度为6.0kJ/m2，1.82MPa下热变形温度为80.6℃(纯聚乳酸抗冲击强度为2.6kJ/m2，1.82MPa下热变形温度为55℃)。
由以上对本发明实施例的详细描述，可以了解本发明通过共混形成高分子合金的方法解决了聚乳酸抗冲击强度和耐热性难以同时改进的困难情况，拓展了聚乳酸的应用领域。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高抗冲击耐热聚乳酸合金材料，其特征在于包括聚乳酸、耐热高分子、抗冲击改性剂、水解抑制剂、熔体增强剂和抗氧剂，各组分重量百分比含量为：
Figure FSB00001042244800011
其中，所述水解抑制剂为N，N-二异丙基碳二亚胺、二环己基碳二亚胺、N，N′-双(2，6-二异丙基苯)碳二亚胺中的一种；
所述熔体增强剂为2，6-二甲基-2，5-双(叔丁过氧基)己烷、二苯甲烷二异氰酸酯、2，4甲苯二异氰酸酯、亚苯二甲基二异氰酸酯中的一种。
2.根据权利要求1所述的高抗冲击耐热聚乳酸合金材料，其特征在于所述聚乳酸分子量为100000-300000。
3.根据权利要求1所述的高抗冲击耐热聚乳酸合金材料，其特征在于所述耐热高分子为聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、PBS、尼龙6、尼龙66、PET其中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的高抗冲击耐热聚乳酸合金材料，其特征在于所述抗冲击改性剂为ABS、丙烯酸酯聚合物、MBS或SEBS中的一种。
5.根据权利要求1所述的高抗冲击耐热聚乳酸合金材料，其特征在于所述抗氧剂为四(β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸环己酯、硫代二丙酸二月桂酯中的一种。
6.一种高抗冲击耐热聚乳酸合金材料的制备方法，其特征在于，按照权利要求1-5任一所述高抗冲击耐热聚乳酸合金材料的配方称取各组分，并置于搅拌机中搅拌，使其混合均匀，再将混合均匀的各组分放入双螺杆挤出机中反应，挤出，所得产物冷却后切粒，真空干燥后即得高抗冲击耐热聚乳酸合金材料。
7.根据权利要求6所述的高抗冲击耐热聚乳酸合金材料的制备方法，其特征在于所述聚乳酸、耐热高分子、抗冲击改性剂搅拌前分别在50-80℃下真空干燥3-8小时除去水分，真空度为0.5×10-2MPa-2.0×10-2MPa。
8.根据权利要求6所述的高抗冲击耐热聚乳酸合金材料的制备方法，其特征在于所述双螺杆挤出机螺杆转速为25-180rpm，挤出温度为160-280℃；所述真空干燥条件为0.5×10-2MPa-2.0×10-2MPa下50-80℃干燥3-8小时。
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