CN107841102A - 一种生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂及其制备方法 - Google Patents

一种生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂及其制备方法。本发明聚乳酸改性树脂包含如下按质量百分比计的原料：30‑90%的聚乳酸，5‑65%的热塑性淀粉，3‑40%的可完全生物降解植物纤维，1‑10%的助剂；其中，助剂为润滑剂，偶联剂和抗氧剂。将各原料先进行干燥，再按所述比例加入高混机共混5‑30分钟，所得混合物加入到双螺杆挤出机中塑化挤出造粒即得到生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂。本发明聚乳酸改性树脂的制备方法设备要求及工艺流程简单，成本低，易实现规模化生产，经济高效；通过将热塑性淀粉与可完全生物降解植物纤维添加进入聚乳酸基体中，保证了制品兼具较好的耐热性及冲击性能。

Description

一种生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂及其制备方法
技术领域
本发明属于生物可降解高分子材料共混及高分子成型加工领域，具体涉及一种生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂及其制备方法。
背景技术
聚乳酸是一种来自于可再生资源的一类脂肪族聚酯，具有良好的生物相容性和生物降解性。在自然环境中由于水解或通过微生物降解，聚乳酸最终可分解为二氧化碳和水。随着人们环保意识的提高和传统石油基高聚物价格的不断攀升，聚乳酸受到越来越广泛的关注，其应用领域也不断拓宽，由生物医疗应用到包装、纤维再到电子产品、汽车领域，有望成为21世纪最重要的材料之一。作为一种资源可再生材料，聚乳酸是近年来研究最多、发展最快的一种生物材料，但实际应用中还存在很多性能上的缺陷。随着基础研究和应用研究的深入，开发了很多以聚乳酸为主体的各种改性复合材料，不再单一像以往那样特别强调聚乳酸的可降解性能，更多突出聚乳酸作为一种材料，是一类具有功能性的塑料材料，在耐用材料领域可以实现出聚乳酸低碳、资源可再生、节约石油资源等其他性能特点，使聚乳酸材料在应用方面回归于合理，实际应用也随之迅速扩大。
完全可生物降解植物纤维同样是一种具有优异耐热性、刚性和成型加工性的天然材料。淀粉是一种天然高分子材料，具有来源广、价格便宜、可生物降解等优点，被视为可降解材料领域最具有潜力的研究对象之一。然而淀粉分子链中带有大量羟基，使其分子间与分子内有大量氢键形成，这使得淀粉加工性能不理想，往往需要采用分子改性的方式使其具有一定塑性。本发明专利中，以聚乳酸为基体树脂材料，将具有柔韧性的可完全生物降解植物纤维作为增强增韧组分，并添加热塑性淀粉提高树脂的热分解温度，加入抗氧剂、偶联剂、润滑剂等多种助剂，最终实现对聚乳酸材料的同时耐热及增韧改性。与传统的石油基高分子材料相比，通过上述方法获得的改性聚乳酸材料适合于大规模生产各类环境友好的生物可降解塑料制品。本发明的改性及成型方法不仅降低了生产成本，工艺简单环保，同时还提高了制品的综合性能，如耐热性、耐久性及抗冲击性等，是一类高性能、低成本、可完全生物降解的新型聚乳酸改性材料。
发明内容
为解决上述现有技术的缺陷与不足，本发明的目的在于提供一种生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂，包含如下按质量百分比计的原料：30-90%的聚乳酸，5-65%的热塑性淀粉，3-40%的可完全生物降解植物纤维，1-10%的助剂；其中，助剂为润滑剂，偶联剂和抗氧剂。
所述的聚乳酸为聚DL-乳酸或聚L-乳酸，其粘均分子量为2-30万。
所述的热塑性淀粉通过包含如下步骤的方法制得：将淀粉和丙三醇按质量比15:1放入搅拌机中，于120℃下捏合10分钟，将其取出冷却后进行粉碎，最终得到热塑性淀粉。
所述的可完全生物降解植物纤维为苎麻纤维，木粉等。
所述的润滑剂为硬脂酸或液体石蜡；润滑剂的用量为聚乳酸，热塑性淀粉和可完全生物降解植物纤维总质量的0.4-5%。
所述的偶联剂为甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷；偶联剂的用量为聚乳酸，热塑性淀粉，可完全生物降解植物纤维总质量的0.4-5%。
所述的抗氧化剂为抗氧剂1010；抗氧剂的用量为聚乳酸，热塑性淀粉和可完全生物降解植物纤维总质量的0.2-3%。
上述生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂及其制备方法，其特征在于包括如下步骤：将各原料先进行干燥，再按所述比例加入高混机共混5-30分钟，所得混合物加入到双螺杆挤出机中塑化挤出造粒即得到生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂。
所述干燥为在50-100℃下干燥6-24小时；
所述的高速混合机中共混的速度为800r/min；
在双螺杆挤出机中塑化挤出造粒的条件为：温度为140-200℃，进料螺杆速度为10-30rpm，主螺杆转速为130-180rpm。
同现有技术相比，本发明的优点及效果体现在：
本发明添加的热塑性淀粉及植物纤维，都具有良好的加工性能以及可完全生物降解，保持了聚乳酸制品节能环保的优势；
如果只添加热塑性淀粉，聚乳酸制品的耐热温度很难提高到85℃以上，且力学性能有所下降。可完全生物降解植物纤维具有不错的延展性﹑断裂伸长率及力学强度，将热塑性淀粉与可完全生物降解植物纤维同时添加进入聚乳酸基体中,保证了制品同时兼具较好的耐热性及冲击性能,协同效果非常理想；
热塑性淀粉与可完全生物降解植物纤维的添加,有效降低了聚乳酸制品的生产成本。此外,釆用本发明涉及的制备方法,其设备要求及工艺流程简单,成本低,易实现规模化生产,经济高效,便于实际推广应用。
聚乳酸制品主要有两个缺陷：耐热性不好,韧性差。本发明同时解决了两个同题,还同时降低成本,并保持了生物可降解性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明方案做进一步详细描述,有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明作进一步的说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,该领域技术人员根据上述本发明内容对本发明作出的非本质的改进和调整属于本发明的保护范围。
实施例1
一种生物可降解增切耐热型聚乳酸改性树脂,其包含如下技质量百分比计的原料：70%的聚 DL一乳酸(粘均分子量10万) , 15%的热塑性淀粉, 10%的苎麻纤维, 2%的硬脂酸, 2%的γ一缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和1%的抗氧剂1010。
将各原料先在80℃下干燥12小时,然后技上述质量百分比加入到高速混合机800r/min共混20分钟,所得混合料加入双螺杆挤出机在温度170℃、进料螺杆速度为20rpm、主螺杆转速为 150rpm 的条件下塑化挤出造粒即得到生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂。
本实施例得到的生物可降解增切耐热型聚乳酸改性树脂耐热温度为91℃,拉伸断裂强度和拉伸模量分别高达81MPa、2871MPa。
实施例2
一种生物可降解增切耐热型聚乳酸改性树脂,其包含如下技质量百分比计的原料:70%的聚 DL一乳酸(粘均分子量30万)，15%的热塑性淀粉, 10%的苎麻纤维, 2%的硬脂酸,2%的γ一缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和1%的抗氧剂1010。
将各原料先在80℃下干燥12小时,然后技上述质量百分比加入到高速混合机800r/min共混20分钟,所得混合料加入双螺杆挤出机在温度170℃、进料螺杆速度为20rpm、主螺杆转速为 150rpm 的条件下塑化挤出造粒即得到生物可降解增切耐热型聚乳酸改性树脂 。
本实施例得到的生物可降解增切耐热型聚乳酸改性树脂耐热温度为95℃,拉伸断裂强度和拉伸模量分别高达85MPa、2893MPa 。
实施例3
一种生物可降解增切耐热型聚乳酸改性树脂,其包含如下技质量百分比计的原料:70%的聚 DL一乳酸(粘均分子量2万) , 15%的热塑性淀粉, 10%的苎麻纤维, 2%的硬脂酸, 2%的γ一缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和1 %的抗氧剂1010。
将各原料先在80℃下干燥12小时,然后将上述质量百分比加入到高速混合机800r/min共混20分钟,所得混合料加入双螺杆挤出机在温度170℃、进料螺杆速度为20rpm、主螺杆转速为150rpm 的条件下塑化挤出造粒即得到生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂 。
本实施例得到的生物可降解增切耐热型聚乳酸改性树脂耐热温度为82℃,拉伸断裂强度和拉伸模量分别高达77MPa、2830MPa 。
实施例4
一种生物可降解增切耐热型聚乳酸改性树脂,其包含如下技质量百分比计的原料:70%的聚 L一乳酸(粘均分子量10万) , 15%的热塑性淀粉, 10%的苎麻纤维,2%的硬脂酸, 2%的γ一缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和1 %的抗氧剂1010。
将各原料先在80℃下干燥12小时,然后将上述质量百分比加入到高速混合机800r/min共混20分钟,所得混合料加入双螺杆挤出机在温度170℃、进料螺杆速度为20rpm、主螺杆转速为150rpm 的条件下塑化挤出造粒即得到生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂 。
本实施例得到的生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂耐热温度为105℃,拉伸断裂强度和拉伸模量分别高达91MPa、2977MPa 。
实施例5
一种生物可降解增切耐热型聚乳酸改性树脂,其包含如下质量百分比的原料:70%的聚DL一乳酸(粘均分子量10万) ,15%的热塑性淀粉,10%的苎麻纤维/木粉共混物(质量比1:1)2%硬脂酸,2%的γ一缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和1%的抗氧剂1010。
将各原料先在80℃下干燥12小时,然后将上述质量百分比加入到高速混合机800r/min共混20分钟,所得混合料加入双螺杆挤出机在温度170℃、进料螺杆速度为20rpm、主螺杆转速为150rpm 的条件下塑化挤出造粒即得到生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂 。
本实施例得到的生物可降解增切耐热型聚乳酸改性树脂耐热温度为100℃,拉伸断裂强度和拉伸模量分别高达87MPa、2897MPa 。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何不经过创造性劳动想到的变化或替换,都应通盖在本发明的保护范围之内 。 因此,本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂，其特征在于；包含如下按质量百分比计的原料：30-90%的聚乳酸，5-65%的热塑性淀粉，3-40%的可完全生物降解植物纤维，1-10%的助剂；其中，助剂为润滑剂，偶联剂和抗氧剂。
2.根据权利要求1所述生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂，其特征在于：所述的聚乳酸为聚DL-乳酸或聚L-乳酸，其粘均分子量为2-30万。
3.根据权利要求1所述生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂，其特征在于：所述的热塑性淀粉通过包含如下步骤的方法制得：将淀粉和丙三醇按质量比15:1放入搅拌机中，于120℃下捏合10分钟，将其取出冷却后进行粉碎，最终得到热塑性淀粉。
4.根据权利要求1所述生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂，其特征在于：所述的可完全生物降解植物纤维为苎麻纤维，木粉等。
5.根据权利要求1所述生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂，其特征在于：所属的润滑剂为硬脂酸或液体石蜡；润滑剂的用量为聚乳酸，热塑性淀粉和可完全生物降解植物纤维总质量的0.4-5%。
6.根据权利要求1所述生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂，其特征在于：所述的偶联剂为甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷；偶联剂的用量为聚乳酸，热塑性淀粉，可完全生物降解植物纤维总质量的0.4-5%。
7.根据权利要求1所述生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂，其特征在于：所述的抗氧化剂为抗氧剂1010；抗氧剂的用量为聚乳酸，热塑性淀粉和可完全生物降解植物纤维总质量的0.2-3%。
8.权利要求1-7任一项所述的生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂及其制备方法，其特征在于包括如下步骤：将各原料先进行干燥，再按所述比例加入高混机共混5-30分钟，所得混合物加入到双螺杆挤出机中塑化挤出造粒即得到生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂。
9.根据权利要求8所述的生物可降解增韧耐热型聚乳酸改性树脂的制备方法，其特征在于：
所述干燥为在50-100℃下干燥6-24小时；
所述的高速混合机中共混的速度为800r/min；
在双螺杆挤出机中塑化挤出造粒的条件为：温度为140-200℃，进料螺杆速度为10-30rpm，主螺杆转速为130-180rpm。
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