CN107163522A - 一种高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料 - Google Patents

一种高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，所述复合材料由聚乳酸和马来酸接枝热塑性弹性体制成，其制备方法是先将聚乳酸和马来酸酐接枝热塑性弹性体分别烘干；然后将所得聚乳酸和马来酸接枝热塑性弹性体按比例混合后晃动进行简单的物理混合，使其充分混合，混合后高速喂料，经双螺杆挤出机中熔融挤出，同时采用高牵引速率和快速冷却固化，最后将挤出的料条在冷水中充分冷却后送至切粒机切粒；再将粒料烘干，将干燥后的粒料采用高压高剪切流动场的注塑成型设备，使共混成分更加充分均匀分散，制得高韧性的复合材料。本发明具有制备工艺简单，能耗较低，成本低廉，弹性体马来酸酐接枝热塑性弹性体SEBS可回收利用的特点。

Description

一种高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料
技术领域
本发明涉及一种聚乳酸、马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，特别是一种高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料。
背景技术
环境污染问题和能源枯竭问题一直是困扰人类生存的最大的难题，具有良好生物相容性、可生物降解、力学拉伸强度和较好的热成型等优点的生物基高分子材料聚乳酸，已经跃升为近几年使用最为频繁的塑料之一。在生物医学领域常应用于制作手术缝合线、生物仿生材料、组织工程支架材料等造福于人类；在日常生产生活中应用于包装材料、服装、家用纺织品和汽车内饰品等，无处不存在我们的生活中。
但其本身因为化学结构、结晶和形态的不同，存在亲水性差、韧性较差和热稳定性差等缺点，严重限制了其在生产生活中的应用范围。通过分析其化学结构和结晶性能，有针对性的改性来克服其缺点，使得其拥有更好的性能，具有十分重要的意义。
近几年虽然有不少改性聚乳酸提升其性能的研究，通过添加引入柔性分子链的聚合物、添加增塑剂和与优异性能物质共混来克服其缺点，但是都或多或少存在改性方法生产工艺复杂和成本高等问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料。本发明具有制备工艺简单，能耗较低，成本低廉，弹性体马来酸酐接枝热塑性弹性体SEBS可回收利用的特点。
本发明的技术方案：一种高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，所述复合材料由聚乳酸和马来酸接枝热塑性弹性体制备而成，其制备方法包括如下步骤：
(1)原料干燥：将聚乳酸和马来酸酐接枝热塑性弹性体分别烘干；
(2)熔融共混挤出：将所得聚乳酸和马来酸接枝热塑性弹性体按比例混合后晃动进行简单的物理混合，使其充分混合，混合后高速喂料，经双螺杆挤出机中熔融挤出，同时采用高牵引速率和快速冷却固化，最后将挤出的料条在冷水中充分冷却后送至切粒机切粒；
(3)注塑成型：将粒料烘干，将干燥后的粒料采用高压高剪切流动场的注塑成型设备，使共混成分更加充分均匀分散，制得高韧性的复合材料。
前述的高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，所述制备方法包括如下步骤：
(1)原料干燥：将聚乳酸和马来酸酐接枝热塑性弹性体分别在烘箱中70℃干燥24小时，使水分重量含量少于0.01％；
(2)熔融共混挤出：将所得聚乳酸和马来酸接枝热塑性弹性体按比例混合后晃动进行简单的物理混合，使其充分混合，混合后高速喂料，经双螺杆挤出机中熔融挤出，同时采用高牵引速率和快速冷却固化，最后将挤出的料条在冷水中充分冷却后送至切粒机切粒；
(3)注塑成型：将粒料放入烘箱中70℃烘干24小时，使水分含量少于0.01％，将干燥后的粒料采用高压高剪切流动场的注塑成型设备，使共混成分更加充分均匀分散，制得高韧性的复合材料。
前述的高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，所述聚乳酸的分子量为21700。
前述的高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，所述马来酸酐接枝热塑性弹性体占总质量的0-20％。
前述的高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，所述马来酸酐接枝热塑性弹性体占总质量的15％。
前述的高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，所述熔融共混挤出时，双螺杆挤出机从机头到机筒的十段的温度设置分别为190℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、190℃、175℃、180℃和185℃。
前述的高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，所述熔融共混挤出时，螺杆转速200-400转/min，喂料速度为200-300g/min，牵引拉伸速度为200-400转/min，冷水温度低于20℃。
前述的高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，所述注塑成型阶段，高压为65-85MPa，保压时间为45s。
前述的高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，所述注塑成型阶段，注塑机的机筒第一段到第五段和射嘴温度分别设定为185℃、180℃、175℃、170℃、0℃和190℃；加热周期为6s。
本发明的有益效果：
1、本发明制备过程所需加工设备即为普通挤出机和注塑机，很容易实施工业生产。
2、本发明所用原料聚乳酸为可生物降解的高分子材料，马来酸酐接枝热塑性弹性体(SEBS)为可循环使用热塑性弹性体，制备出的聚乳酸/马来酸酐接枝SEBS复合材料非常符合环境友好型材料，可大量应用于生活用品如塑料杯子、盆、桶及电子产品的外壳等。
3、本发明在制备共混材料过程中，采用高速喂料以使得聚乳酸粒料和马来酸酐接枝SEBS粒料物理混合均匀，将混合均匀的聚乳酸和马来酸酐接枝SEBS粒料，在高速螺杆转速下形成的强剪切场熔融发生预取向和预形变，其中快速冷却固化可以保持预取向结构。
4、本发明通过测试缺口冲击强度和断裂伸长率，考察聚乳酸/马来酸酐接枝SEBS复合材料的综合性能。并通过FTIR和XRD测试，给出聚乳酸/马来酸酐接枝SEBS复合材料结构方面的信息，包括复合材料的化学结构和晶型。通过该方法制备的聚乳酸和马来酸酐接枝SEBS共混物相容性良好，而且根据按照GB/T1843-2008标准提供的方法测试，冲击速度为3.5m/s，随着马来酸酐接枝SEBS含量的不断增加(0～20％)，复合材料的缺口冲击强度呈现先上升后下降的趋势；当马来酸酐接枝SEBS含量为15％时，复合材料的缺口冲击强度达到最大为5.67kJ/m2,相较于纯聚乳酸(3.19kJ/m2)提升了78％；而断裂伸长率也呈现先上升后下降的趋势，当马来酸酐接枝SEBS含量为15％时，复合材料的断裂伸长率达到最大为20.51％，相对于纯聚乳酸的8.65％提高了137％。因此，通过调节马来酸酐接枝SEBS的含量，可获得具有高韧性的聚乳酸/马来酸酐接枝SEBS复合材料。
附图说明
图1为本发明聚乳酸原位马来酸酐接枝SEBS复合材料熔融共混挤出造粒过程图。
图2为纯聚乳酸和聚乳酸/马来酸酐接枝SEBS复合材料红外光谱图。
图3为纯聚乳酸和按不同比例混合的聚乳酸/马来酸酐接枝SEBS复合材料XRD图。
图4为按比例混合的聚乳酸/马来酸酐接枝SEBS复合材料的缺口冲击强度图。
图5为按比例混合的聚乳酸/马来酸酐接枝SEBS复合材料的断裂伸长率图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
实施例1、一种高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，其制备方法如下：
(1)原料干燥：将分子量为21700的聚乳酸和马来酸酐接枝热塑性弹性体分别在烘箱中70℃干燥24小时，使水分重量含量少于0.01％；
(2)熔融共混挤出：将所得聚乳酸和马来酸接枝热塑性弹性体按85:15的比例混合后晃动进行简单的物理混合，使其充分混合，混合后以250g/min的速度高速喂料，经双螺杆挤出机以螺杆转速300转/min的速度熔融挤出，同时在300转/min的速度下牵引，并在20℃以下的冷却水中快速冷却固化，最后将挤出的料条在冷水中充分冷却后送至切粒机切粒；熔融共混挤出时，双螺杆挤出机从机头到机筒的十段的温度设置分别为190℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、190℃、175℃、180℃和185℃。
(3)注塑成型：将粒料放入烘箱中70℃烘干24小时，使水分含量少于0.01％，将干燥后的粒料采用高压高剪切流动场的注塑成型设备，使共混成分更加充分均匀分散，制得高韧性的复合材料；注塑成型阶段，高压为73MPa，保压时间为45s，注塑机的机筒第一段到第五段和射嘴温度分别设定为185℃、180℃、175℃、170℃、0℃和190℃；加热周期为6s。
实施例2、一种高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，其制备方法如下：
(1)原料干燥：将分子量为21700的聚乳酸和马来酸酐接枝热塑性弹性体分别在烘箱中70℃干燥24小时，使水分重量含量少于0.01％；
(2)熔融共混挤出：将所得聚乳酸和马来酸接枝热塑性弹性体按80:20的比例混合后晃动进行简单的物理混合，使其充分混合，混合后以200g/min的速度高速喂料，经双螺杆挤出机以螺杆转速200转/min的速度熔融挤出，同时在200转/min的速度下牵引，并在20℃以下的冷却水中快速冷却固化，最后将挤出的料条在冷水中充分冷却后送至切粒机切粒；熔融共混挤出时，双螺杆挤出机从机头到机筒的十段的温度设置分别为190℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、190℃、175℃、180℃和185℃。
(3)注塑成型：将粒料放入烘箱中70℃烘干24小时，使水分含量少于0.01％，将干燥后的粒料采用高压高剪切流动场的注塑成型设备，使共混成分更加充分均匀分散，制得高韧性的复合材料；注塑成型阶段，高压为65MPa，保压时间为45s，注塑机的机筒第一段到第五段和射嘴温度分别设定为185℃、180℃、175℃、170℃、0℃和190℃；加热周期为6s。
实施例3、一种高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，其制备方法如下：
(1)原料干燥：将分子量为21700的聚乳酸和马来酸酐接枝热塑性弹性体分别在烘箱中70℃干燥24小时，使水分重量含量少于0.01％；
(2)熔融共混挤出：将所得聚乳酸和马来酸接枝热塑性弹性体按100:0的比例混合后晃动进行简单的物理混合，使其充分混合，混合后以300g/min的速度高速喂料，经双螺杆挤出机以螺杆转速400转/min的速度熔融挤出，同时在400转/min的速度下牵引，并在20℃以下的冷却水中快速冷却固化，最后将挤出的料条在冷水中充分冷却后送至切粒机切粒；熔融共混挤出时，双螺杆挤出机从机头到机筒的十段的温度设置分别为190℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、190℃、175℃、180℃和185℃。
(3)注塑成型：将粒料放入烘箱中70℃烘干24小时，使水分含量少于0.01％，将干燥后的粒料采用高压高剪切流动场的注塑成型设备，使共混成分更加充分均匀分散，制得高韧性的复合材料；注塑成型阶段，高压为85MPa，保压时间为45s，注塑机的机筒第一段到第五段和射嘴温度分别设定为185℃、180℃、175℃、170℃、0℃和190℃；加热周期为6s。

Claims (9)

1.一种高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，其特征在于：所述复合材料由聚乳酸和马来酸接枝热塑性弹性体制备而成，其制备方法包括如下步骤：
（1）原料干燥：将聚乳酸和马来酸酐接枝热塑性弹性体分别烘干；
（2）熔融共混挤出：将所得聚乳酸和马来酸接枝热塑性弹性体按比例混合后晃动进行简单的物理混合，使其充分混合，混合后高速喂料，经双螺杆挤出机中熔融挤出，同时采用高牵引速率和快速冷却固化，最后将挤出的料条在冷水中充分冷却后送至切粒机切粒；
（3）注塑成型：将粒料烘干，将干燥后的粒料采用高压高剪切流动场的注塑成型设备，使共混成分更加充分均匀分散，制得高韧性的复合材料。
2.根据权利要求1所述的高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
（1）原料干燥：将聚乳酸和马来酸酐接枝热塑性弹性体分别在烘箱中70°C干燥24小时，使水分重量含量少于0.01%；
（2）熔融共混挤出：将所得聚乳酸和马来酸接枝热塑性弹性体按比例混合后晃动进行简单的物理混合，使其充分混合，混合后高速喂料，经双螺杆挤出机中熔融挤出，同时采用高牵引速率和快速冷却固化，最后将挤出的料条在冷水中充分冷却后送至切粒机切粒；
（3）注塑成型：将粒料放入烘箱中70°C烘干24小时，使水分含量少于0.01%，将干燥后的粒料采用高压高剪切流动场的注塑成型设备，使共混成分更加充分均匀分散，制得高韧性的复合材料。
3.根据权利要求1或2所述的高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，其特征在于：所述聚乳酸的分子量为21700。
4.根据权利要求1或2所述的高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，其特征在于：所述马来酸酐接枝热塑性弹性体占总质量的0-20%。
5.根据权利要求1或2所述的高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，其特征在于：所述马来酸酐接枝热塑性弹性体占总质量的15%。
6.根据权利要求1或2所述的高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，其特征在于：所述熔融共混挤出时，双螺杆挤出机从机头到机筒的十段的温度设置分别为190°C、150°C、155°C、160°C、165°C、170°C、190°C、175°C、180°C和185°C。
7.根据权利要求1或2所述的高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，其特征在于：所述熔融共混挤出时，螺杆转速200-400转/min，喂料速度为200-300g/min，牵引拉伸速度为200-400转/min，冷水温度低于20°C。
8.根据权利要求1或2所述的高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，其特征在于：所述注塑成型阶段，高压为65-85MPa，保压时间为45s。
9.根据权利要求1或2所述的高韧性聚乳酸原位马来酸酐接枝热塑性弹性体复合材料，其特征在于：所述注塑成型阶段，注塑机的机筒第一段到第五段和射嘴温度分别设定为185°C、180°C、175°C、170°C、0°C和190°C；加热周期为6s。
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