CN104559092B

CN104559092B - 一种抗冲击、耐形变的改性聚乳酸材料的制备方法

Info

Publication number: CN104559092B
Application number: CN201310468059.9A
Authority: CN
Inventors: 鲁建新; 宫克难; 贾宇冲
Original assignee: Heilongjiang Xinda Enterprise Group Co Ltd
Current assignee: Heilongjiang Xinda Enterprise Group Co Ltd
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2017-08-25
Anticipated expiration: 2033-10-10
Also published as: CN104559092A

Abstract

本发明通过通过将聚乳酸（分子量20000~200000）70~80%，增塑剂10~20%，增韧剂5~10%，抗氧剂0.5~1%，偶联剂0.5%进行混合挤出后，材料的韧性及塑性均得到较大的提高，得到一种抗冲击、耐形变的改性PLA材料。

Description

一种抗冲击、耐形变的改性聚乳酸材料的制备方法

技术领域

本发明属于材料科学中的高分子复合材料领域，涉及一种利用增韧剂及增塑剂对聚乳酸进行改性，并通过对填料配比、挤出中助剂的添加及挤出及注塑工艺控制，制备出抗冲击、耐热性好且回收处理方便的复合材料的方法。本发明方法所制备的聚乳酸复合材料，改善了聚乳酸的脆性、易断裂性、耐热性，解决了PLA与填料的分散性及相容性差的问题。本发明所涉及为聚乳酸的共混改性，操作方法简便，适用于实验室制备及产业化生产，所制备材料具有优良的韧性、耐形变性，扩大了聚乳酸的使用范围。

背景技术

聚乳酸(PLA)具有优良的生物相容性和可生物降解性。PLA这种线型热塑性生物可降解脂肪族聚酯是以玉米、小麦、木薯等一些植物中提取的淀粉为最初原料,经过酶分解得到葡萄糖,再经过乳酸菌发酵后变成乳酸,然后经过化学合成得到高纯度聚乳酸。聚乳酸制品废弃后在土壤或水中，30天内会在微生物、水、酸和碱的作用下彻底分解成CO₂和H₂O,不会对环境产生污染，因而是一种完全自然循环型的可生物降解材料。

聚乳酸（PLA）相比于其它生物可降解材料，PLA 力学强度较高，生物相容性好，生物降解后产物对环境友好。然而，PLA 本身为线性均聚物，存在质脆、韧性差等缺陷，即使通过对分子量及其分布的调节，单纯 PLA 分子结晶度仍然较低，材料的耐热性和力学性能不够。另外，由于聚乳酸材料属于脂肪族聚酯，端基含有大量的-COOH及-OH基团，活泼氢容易导致分子量降低，在光、热及潮湿环境下容易发生材料降解，因此使用寿命也是限制PLA材料的应用范围的因素之一。单独的聚乳酸受力发生形变时易断裂，柔性较差，限制了其应用范围，因此对聚乳酸的耐形变性及韧性的改进，亦十分有必要。

目前，PLA 改性的研究主要集中在将纤维作为增强增韧材料填充在 PLA 中，形成相容性好的复合材料。通过接枝、偶联等化学方法，在提高 PLA 均聚物结晶度的同时，有效改善 PLA 的力学性能。

发明内容

针对聚乳酸的耐形变性差，韧性低的问题，本发明提出了一种抗冲击、耐形变的改性PLA材料的制备方法。通过添加增塑剂及增韧剂、以及对挤出成型工艺的控制，最终获得抗冲击、耐形变的改性聚乳酸材料。

具体技术方案如下：

一、配方组分配比：

一种抗冲击、耐形变的改性PLA材料，物料及配比如下（质量比）：聚乳酸（分子量20000~200000，烘干）70~80%；增塑剂10~20%；增韧剂5~10%；抗氧剂（主抗氧剂：胺类或酚类的一种，辅助抗氧剂：亚磷酸酯、含硫协效剂中的一种）0.5~1%；偶联剂0.5%。

二、增塑剂的选取：

本专利聚乳酸的增塑采用在体系中引入增塑剂的方法，包括不同分子量的聚乙二醇、邻苯二甲酸二辛酯、聚乳酸的低聚物、三乙酸甘油酯、杆檬酸甘油酯等。本专利选取乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)增塑聚乳酸，增塑剂的加入使得聚乳酸的吸水率降低，不但可以提高材料塑性，而且改性后聚乳酸的降解性也有所下降。

三、增韧剂的选取：

本专利通过引入第二组分的方法增韧聚乳酸，乙稀-醋酸乙稀共聚物(EVA)由于其独特的韧性特性而被选用作为多种聚合物的增韧剂。而作为热塑性弹性体之一的乙烯-辛烯(POE)共聚物也被认为是较好的增韧剂。聚乳酸的增韧在引入第二组分的情况下，较大程度的提高聚乳酸的韧性，主要体现在冲击强度与延展性的增加，而这恰好改变了聚乳酸韧性较差，脆性较大的不足之处。但增韧聚乳酸由于引入了第二组分，增加了相界面，第二组分也同样为高分子聚合物，故二者的相容性差异也是需要考虑与解决的问题。本专利选择加入接枝共聚物（马来酸酐接枝POE），即共有与两种聚合物亲合力较大的两性物质，可以改变两相相容性较差的问题，可起到良好的相容增韧作用。

四、挤出及后处理：

将一定配比的物料经高混机共混均匀后经双螺杆挤出机挤出、水冷、风冷、切粒及脱水、均化。料粒挤出后，在80~120℃条件下烘干2~3小时。

具体实施方式：

具体实例1

1、取聚乳酸79%、乙酰柠檬酸三正丁酯15%、抗氧剂（1010：168=2：3）0.5%、KH-5500.5%、JPOE 5%经高混机进行共混；

2、将混合均匀的物料加入主料口进行挤出，挤出工艺参数如下：

料筒温度：40℃

挤出机温度：一段170℃；二段175℃；三段180℃；四段180℃；五段180℃；六段180℃；七段180℃；八段180℃；机头180℃；螺杆转速：200r/min；主喂料转速：9r/min；真空排气压力：0.05~0.1MPa；一级水槽水温：65℃；二级水槽水温：45℃；切粒机转速：140 r/min；烘干温度及时间：90℃，3h；

样件注塑参数：

机筒温度：一区170℃；二区175℃；三区180℃；四区180℃；射嘴185℃

注塑压力及速度：一级注塑压力：50MPa，一级注塑速度：30%，二级注塑压力：35MPa，二级注塑速度：20%

保压压力及速度：：一级保压压力：40MPa，一级保压速度：25%，二级保压压力：30MPa，二级保压速度：20%，

注塑时间：7s

保压时间：10s

冷却时间：20s

模温：45℃

将注塑后的标准样件在标准环境条件下（温度23℃、湿度45±5%）放置24后测试结果如表1。

具体实例2

1、取聚乳酸74%、乙酰柠檬酸三正丁酯15%、抗氧剂（1010：168=2：3）0.5%、KH-5500.5%、JPOE10%经高混机进行共混；

料筒温度：40℃

样件注塑参数：

注塑时间：7s

保压时间：10s

冷却时间：20s

模温：45℃

将注塑后的标准样件在标准环境条件下（温度23℃、湿度45±5%）放置24h后测试结果如表1。

表1

性能	拉伸强度度（MPa）	伸长率（%）	简支梁缺口冲击强度（KJ/m²）	弯曲强度（MPa）
					实例1	60.2	52%	5.3	87.3
实例2	48.9	70%	10.6	75.2

Claims

1.一种抗冲击、耐形变的改性PLA材料的制备方法，物料及质量配比如下：

（1）、取聚乳酸 74%、乙酰柠檬酸三正丁酯 15%、抗氧剂 0.5%、KH-550 0.5%、JPOE 10%经高混机进行共混；其中，抗氧剂由抗氧剂1010和抗氧剂168组成，二者的质量配比为2：3；

（2）、将混合均匀的物料加入主料口进行挤出，挤出工艺参数如下：

料筒温度：40℃；

挤出机温度：一段170℃；二段175℃；三段180℃；四段180℃；五段180℃；六段180℃；七段180℃；八段180℃；机头180℃；螺杆转速：200r/min；主喂料转速：9r/min；真空排气压力：0.05~0.1MPa；一级水槽水温：65℃；二级水槽水温：45℃；切粒机转速：140r/min；烘干温度及时间：90℃，3h；

样件注塑参数：

机筒温度：一区170℃；二区175℃；三区180℃；四区180℃；射嘴185℃，

注塑压力及速度：一级注塑压力：50MPa，一级注塑速度：30%，二级注塑压力：35MPa，二级注塑速度：20%，

保压压力及速度：一级保压压力：40MPa，一级保压速度：25%，二级保压压力：30MPa，二级保压速度：20%，

注塑时间：7s，

保压时间：10s，

冷却时间：20s，

模温：45℃。