CN105602214A - 一种增塑增韧改性聚乳酸及其制备方法 - Google Patents

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杨慧丽
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Abstract

本发明涉及一种增塑增韧改性聚乳酸及其制备方法，属于完全生物降解高分子材料共混改性技术领域，解决了聚乳酸脆性严重的问题，扩大了聚乳酸的应用领域。本发明的方法是将聚乳酸同时与低分子量和高分子量的聚己二酸二甘醇酯共混，得到共混材料。所述共混材料包括95重量份的聚乳酸，5重量份的低分子量聚己二酸二甘醇酯，5～20重量份的高分子量聚己二酸二甘醇酯。本发明同时使用低分子量和高分子量聚己二酸二甘醇实现了对聚乳酸既增塑又增韧的效果，其断裂伸长率和冲击强度分别高达272.0％和68.3kJ/m2。由于聚己二酸二甘醇酯是一种无毒无害且具有生物降解性的环保型增塑剂，因此本发明提供的聚乳酸共混材料在提高塑性和韧性的同时保证了共混材料的完全生物降解性。

Description

一种增塑增韧改性聚乳酸及其制备方法
技术领域
本发明属于完全生物降解高分子材料共混改性技术领域，具体涉及一种增塑增韧改性聚乳酸及其制备方法。
背景技术
随着国民经济的发展，高分子材料的使用量在某种意义上已经成为衡量一个国家工业化和人民生活水平的重要标志。然而，绝大多数的高分子材料来源于石油资源，其使用后的大量塑料废弃物在环境中难以生物降解，给人类赖以生存的自然环境造成了不可忽视的负面影响。因此，如何应对日益严重的环境污染问题和摆脱对石油资源的依赖，实现可持续发展，已经成为全球关注的焦点。大力开发环境友好的生物降解高分子材料，被认为是解决当前问题的有效途径，更是实现全球经济发展的战略选择。
聚乳酸(polylactide,PLA)是以玉米、淀粉等可再生植物资源为原料发酵得到乳酸后经化学合成的高分子材料，具有良好的生物相容性，且能够完全生物降解，废弃后可在微生物、水、酸、碱等作用下完全分解成水和二氧化碳，对环境不造成任何污染，是一种典型的可完全生物降解的绿色塑料。同时，聚乳酸具有高强度、高模量、高透明性、易加工成型等优点。作为一种新型的可完全生物降解高分子材料，聚乳酸已经逐步得到学术界和工业界的重视，其应用范围已从最初用于生物医用领域过渡到各类包装材料等通用高分子材料领域，并朝着电器制品、汽车制品等工程塑料领域迅速发展，展现了诱人的发展前景。然而，聚乳酸具有较低的断裂伸长率和冲击强度，是一种硬而脆的高分子材料。脆性严重是目前扩展聚乳酸作为通用塑料适用的主要瓶颈。因此，对聚乳酸的改性成为了研究热点，尤其在增塑增韧改性方面。中国专利CN03117482.5涉及一种含有2-15％医用增塑剂的聚乳酸组合膜。但是，增塑剂耐迁移性差，改性效果不理想。中国专利CN1367189A利用自由基接枝的方法将聚乙烯醇、丙烯酸等接枝到聚乳酸的主链上，明显的改善了聚乳酸的韧性。但是这种方法属于化学改性，存在工艺复杂，成本较高等缺点。中国专利CN1701082公开了聚甲醛与聚乳酸共混，并加入抗冲击改性剂以提高共混物的抗冲击性能的技术方案。该方案虽然改善了聚乳酸的抗冲击性能，但由于添加剂用量过大，势必影响最终产品的降解性能，从材料的可降解性来说还存在不足。
发明内容
本发明要解决现有技术中聚乳酸脆性严重的技术问题，提供一种增塑增韧改性聚乳酸及其制备方法，该改性聚乳酸是一种无毒无害且具有生物降解性的环保型增塑剂，同时实现对聚乳酸的增塑和增韧。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
一种增塑增韧改性聚乳酸，包括聚乳酸、低分子量聚己二酸二甘醇酯和高分子量聚己二酸二甘醇酯；
所述聚乳酸、低分子量聚己二酸二甘醇酯和高分子量聚己二酸二甘醇酯的重量比为95:5:5～20；
所述低分子量聚己二酸二甘醇酯的重均分子量为3096g/mol；
所述高分子量聚己二酸二甘醇酯的重均分子量为50000～180000g/mol。
在上述技术方案中，所述聚乳酸商品牌号为4032D，重均分子量为250000g/mol。
在上述技术方案中，所述聚乳酸、低分子量聚己二酸二甘醇酯和高分子量聚己二酸二甘醇酯的重量比为95:5:20，所述高分子量聚己二酸二甘醇酯的重均分子量为131000g/mol。
在上述技术方案中，所述聚乳酸、低分子量聚己二酸二甘醇酯和高分子量聚己二酸二甘醇酯的重量比为95:5:15，所述高分子量聚己二酸二甘醇酯的重均分子量为50000g/mol。
在上述技术方案中，所述聚乳酸、低分子量聚己二酸二甘醇酯和高分子量聚己二酸二甘醇酯的重量比为95:5:15，所述高分子量聚己二酸二甘醇酯的重均分子量为180000g/mol。
一种增塑增韧改性聚乳酸的制备方法，包括以下步骤：
取干燥过的聚乳酸95重量份，重均分子量为3096g/mol的低分子量聚己二酸二甘醇酯5重量份，重均分子量为50000～180000g/mol的高分子量聚己二酸二甘醇酯5～20重量份，将聚乳酸同时与低分子量聚己二酸二甘醇酯和高分子量聚己二酸二甘醇酯放入密炼机内熔融共混，温度180～190℃，转矩50转/分，时间5～8分钟，即可得到增塑增韧改性聚乳酸。
本发明的有益效果是：
1.本发明提供的增塑增韧改性聚乳酸是通过同时添加低分子量和高分子量的聚己二酸二甘醇酯可以明显提高聚乳酸的韧性，使聚乳酸表现为明显的韧性断裂；
2.由于所使用的聚己二酸二甘醇酯是一种无毒无害且可生物降解的环保型增塑剂，因此本发明提供的增塑增韧改性聚乳酸在提高塑性和韧性的同时保证了共混材料的完全生物降解性。
3.本发明提供的增塑增韧改性聚乳酸的制备方法，原料配方简单，混合过程在常规的密炼机上即可实现，不需要借助其他特殊设备，操作过程简单易行，生产成本低廉，具有推广应用价值。
4.本发明提供的增塑增韧改性聚乳酸的制备方法制得的改性聚乳酸同时使用低分子量和高分子量聚己二酸二甘醇酯实现了聚乳酸既增塑又增韧的效果，其断裂伸长率和冲击强度分别高达272.0％和68.3kJ/m2。
具体实施方式
本发明提供的一种增塑增韧改性聚乳酸，包括聚乳酸、低分子量聚己二酸二甘醇酯和高分子量聚己二酸二甘醇酯；所述聚乳酸、低分子量聚己二酸二甘醇酯和高分子量聚己二酸二甘醇酯的重量比为95:5:5～20；所述低分子量聚己二酸二甘醇酯的重均分子量为3096g/mol；所述高分子量聚己二酸二甘醇酯的重均分子量为50000～180000g/mol。所述聚乳酸商品牌号为4032D，重均分子量为250000g/mol。优选所述聚乳酸、低分子量聚己二酸二甘醇酯和高分子量聚己二酸二甘醇酯的重量比为95:5:15，所述高分子量聚己二酸二甘醇酯的重均分子量为180000g/mol。再优选所述聚乳酸、低分子量聚己二酸二甘醇酯和高分子量聚己二酸二甘醇酯的重量比为95:5:15，所述高分子量聚己二酸二甘醇酯的重均分子量为50000g/mol。更优选所述聚乳酸、低分子量聚己二酸二甘醇酯和高分子量聚己二酸二甘醇酯的重量比为95:5:20，所述高分子量聚己二酸二甘醇酯的重均分子量为131000g/mol。
本发明提供的一种增塑增韧改性聚乳酸的制备方法，包括以下步骤：
取干燥过的聚乳酸95重量份，重均分子量为3096g/mol的低分子量聚己二酸二甘醇酯5重量份，重均分子量为50000～180000g/mol的高分子量聚己二酸二甘醇酯5～20重量份，将聚乳酸同时与低分子量聚己二酸二甘醇酯和高分子量聚己二酸二甘醇酯放入密炼机内熔融共混，温度180～190℃，转矩50转/分，时间5～8分钟，即可得到增塑增韧改性聚乳酸。
所述的增塑增韧改性聚乳酸的拉伸和冲击试验：
将得到的增塑增韧改性聚乳酸共混材料在平板硫化机上进行压片，模压温度180～190℃，在6MPa下热压5～8分钟，冷压2～5分钟，压成1mm和4mm样品，分别制成拉伸样条和冲击样条，然后进行拉伸和冲击试验。
所述的增塑增韧改性聚乳酸的断裂伸长率和冲击强度分别高达272.0％和68.3kJ/m2。
对比例1
取干燥过的聚乳酸100重量份，在密炼机中熔融共混，得到纯聚乳酸聚合物材料。共混条件为：温度190℃，转速50转/分，时间5分钟。将得到的纯聚乳酸聚合物材料在平板硫化机上进行压片，模压温度190℃，在6MPa下热压5分钟，冷压2分钟，压成1mm和4mm样品，分别制成拉伸样条和冲击样条，然后进行拉伸和冲击试验。本对比例制备的纯聚乳酸聚合物材料的拉伸强度61.5MPa，断裂伸长率5.6％，冲击强度3.1kJ/m2。
实施例1
取干燥过的聚乳酸95重量份，重均分子量为3096g/mol的聚己二酸二甘醇酯5重量份，重均分子量为50000g/mol的聚己二酸二甘醇酯5重量份，在密炼机中熔融共混，得到共混材料。共混条件同对比例1。本实施例制备的聚乳酸共混材料的拉伸强度42.0MPa，断裂伸长率4.9％，冲击强度2.8kJ/m2。
实施例2
取干燥过的聚乳酸95重量份，重均分子量为3096g/mol的聚己二酸二甘醇酯5重量份，重均分子量为50000g/mol的聚己二酸二甘醇酯10重量份，在密炼机中熔融共混，得到共混材料。共混条件同对比例1。本实施例制备的聚乳酸共混材料的拉伸强度36.9MPa，断裂伸长率33.9％，冲击强度12.3kJ/m2。
实施例3
取干燥过的聚乳酸95重量份，重均分子量为3096g/mol的聚己二酸二甘醇酯5重量份，重均分子量为50000g/mol的聚己二酸二甘醇酯15重量份，在密炼机中熔融共混，得到共混材料。共混条件同对比例1。本实施例制备的聚乳酸共混材料的拉伸强度34.4MPa，断裂伸长率281.7％，冲击强度35.0kJ/m2。
实施例4
取干燥过的聚乳酸95重量份，重均分子量为3096g/mol的聚己二酸二甘醇酯5重量份，重均分子量为50000g/mol的聚己二酸二甘醇酯20重量份，在密炼机中熔融共混，得到共混材料。共混条件同对比例1。本实施例制备的聚乳酸共混材料的拉伸强度37.1MPa，断裂伸长率27.2％，冲击强度27.6kJ/m2。
实施例5
取干燥过的聚乳酸95重量份，重均分子量为3096g/mol的聚己二酸二甘醇酯5重量份，重均分子量为131000g/mol的聚己二酸二甘醇酯5重量份，在密炼机中熔融共混，得到共混材料。共混条件同对比例1。本实施例制备的聚乳酸共混材料的拉伸强度49.6MPa，断裂伸长率4.6％，冲击强度2.9kJ/m2。
实施例6
取干燥过的聚乳酸95重量份，重均分子量为3096g/mol的聚己二酸二甘醇酯5重量份，重均分子量为131000g/mol的聚己二酸二甘醇酯10重量份，在密炼机中熔融共混，得到共混材料。共混条件同对比例1。本实施例制备的聚乳酸共混材料的拉伸强度48.8MPa，断裂伸长率4.4％，冲击强度6.5kJ/m2。
实施例7
取干燥过的聚乳酸95重量份，重均分子量为3096g/mol的聚己二酸二甘醇酯5重量份，重均分子量为131000g/mol的聚己二酸二甘醇酯15重量份，在密炼机中熔融共混，得到共混材料。共混条件同对比例1。本实施例制备的聚乳酸共混材料的拉伸强度40.6MPa，断裂伸长率267.1％，冲击强度27.4kJ/m2。
实施例8
取干燥过的聚乳酸95重量份，重均分子量为3096g/mol的聚己二酸二甘醇酯5重量份，重均分子量为131000g/mol的聚己二酸二甘醇酯20重量份，在密炼机中熔融共混，得到共混材料。共混条件同对比例1。本实施例制备的聚乳酸共混材料的拉伸强度33.0MPa，断裂伸长率272.0％，冲击强度68.3kJ/m2。
实施例9
取干燥过的聚乳酸95重量份，重均分子量为3096g/mol的聚己二酸二甘醇酯5重量份，重均分子量为180000g/mol的聚己二酸二甘醇酯5重量份，在密炼机中熔融共混，得到共混材料。共混条件同对比例1。本实施例制备的聚乳酸共混材料的拉伸强度43.7MPa，断裂伸长率6.2％，冲击强度2.1kJ/m2。
实施例10
取干燥过的聚乳酸95重量份，重均分子量为3096g/mol的聚己二酸二甘醇酯5重量份，重均分子量为180000g/mol的聚己二酸二甘醇酯10重量份，在密炼机中熔融共混，得到共混材料。共混条件同对比例1。本实施例制备的聚乳酸共混材料的拉伸强度38.1MPa，断裂伸长率395.0％，冲击强度18.1kJ/m2。
实施例11
取干燥过的聚乳酸95重量份，重均分子量为3096g/mol的聚己二酸二甘醇酯5重量份，重均分子量为180000g/mol的聚己二酸二甘醇酯15重量份，在密炼机中熔融共混，得到共混材料。共混条件同对比例1。本实施例制备的聚乳酸共混材料的拉伸强度27.7MPa，断裂伸长率277.8％，冲击强度31.3kJ/m2。
实施例12
取干燥过的聚乳酸95重量份，重均分子量为3096g/mol的聚己二酸二甘醇酯5重量份，重均分子量为180000g/mol的聚己二酸二甘醇酯20重量份，在密炼机中熔融共混，得到共混材料。共混条件同对比例1。本实施例制备的聚乳酸共混材料的拉伸强度26.2MPa，断裂伸长率271.7％，冲击强度25.2kJ/m2。
实施例13
取干燥过的聚乳酸95重量份，重均分子量为3096g/mol的聚己二酸二甘醇酯5重量份，重均分子量为131000g/mol的聚己二酸二甘醇酯20重量份，在密炼机中熔融共混，得到共混材料。共混条件为：温度180℃，转速50转/分，时间8分钟。将得到的共混材料在平板硫化机上进行压片，模压温度180℃，在6MPa下热压8分钟，冷压5分钟，压成1mm和4mm样品，分别制成拉伸样条和冲击样条，然后进行拉伸和冲击试验。本实施例制备的聚乳酸共混材料的拉伸强度32.0MPa，断裂伸长率270.0％，冲击强度67.3kJ/m2。
表1聚乳酸树脂力学性能测试结果
由上述结果可知，本发明提供的增塑增韧改性聚乳酸韧性较好，抗冲击强度可达到68.3kJ/m2，由于共混材料中的聚乳酸和聚己二酸二甘醇酯均具有完全生物降解性，因此本发明提供的增塑增韧改性聚乳酸在提高韧性的同时保证了共混材料的完全生物降解性，使聚乳酸材料拥有更广阔的应用空间。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种增塑增韧改性聚乳酸，其特征在于，包括聚乳酸、低分子量聚己二酸二甘醇酯和高分子量聚己二酸二甘醇酯；
所述聚乳酸、低分子量聚己二酸二甘醇酯和高分子量聚己二酸二甘醇酯的重量比为95:5:5～20；
所述低分子量聚己二酸二甘醇酯的重均分子量为3096g/mol；
所述高分子量聚己二酸二甘醇酯的重均分子量为50000～180000g/mol。
2.根据权利要求1所述的增塑增韧改性聚乳酸，其特征在于，所述聚乳酸商品牌号为4032D，重均分子量为250000g/mol。
3.根据权利要求1所述的增塑增韧改性聚乳酸，其特征在于，所述聚乳酸、低分子量聚己二酸二甘醇酯和高分子量聚己二酸二甘醇酯的重量比为95:5:20，所述高分子量聚己二酸二甘醇酯的重均分子量为131000g/mol。
4.根据权利要求1所述的增塑增韧改性聚乳酸，其特征在于，所述聚乳酸、低分子量聚己二酸二甘醇酯和高分子量聚己二酸二甘醇酯的重量比为95:5:15，所述高分子量聚己二酸二甘醇酯的重均分子量为50000g/mol。
5.根据权利要求1所述的增塑增韧改性聚乳酸，其特征在于，所述聚乳酸、低分子量聚己二酸二甘醇酯和高分子量聚己二酸二甘醇酯的重量比为95:5:15，所述高分子量聚己二酸二甘醇酯的重均分子量为180000g/mol。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种增塑增韧改性聚乳酸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
取干燥过的聚乳酸95重量份，重均分子量为3096g/mol的低分子量聚己二酸二甘醇酯5重量份，重均分子量为50000～180000g/mol的高分子量聚己二酸二甘醇酯5～20重量份，将聚乳酸同时与低分子量聚己二酸二甘醇酯和高分子量聚己二酸二甘醇酯放入密炼机内熔融共混，温度180～190℃，转矩50转/分，时间5～8分钟，即可得到增塑增韧改性聚乳酸。
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