CN104592730A - 一种聚乳酸/聚酯合金及其制备方法 - Google Patents

一种聚乳酸/聚酯合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚乳酸/聚酯合金及其制备方法。所述聚乳酸/聚酯合金的组分包括按一定重量百分比的聚乳酸、聚酯、相容剂、增韧剂、抗氧剂、润滑剂;制备过程包括以下步骤:首先将原料配比在室温下进行混合后,分别进行熔融挤出,第一阶后段施加超声处理,再经第二阶挤出后造粒,即可得到一种可降解、高抗冲、高耐热聚乳酸/聚酯合金。与现有方法相比,本发明利用可控的超声作用,通过原位反应形成了一种类似“聚乳酸-g-聚酯”结构,从而保留了聚酯的耐热性与聚乳酸的可降解性,同时通过一种特殊的增韧型相容剂的界面作用,在合金体系中形成了一种核壳结构的增韧体系,从而可得到一种具有高抗冲、高耐热、可降解的高性能化的合金产品。

Description

一种聚乳酸/聚酯合金及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子领域,涉及一种可降解、高抗冲、高耐热的聚乳酸/聚酯合金及其制备方法。
背景技术
随着科技和时代的发展,高分子材料改性或合金化作为一种必然的手段已经越来越广泛地被应用;同时,随着时代的发展,人们对于绿色环保也越来越重视。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物,原料来源充分而且可以再生。聚乳酸的生产过程无污染,而且产品可以生物降解,实现在自然界中的循环,因此是理想的绿色高分子材料。聚乳酸可以在挤出、注塑、拉膜、纺丝等多领域应用,但是聚乳酸性脆,韧性差,易降解,耐热性不够等缺点,极大地限制了聚乳酸的直接应用,因而,为了使其能更好的满足于产品的要求,通过合金化,得到高性能化的聚乳酸合金得到了越来越广泛的研究关注。
目前,关于聚乳酸的合金化改性,主要集中于高抗冲、高耐热、耐水解等几方面,实现的方法也不尽相同,专利CN102020834A公开了一种聚乳酸/聚碳酸酯合金材料,及其制备方法与应用,该发明材料构成为10~90份的聚碳酸酯、10~90份的聚乳酸、1~20份的液晶高分子及1~25份的增韧剂,所制得的合金材料有环保特性,结晶速度较快,可以快速成型,但其综合性能比较差,特别是冲击性能比较低。专利CN 102040813A公开了一种聚乳酸-ABS树脂复合材料及其制备方法,该发明材料组成包括:聚乳酸树脂及其共聚物60~80%、ABS树脂10~30%、相容剂3~5%、增韧剂5~10%、滑石粉0.5~2%、偶联剂0.5~1.5%,所制得的合金材料耐热性得到改善,但其冲击性能比较低。专利CN102911492A公开了一种PC/ABS/PLA三元合金及其制备方法,该发明材料组成包括:PC 50~67%,ABS含量为20~29%,PLA含量为3~30%,相容剂含量为0~5%,其它助剂为0.2~3%,所制得的合金材料冲击性能得到明显改善,但是耐热性并没有明显提升。
发明内容
本发明的目的就是为了针对聚乳酸改性过程中,韧性、刚性、耐热性难以均衡的问题,通过简单相容化处理得到的多元合金,相态结构不稳定,难以满足更高要求场合的需求。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一方面,本发明提供了一种聚乳酸/聚酯合金,其包括按重量百分数计的以下组分:
作为优选方案,所述聚乳酸重均分子量为80000~300000之间,过低的分子量物性过低,过高的分子量商业化的产品很少。
作为优选方案,所述聚酯的粘度不低于0.6cSt。
作为优选方案,所述聚酯选自聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等热塑性聚酯中至少一种。
作为优选方案,所述增韧型相容剂是为苯乙烯-丁二烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯的聚合物,其中,GMA含量0.1~1wt%,丁二烯含量50~70wt%。该增韧剂中,丁二烯可提供高效的增韧效率,而GMA官能团与聚酯或者聚乳酸都具有高效的反应性,可有效形成聚酯-g-GMA-苯乙烯-丙烯腈为硬壳,丁二烯为软核的特殊增韧结构。
作为优选方案,所述润滑剂为脂肪酸皂盐类、硅酮类、低分子蜡中的至少一种。
作为优选方案,所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的复合物,优选抗氧剂1076和抗氧剂168按1∶1的重量比的复合物。
作为优选方案,所述脂肪酸皂盐类为硬脂酸钙、硬脂酸锌、乙撑双脂肪酸酰胺(EBS)、改性乙撑双脂肪酸酰胺(TFA)中的至少一种。
另一方面,本发明还涉及一种聚乳酸/聚酯合金的制备方法,其包括如下步骤:
将聚酯、聚乳酸、抗氧剂、润滑剂按比例混合均匀,于主喂料口投入第一阶双螺杆挤出机,控制加工温度240~250℃,转速180~600rpm;
在第一阶挤出机末端施加超声,具体是将超声波发生探头与挤出机的加热套连接,超声功率300~600w;
在第二阶挤出机前端,通过侧喂料将增韧型相容剂喂入挤出机;
出料后,经水冷,切粒机造粒后得到所述聚乳酸/聚酯合金。
与现有方法相比,本发明在单纯的相容化处理基础上,先通过可控的超声作用,定向在聚酯与聚乳酸的界面处通过原位酯交换反应形成了一种“聚乳酸-g-聚酯”分子结构,新形成的分子结构保留了聚酯的耐热性与聚乳酸的可降解性,使聚酯与聚乳酸两相间达到了分子级的相容。通过超声作用的能量可控,促进聚酯与聚乳酸的界面处的原位酯交换反应,可以形成一种可控的反应过程,该反应过度会造成聚乳酸或者聚酯降解过度而造成性能大幅下降,若反应不够,就达不到很好的相容效果,目前没有发现其他更可行的途径,然后在第二阶段,引入一种苯乙烯-丁二烯-丙烯腈-GMA的增韧型相容剂,在合金体系中形成了一种:聚酯-g-GMA-苯乙烯-丙烯腈为硬壳,丁二烯为软核的特殊增韧结构,从而可得到一种具有高抗冲、高耐热、可降解的高性能化的聚乳酸/聚酯合金产品。本发明的方法工艺可行,利用双阶式螺杆,避免了高长径比设备的设计难度,降低了投资成本,该方法制备的产品可广泛用于家电、汽车、航空等领域。,具有十分广阔的应用前景和工业化价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
对比例1
PLA2000g,80℃烘干2h,相容剂(AX8900)100g,辅助增韧剂(SEBS)200g,抗氧剂(168/1010)60g,润滑剂(TAF)40g,采用传统挤出工艺,将以上原料经高混机混合3~5min后,投入挤出机,挤出造粒得到样品1,粒子经90℃烘干3h,然后注塑成样条,测试。
对比例2
PLA与PC各1000g,80℃烘干2h,相容剂(AX8900)100g,辅助增韧剂(SEBS)200g,抗氧剂(168/1010)60g,润滑剂(TAF)40g,采用传统挤出工艺,将以上原料经高混机混合3~5min后,投入挤出机,挤出造粒得到样品2,粒子经90℃烘干3h,然后注塑成样条,测试。
对比例3
PLA与PC各1000g,80℃烘干2h,相容剂(苯乙烯-丁二烯-丙烯腈-GMA)300g,抗氧剂(168/1010)60g,润滑剂(TAF)40g,采用传统挤出工艺,将以上原料经高混机混合3~5min后,投入挤出机,挤出造粒得到样品3,粒子经90℃烘干3h,然后注塑成样条,测试。
实施例1
PLA与PC各1000g,80℃烘干2h,相容剂(苯乙烯-丁二烯-丙烯腈-GMA)300g,抗氧剂(168/1010)60g,润滑剂(TAF)40g,采用上述挤出工艺,将以上原料经高混机混合3~5min后,分别投入双阶式挤出机,超声处理功率400W,挤出造粒得到样品4,粒子经90℃烘干3h,然后注塑成样条,测试。
实施例2
PLA 800g与PC 1200g,于80℃烘干2h,相容剂(苯乙烯-丁二烯-丙烯腈-GMA)300g,抗氧剂(168/1010)60g,润滑剂(TAF)40g,采用上述挤出工艺,将以上原料经高混机混合3~5min后,分别投入双阶式挤出机,超声处理功率500W,挤出造粒得到样品5,粒子经90℃烘干3h,然后注塑成样条,测试。
实施例3
PLA 1400g与PC 600g,于80℃烘干2h,相容剂(苯乙烯-丁二烯-丙烯腈-GMA)600g,抗氧剂(168/1010)60g,润滑剂(TAF)40g,采用上述挤出工艺,将以上原料经高混机混合3~5min后,分别投入双阶式挤出机,超声处理功率350W,挤出造粒得到样品6,粒子经90℃烘干3h,然后注塑成样条,测试。
实施例4
PLA 1400g与PBT 600g,于80℃烘干2h,相容剂(苯乙烯-丁二烯-丙烯腈-GMA)600g,抗氧剂(168/1010)60g,润滑剂(TAF)40g,采用上述挤出工艺,将以上原料经高混机混合3~5min后,分别投入双阶式挤出机,超声处理功率350W,挤出造粒得到样品7,粒子经90℃烘干3h,然后注塑成样条,测试。
根据对比例1~3以及实施例1~4制得的样品1~7,力学性能和耐热性能测试如下:
表1.样品1~7基本物性
项目 拉伸强度/MPa 断裂伸长率/% 缺口冲击强度/J/m HDT/0.45MPa
样品1 23 43 136 55
样品2 25 4.4 120 55
样品3 32 55 465 65
样品4 45 113 660 90
样品5 60 120 750 112(1.82MPa)
样品6 49 68 581 73
样品7 47 44 361 76
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种聚乳酸/聚酯合金,其特征在于,包括按重量百分数计的以下组分:
2.根据权利要求1所述的聚乳酸/聚酯合金,其特征在于,所述聚乳酸的重均分子量为80000~300000之间。
3.根据权利要求1所述的聚乳酸/聚酯合金,其特征在于,所述聚酯的粘度不低于0.6cSt。
4.根据权利要求1或3所述的聚乳酸/聚酯合金,其特征在于,所述聚酯选自聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中至少一种。
5.根据权利要求1所述的聚乳酸/聚酯合金,其特征在于,所述增韧型相容剂是苯乙烯-丁二烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯的聚合物,其中,GMA含量0.1~1wt%,丁二烯含量50~70wt%。
6.根据权利要求1所述的聚乳酸/聚酯合金,其特征在于,所述润滑剂为脂肪酸皂盐类、硅酮类、低分子蜡中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的聚乳酸/聚酯合金,其特征在于,所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的复合物。
8.根据权利要求6所述的聚乳酸/聚酯合金,其特征在于,所述脂肪酸皂盐类为硬脂酸钙、硬脂酸锌、乙撑双脂肪酸酰胺、改性乙撑双脂肪酸酰胺中的至少一种。
9.一种如权利要求1~8中任一项所述的聚乳酸/聚酯合金的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
将聚酯、聚乳酸、抗氧剂、润滑剂按比例混合均匀,于主喂料口投入第一阶双螺杆挤出机,控制加工温度240~250℃,转速180~600rpm;
在第一阶挤出机末端施加功率为300~600W的超声;
在第二阶挤出机前端,通过侧喂料将增韧型相容剂喂入挤出机;
出料后,经水冷,切粒机造粒后得到所述聚乳酸/聚酯合金。
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