CN102850744B - 一种塑料组合物、塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种塑料组合物，以及通过该组合物制备得到的塑料及其制备方法。该塑料组合物包括聚合物基体、相容剂和香料，所述聚合物基体包括聚乳酸和聚碳酸酯，所述相容剂为乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物。通过该组合物制备得到的塑料具有香味，并且其力学性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有香味的塑料组合物，以及通过该组合物制备得到的塑料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯（PC）是一种性能优良的热塑性材料，具备优良的冲击性能，耐化学性能和尺寸稳定性，在电子产品，例如手机、电脑外壳等领域有着广泛的应用。然而聚碳酸酯材料不能降解，不利于环保。
聚乳酸（PLA）是一种来源于植物的绿色材料，由农业经济作物（玉料，木薯等）发酵产物为基本原料制得，具有良好的生物降解性，使用后能完全降解为二氧化碳和水，不会污染环境。聚乳酸有良好的力学性质、热塑性、成纤性、透明度高，适用于吹塑、挤出、注塑等多种加工方法，加工方便，应用十分广泛。但是，纯聚乳酸不耐冲击和高温、限制了其用途及使用效果，这就使人们对其性能的改性展开深入研究。
但是，聚乳酸（PLA）具有一些自身缺陷，譬如材料成型后韧性不足较脆、抗冲击性能差、耐热性差等，这些缺陷限制了它在工程塑料领域的应用，但是，随着各种改性技术（例如将聚碳酸酯和聚乳酸共混）的发展，聚乳酸材料的性能得到了一定的提升。
随着聚乳酸应用领域不断扩展和人们生活水平的提高，对聚乳酸提出了更高的要求，一些传统意义上的抗阻燃，耐冲击，耐热，耐磨等性能不能满足社会发展的需要，为了更好的吸引消费者，可以赋予材料一定的香味。
然而，聚碳酸酯和聚乳酸的相容性较差，导致其力学性能受到影响。并且以聚碳酸酯/聚乳酸为基体的材料，其加工温度较高，极易导致香料中香味挥发，导致其失去香味。
发明内容
为了克服现有技术中的聚碳酸酯和聚乳酸共混材料力学性能较差、无香味的问题，本发明提供一种塑料组合物，通过该组合物制备得到的塑料具有香味，并且其力学性能优异。
本发明公开的塑料组合物包括聚合物基体、相容剂和香料，所述聚合物基体包括聚乳酸和聚碳酸酯，所述相容剂为乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物。
同时，本发明还公开了一种塑料，通过塑料组合物制备得到，其中，所述塑料组合物为上述的塑料组合物。
另外，本发明还公开了上述塑料的制备方法，包括将塑料组合物在140-260℃下熔融挤出，经切粒和注塑得到。
本发明中，发明人通过将聚乳酸和聚碳酸酯相配合使用，以提高材料的力学性能。但是，发明人发现，仅仅将聚乳酸和聚碳酸酯共混制备聚乳酸材料，其力学性能改善并不明显，针对该问题，发明人进一步向聚乳酸和聚碳酸酯中添加本发明采用的相容剂后，改善了二者的相容性能，大大提高了复合材料的力学性能。
通常，香料在较高温度下挥发速度很快，而通常聚乳酸和聚碳酸酯复合材料的加工温度通常较高，会导致香料在加工过程中加快挥发，无法制备得到具有香味的材料。而本发明中，发明人还意外的发现，通过添加乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物作为相容剂，可在一定程度上避免香料的挥发，保证了制备得到的塑料的香味及香味的持久性。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开的塑料组合物包括聚合物基体、相容剂和香料，所述聚合物基体包括聚乳酸和聚碳酸酯，所述相容剂为乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物。
本发明中，聚乳酸是以有机酸乳酸为原料生产的聚酯材料，具有良好的生物可降解性能、较好的机械性能及物理性能，而且可以与其它材料相容。
在本发明提供的塑料中，聚乳酸的粘均分子量为10万-75万，熔点为150-175℃。优选为粘均分子量为15万-50万，熔点为160-170℃。所述聚乳酸可通过商购得到，例如美国natureworks公司生产的聚乳酸，牌号为3051D，注塑级别，粘均分子量为18万，熔点为165℃。
由于塑料中的水分会对最后得到的材料的外观及力学性能产生影响，故本发明公开的塑料组合物中，聚乳酸原料的含水量不高于0.025wt%，优选情况下不高于0.015wt%。
通常，各厂家提供的聚乳酸原料中的含水量已给出，优选情况下，对聚乳酸原料进行前处理，前处理的方法可以为：在0.04-0.08MPa，30-120℃下干燥4-8h即可。
对聚乳酸原料进行前处理后，聚乳酸原料中的含水量可通过卡氏水分测定仪（梅特勒-托利多中国生产的卡氏水分测定仪，型号MKC-520+ADP-511S）按照ASTMD6869-03用卡尔·费休库伦法和容量法测定。
根据本发明，上述聚碳酸酯为本领域公知的，例如脂肪族聚碳酸酯、脂环族聚碳酸酯、芳香族聚碳酸酯和脂肪-芳香族聚碳酸酯等。本发明中，聚碳酸酯可通过商购得到，例如sabic的牌号为1414T的聚碳酸酯。上述聚碳酸酯的含量可以在较大范围内变动，优选情况下，以聚乳酸的重量为基准，所述聚碳酸酯的含量为167-233wt%。
本发明中采用的香料可以为现有技术中公知的各种香料，优选情况下，上述香料选自檀香粉、柠檬香精、草莓香精、玫瑰香精、薄荷香精、甜橙香精，桔子香精中的一种或多种。上述香料可通过商购得到，例如上海bestscent公司生产的舒爽童趣型香料、草霉味香料、玫瑰味型香料等。
上述香料的含量可以在较大范围内变动，优选情况下，以聚乳酸的重量为基准，香料的含量为3-9wt%。
本发明中，采用的乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯为现有的，例如具体可以为乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-丙烯酸丙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种。上述各种相容剂均可通过商购得到。
优选情况下，所述乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯中，甲基丙烯酸缩水甘油酯的含量为3-15wt%。本发明中，采用上述乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯可以更好的防止香料在塑料的制备过程中进行分解，保证了塑料的香味及香味的持久性。上述相容剂的含量可以在较大范围内变动，优选情况下，以聚乳酸的重量为基准，相容剂的含量为10-33wt%。
进一步的，上述塑料组合物中还含有填料。所述填料选自碳酸钙、高岭土、滑石粉中的一种或多种。上述填料的含量可以在较大范围内变动，优选情况下，以聚乳酸的重量为基准，所述填料的含量为1.5-7wt%。发明人发现，当本发明公开的塑料组合物中添加填料时，不仅可以提高塑料的力学性能，同时，还可以进一步提高塑料香味的持久性。
为了提高塑料的综合性能，优选情况下，所述塑料组合物中还包括抗氧剂和/或抗冲剂。
对于上述抗氧剂，可以采用现有技术中的各种抗氧剂，优选情况下，所述抗氧剂选自丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、特丁基对苯二酚、亚磷酸苯二异癸酯、季戊四醇双亚磷酸酯、[3-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯、[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]十八碳酸酯、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯中的一种或者多种；所述抗氧剂的含量可在较大范围内变动，优选情况下，以聚乳酸的重量为基准，所述抗氧剂的含量为0.3-1.5wt%。上述抗氧剂均可通过商购得到，例如南京华立明科工贸有限公司生产的抗氧剂1010。
本发明公开的塑料组合物中采用的抗冲剂选自硅-丙烯酸树脂、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸乙酯-丙烯酸丁酯共聚物（ACR）中的一种或多种。所述抗冲剂的含量为10-33wt%。上述抗冲剂均可通过商购得到，例如三菱丽阳公司生产的S-2001。本发明中，通过添加抗冲剂可显著提高材料的抗冲击性能。
同时，本发明还公开了一种塑料，通过塑料组合物制备得到，所述塑料组合物为上述的塑料组合物。
另外，本发明还公开了上述塑料的制备方法，包括将上述塑料组合物在140-260℃下熔融挤出，经切粒和注塑得到。
通常，可先将上述各组分加入到高速混合机中进行混合，混合条件为：50-70℃下，混合2-8min。所述高速混合机为本领域常用的高速混合机，如张家港市宏基机械有限公司生产的SHR-5A高速混合机。
在上述塑料的制备过程中，水分的存在会对制备得到的塑料性能产生较大影响。故，优选情况下，在制备上述塑料时，首先将塑料组合物中的各组分在0.04-0.08MPa，30-120℃下干燥4-8h，除去塑料组合物中的水分。然后将塑料组合物置于挤出机中熔融挤出。所述熔融挤出的方法是本领域技术人员所公知的，例如，可以在长径比为20-40，螺杆转速为180-250r/min，各区段温度分别为各区段温度分别为140-160℃、220-230℃、230-240℃、230-245℃、230-245℃、240-245℃、240-245℃、240-250℃、240-250℃、245-255℃，各区段的真空度为0.02-0.06MPa的条件下进行熔融挤出。
上述方法中，真空度为绝对压强。所述挤出可在双螺杆挤出机中进行，得到挤出产物，该双螺杆挤出机可以为本领域常用的双螺杆挤出机，如晨光科强公司生产的TSSJ25双螺杆挤出机。
将所述挤出产物进行切粒和注塑即可得到需要的各种塑料。所述切粒和注塑的方法为本领域常用的方法，如将挤出产物通过水槽冷却进行拉条，用切粒机（张家港市联大机械有限公司，型号为QLJ-1）在转速300-450r/min下进行切粒，将切好后的胶粒烘干后，用注塑机进行注塑。
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的塑料组合物、塑料及其制备方法。
1、原料前处理
将聚乳酸（美国natureworks公司生产的聚乳酸，注塑级别，粘均分子量为20万，熔点为165℃）、聚碳酸酯、薄荷香精在0.08MPa，120℃下干燥4h。
将乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯（甲基丙烯酸缩水甘油酯的含量为5wt%），放入真空干燥箱中，在0.06MPa，50℃下干燥4h。
2、原料混合、挤出
取上述处理过的聚乳酸100重量份（含水量为0.02wt%）、180重量份聚碳酸酯、5重量份薄荷香精和13重量份乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯置于双螺杆挤出机中，在长径比为25，螺杆转速为180r/min，各区段温度分别为160℃、220℃、230℃、235℃、240℃、245℃、245℃、250℃、250℃、255℃，各区段的真空度为0.02MPa的条件下进行混合，然后挤出得到挤出产物。
3、拉条、切粒、注塑
将挤出产物通过水槽冷却进行拉条，用切粒机（张家港市联大机械有限公司，型号是QLJ-1）在转速400r/min下进行切粒，将切好后的胶粒烘干后，用注塑机进行注塑。得到塑料A1。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的塑料组合物、塑料及其制备方法。
1、原料前处理
将聚乳酸（美国natureworks公司生产的聚乳酸，注塑级别，粘均分子量为25万，熔点为170℃）、聚碳酸酯、柠檬香精在0.08MPa，110℃下干燥4h。
将乙烯-丙烯酸丙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯（甲基丙烯酸缩水甘油酯的含量为8wt%），放入真空干燥箱中，在0.06MPa，50℃下干燥4h。
2、原料混合、挤出
取上述处理过的聚乳酸100重量份（含水量为0.02wt%）、200重量份聚碳酸酯、6重量份柠檬香精和18重量份乙烯-丙烯酸丙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、1重量份四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（南京华立明科工贸有限公司生产的抗氧剂1010）、30重量份硅-丙烯酸树脂（三菱丽阳公司生产的s-2001）置于双螺杆挤出机中，在长径比为25，螺杆转速为190r/min，各区段温度分别为160℃、220℃、235℃、235℃、240℃、245℃、245℃、250℃、250℃、255℃，各区段的真空度为0.02MPa的条件下进行混合，然后挤出得到挤出产物。
3、拉条、切粒、注塑
将挤出产物通过水槽冷却进行拉条，用切粒机（张家港市联大机械有限公司，型号是QLJ-1）在转速450r/min下进行切粒，将切好后的胶粒烘干后，用注塑机进行注塑。得到塑料A2。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的塑料组合物、塑料及其制备方法。
1、原料前处理
将聚乳酸（美国natureworks公司生产的聚乳酸，牌号为3051D，注塑级别，粘均分子量为20万，熔点为170℃）、聚碳酸酯、玫瑰香精在0.08MPa，120℃下干燥4h。
将乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯（甲基丙烯酸缩水甘油酯的含量为10wt%），放入真空干燥箱中，在0.06MPa，50℃下干燥4h。
2、原料混合、挤出
取上述处理过的聚乳酸100重量份（含水量为0.02wt%）、220重量份聚碳酸酯、8重量份玫瑰香精和15重量份乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、1重量份四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（南京华立明科工贸有限公司生产的抗氧剂1010）、20重量份硅-丙烯酸树脂（三菱丽阳公司生产的S-2001）置于双螺杆挤出机中，在长径比为25，螺杆转速为185r/min，各区段温度分别为160℃、230℃、235℃、235℃、240℃、245℃、245℃、250℃、250℃、255℃，各区段的真空度为0.02MPa的条件下进行混合，然后挤出得到挤出产物。
3、拉条、切粒、注塑
将挤出产物通过水槽冷却进行拉条，用切粒机（张家港市联大机械有限公司，型号是QLJ-1）在转速400r/min下进行切粒，将切好后的胶粒烘干后，用注塑机进行注塑。得到塑料A3。
实施例4
本实施例用于说明本发明提供的塑料组合物、塑料及其制备方法。
1、原料前处理
将聚乳酸（美国natureworks公司生产的聚乳酸，牌号为3051D，注塑级别，粘均分子量为20万，熔点为170℃）、聚碳酸酯、草莓香精在0.08MPa，100℃下干燥4h。
将乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯（甲基丙烯酸缩水甘油酯的含量为8wt%），放入真空干燥箱中，在0.06MPa，50℃下干燥4h。
2、原料混合、挤出
取上述处理过的聚乳酸100重量份（含水量为0.02wt%）、230重量份聚碳酸酯、9重量份草莓香精和15重量份乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、1重量份四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（南京华立明科工贸有限公司生产的抗氧剂1010）、30重量份硅-丙烯酸树脂（三菱丽阳公司生产的s-2001）、5重量份高岭土置于双螺杆挤出机中，在长径比为25，螺杆转速为190r/min，各区段温度分别为160℃、230℃、235℃、235℃、240℃、245℃、245℃、250℃、250℃、255℃，各区段的真空度为0.02MPa的条件下进行混合，然后挤出得到挤出产物。
3、拉条、切粒、注塑
将挤出产物通过水槽冷却进行拉条，用切粒机（张家港市联大机械有限公司，型号是QLJ-1）在转速420r/min下进行切粒，将切好后的胶粒烘干后，用注塑机进行注塑。得到塑料A4。
实施例5
本实施例用于说明本发明提供的塑料组合物、塑料及其制备方法。
按照实施例4的方法进行制备，不同的是，未添加高岭土，得到塑料A5。
对比例1
本对比例用于对比说明本发明提供的塑料组合物、塑料及其制备方法。
塑料的制备方法与实施例3相同，不同的是，未添加乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物，制备得到塑料D1。
对比例2
本对比例用于对比说明本发明提供的塑料组合物、塑料及其制备方法。
塑料的制备方法与实施例3相同，不同的是，采用马来酸酐接枝的聚苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物替换乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物，制备得到塑料D2。
性能测试
采用ASTM（美国测试与材料协会）标准对上述制得的塑料A1-A5、D1-D2进行下列性能测试：
1、拉伸强度和断裂伸长率
采用ASTMD638方法测定材料的拉伸强度和断裂伸长率。
2、弯曲强度和弯曲模量
采用ASTMD790方法测定材料的弯曲强度和弯曲模量。
3、缺口冲击强度
采用ASTMD256方法测定材料的缺口冲击强度。
4、热变形温度
采用ASTMD648方法测定材料的热变形温度。
5、熔体流动速率
采用ASTMD1238方法测定材料的熔体流动速率。
6、香味持久性
测试方法为：将样品置于室温环境下，裸露于空气中，同一人每天在相同的距离上用鼻子闻香味，并作好记录。
以上测试结果填入表1。
从以上表1的测试结果可以看出，通过本发明公开的塑料组合物制备得到的塑料具有良好的力学性能。并且，通过本发明公开的塑料组合物制备得到的塑料具有明显的香味，并且，香味持久。特别是，当塑料组合物中还含有填料时，不但可以提高塑料的力学性能，同时，塑料的香味更持久。
对比实施例3和对比例2的测试结果可以看出，在本发明公开的塑料组合物中，采用常规的相容剂，例如马来酸酐接枝的聚苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，塑料基本上没有香味，而采用本发明公开的相容剂时，制备得到的塑料具有明显的香味，并且香味持久，说明本发明采用的相容剂可在塑料的加工过程中，减缓香料挥发速度，从而保证了塑料的香味。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种塑料组合物，其特征在于，包括聚合物基体、相容剂和香料，所述聚合物基体包括聚乳酸和聚碳酸酯，所述相容剂为乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物，所述聚乳酸含水量不高于0.025wt%；。
2.根据权利要求1所述的塑料组合物，其特征在于，所述香料选自檀香粉、柠檬香精、草莓香精、玫瑰香精、薄荷香精、甜橙香精、桔子香精中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的塑料组合物，其特征在于，所述塑料组合物中，以聚乳酸的重量为基准，所述聚碳酸酯的含量为167-233wt%，所述相容剂的含量为10-33wt%，香料的含量为3-9wt%。
4.根据权利要求1所述的塑料组合物，其特征在于，所述聚乳酸的粘均分子量为10万-75万，熔点为150-175℃。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的塑料组合物，其特征在于，所述乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯选自乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-丙烯酸丙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的塑料组合物，其特征在于，所述乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯中，甲基丙烯酸缩水甘油酯的含量为3-15wt%。
7.根据权利要求1所述的塑料组合物，其特征在于，所述塑料组合物中还含有填料，所述填料选自碳酸钙、高岭土、滑石粉中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的塑料组合物，其特征在于，所述塑料组合物中，以聚乳酸的重量为基准，所述填料的含量为1.5-7wt%。
9.根据权利要求1所述的塑料组合物，其特征在于，所述塑料组合物中还包括抗氧剂和/或抗冲剂；以聚乳酸的重量为基准，所述抗氧剂的含量为0.3-1.5wt%，所述抗冲剂的含量为10-33wt%。
10.根据权利要求9所述的塑料组合物，其特征在于，所述抗氧剂选自丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、特丁基对苯二酚、亚磷酸苯二异癸酯、季戊四醇双亚磷酸酯、[3-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯、[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]十八碳酸酯、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯中的一种或者多种；所述抗冲剂选自硅-丙烯酸树脂、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸乙酯-丙烯酸丁酯共聚物中的一种或多种。
11.一种塑料，通过塑料组合物制备得到，其特征在于，所述塑料组合物为权利要求1-10中任意一项所述的塑料组合物。
12.如权利要求11所述的塑料的制备方法，其特征在于，包括将塑料组合物在140-260℃下熔融挤出，经切粒和注塑得到。
13.根据权利要求12所述的塑料的制备方法，其特征在于，先将塑料组合物在0.04-0.08MPa，30-120℃下干燥4-8h，然后熔融挤出；所述熔融挤出的方法为：在长径比为20-40，螺杆转速为180-250r/min，各区段温度分别为140-160℃、220-230℃、230-240℃、230-245℃、230-245℃、240-245℃、240-245℃、240-250℃、240-250℃、245-255℃，各区段的真空度为0.02-0.06MPa的条件下进行熔融挤出。
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