CN107090165A - 一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料及其制备方法 - Google Patents

一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料及其制备方法，为高分子化合物领域。该改性材料所用用原料配比如下：聚乳酸：10‑90份、填充剂：1‑30份、交联剂：1‑5份、耐热增韧改性剂：1‑10份；辅助降解剂：0.2‑2份；本发明通过使用较为环保的原料对聚乳酸材料进行改性，其工艺过程简单，成本低，在明显提高了聚乳酸的韧性及耐热性的同时首次引入了绿色光催化材料纳米TiO2和纳米乳酸钙，可选择性的改变材料的降解性能。对于聚乳酸的进一步工业化生产和推广普及有促进作用。

Description

一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料及其制 备方法
技术领域
本发明涉及一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料及其制备方法,属于高分子材料技术领域。
背景技术
聚乳酸（PLA），别名聚丙交酯，是一种重要的乳酸衍生物，是以乳酸为单体经化学合成或生物合成得到的一类高分子材料。聚乳酸具有无毒无刺激、优良的生物相容性、易降解、可塑性强、易加工成型等优点，在高分子材料行业备受青睐，而在环境保护方面更是具有广阔的应用前景。
聚乳酸虽然具有优异的生物相容性及易降解性，对环境十分友好的特点，但聚乳酸仍有许多不足之处，如强度低，韧性差，热变形温度低等问题，限制了其进一步发展和广泛使用。故需要通过对聚乳酸改性研究来增强其性能，以拓宽其应用价值。
纳米TiO2亦称钛白粉，为白色疏松粉末，屏蔽紫外线作用强，有良好的分散性和耐候性，在汽车工业及诸多领域都显示出美好的发展前景。纳米TiO2还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性，且完全可以与食品接触，所以被广泛用于诸多行业。
针对聚乳酸耐热温度低，强度低的缺点，不少国内外对此做了很多工作，但很少有技术说到同时提高耐热温度及强度而且又尽量压低生产成本的。如中国专利（公开号：CN103374117A）公开了一种利用经过表面修饰的纳米级稀有金属氧化物来改性的耐热型可降解树脂的方法。虽有提高聚乳酸的耐热性，但其强度得不到保证且所用原料成本较高。又如中国专利（公开号：CN105176022A）公开了一种利用多种酸酯及复合多种塑料来提高聚乳酸韧性的方法，虽然效果显著提高聚乳酸韧性，但由于掺杂物过多降低了聚乳酸的天然性且成本较高。
发明内容
本发明针对聚乳酸存在的耐热性差及强度低的缺点，提供了一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料及其制备方法，同时保证了环保及成本低等特性。本发明就技术上克服了上述现有材料技术存在的缺陷，并首次引入绿色光催化材料纳米TiO2和纳米乳酸钙，不仅明显改善了聚乳酸的耐热性及强度，还可选择性的改变材料的降解性能。
一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料，由下列质量份数的原料制成：聚乳酸：10-90份、填充剂：1-30份、交联剂：1-5份、耐热增韧改性剂：1-10份；辅助降解剂：0.2-2份。
所述的聚乳酸为平均分子量在5万-15万的L-聚乳酸和D-聚乳酸中的一种或两种。
所述的填充剂为纳米碳酸钙和细度不小于5000目的蒙脱土中的一种或两种。
所述的交联剂为聚乙二醇和聚丙二醇中的一种或两种。
所述的耐热增韧改性剂为乙烯基树脂玻璃鳞片和TMP-3000微细水晶透明粉。
所述的辅助降解剂为纳米TiO2和纳米乳酸钙。
一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）将聚乳酸及填充剂经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，得到无机填充复合聚乳酸颗粒；
（2）将无机复合后的聚乳酸颗粒、交联剂、耐热增韧改性剂和辅助降解剂加入到搅拌机中混合均匀，再经双螺杆挤出机在200℃条件下熔融，挤出造粒，在110℃下停留10分钟，后自然冷却，得到改性后的聚乳酸材料。
本发明旨在改善聚乳酸耐热性及强度的基础上提供了一种较为环保的低成本的聚乳酸改性材料及其制备方法。在耐热性及强度，成本及环保等方面取得良好同步，使聚乳酸能有效地工业化及推广普及。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步具体说明，但发明不限于这些实施例。在不脱离本发明的思想方法的情况下，根据本领域的普通技术知识和惯用手段所作出的应用、替换及变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料，由下列质量份数的原料制成：聚乳酸：10份、填充剂：1份、交联剂：1份、耐热增韧改性剂：1份；辅助降解剂：0.2份。
所述的聚乳酸为平均分子量在5万的3份L-聚乳酸和7份D-聚乳酸。
所述的填充剂为0.5份的纳米碳酸钙和0.5份的细度为5000目的蒙脱土。
所述的交联剂为0.5份的聚乙二醇和0.5份的聚丙二醇中。
所述的耐热增韧改性剂为0.5份的乙烯基树脂玻璃鳞片和0.5份的TMP-3000微细水晶透明粉。
所述的辅助降解剂为0.1份的纳米TiO2和0.1份的纳米乳酸钙。
一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）将聚乳酸及填充剂经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，得到无机填充复合聚乳酸颗粒；
（2）将无机复合后的聚乳酸颗粒、交联剂、耐热增韧改性剂和辅助降解剂加入到搅拌机中混合均匀，再经双螺杆挤出机在200℃条件下熔融，挤出造粒，在110℃下停留10分钟，后自然冷却，得到改性后的聚乳酸材料。
实施例2
一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料，由下列质量份数的原料制成：聚乳酸：50份、填充剂：15份、交联剂：3份、耐热增韧改性剂：5份；辅助降解剂：1份。
所述的聚乳酸为平均分子量在10万的20份L-聚乳酸和30份D-聚乳酸。
所述的填充剂为5份的纳米碳酸钙和10份的细度为5000目的蒙脱土。
所述的交联剂为1份的聚乙二醇和2份的聚丙二醇。
所述的耐热增韧改性剂为3份的乙烯基树脂玻璃鳞片和2份的TMP-3000微细水晶透明粉。
所述的辅助降解剂为0.5份的纳米TiO2和0.5份的纳米乳酸钙。
其余同实施例1。
实施例3
一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料，由下列质量份数的原料制成：聚乳酸：90份、填充剂：30份、交联剂：5份、耐热增韧改性剂：10份；辅助降解剂：2份。
所述的聚乳酸为平均分子量在15万的30份的L-聚乳酸和60份的D-聚乳酸。
所述的填充剂为10份的纳米碳酸钙和20份的细度为5000目的蒙脱土。
所述的交联剂为2份的聚乙二醇和3份的聚丙二醇。
所述的耐热增韧改性剂为4份的乙烯基树脂玻璃鳞片和6份TMP-3000微细水晶透明粉。
所述的辅助降解剂为1份的纳米TiO2和1份纳米乳酸钙。
其余同实施例1。
对比例1
一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料，由下列质量份数的原料制成：聚乳酸：100份、填充剂：40份、交联剂：6份、耐热增韧改性剂：12份；辅助降解剂：3份。
所述的聚乳酸为平均分子量在10万的50份的L-聚乳酸和50份的D-聚乳酸。
所述的填充剂为10份的纳米碳酸钙和30份的细度为5000目的蒙脱土。
所述的交联剂为3份的聚乙二醇和3份的聚丙二醇。
所述的耐热增韧改性剂为6份的乙烯基树脂玻璃鳞片和6份的TMP-3000微细水晶透明粉。
所述的辅助降解剂为2份的纳米TiO2和1份的纳米乳酸钙。
其余同实施例1。
对比例2
一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料，
所述的辅助降解剂为1份的纳米TiO2。
其余同实施例2。
对比例3
一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）将聚乳酸及填充剂经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，得到无机填充复合聚乳酸颗粒；
（2）将无机复合后的聚乳酸颗粒、交联剂、耐热增韧改性剂和辅助降解剂加入到搅拌机中混合均匀，再经双螺杆挤出机在220℃条件下熔融，挤出造粒，在100℃下停留10分钟，后自然冷却，得到改性后的聚乳酸材料。
其余同实施例3。
各个实施例及对比例制得的聚乳酸改性材料的各项性能数据如下：
从上表数据可以看出，在本发明制得的聚乳酸改性材料（实施例1-3）的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度、微卡软化温度都优于对比例1（原料配比不同）、对比例2（辅助降解剂仅为纳米TiO2）和对比例3（制备工艺温度不同），尤其是以实施例2的效果最佳，可见本发明采用了特定的原料配比，选用纳米TiO2和纳米乳酸钙作为复合辅助降解剂，再用一定的制备工艺温度，联合作用，得到的聚乳酸改性材料不仅强度高、耐热性好，而且降解性可控，对于聚乳酸的进一步工业化生产和推广普及有促进作用。

Claims (7)

1.一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料，其特征为：由下列质量份数的原料制成：聚乳酸：10-90份、填充剂：1-30份、交联剂：1-5份、耐热增韧改性剂：1-10份；辅助降解剂：0.2-2份。
2.如权利要求1所述的一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料，其特征为：聚乳酸为平均分子量在5万-15万的L-聚乳酸和D-聚乳酸中的一种或两种。
3.如权利要求1所述的一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料，其特征为：填充剂为纳米碳酸钙和细度不小于5000目的蒙脱土中的一种或两种。
4.如权利要求1所述的一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料，其特征为：交联剂为聚乙二醇和聚丙二醇中的一种或两种。
5.如权利要求1所述的一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料，其特征为：耐热增韧改性剂为乙烯基树脂玻璃鳞片和TMP-3000微细水晶透明粉。
6.如权利要求1所述的一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料，其特征为：辅助降解剂为纳米TiO2和纳米乳酸钙。
7.如权利要求1所述的一种强度高耐热性好且降解性可控的聚乳酸改性材料，其特征为：制备方法具体步骤如下：
（1）将聚乳酸及填充剂经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，得到无机填充复合聚乳酸颗粒；
（2）将无机复合后的聚乳酸颗粒、交联剂、耐热增韧改性剂和辅助降解剂加入到搅拌机中混合均匀，再经双螺杆挤出机在200℃条件下熔融，挤出造粒，在110℃下停留10分钟，后自然冷却，得到改性后的聚乳酸材料。
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