CN108424627A - 一种耐热性聚乳酸制品及其制备方法 - Google Patents

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刘统宇
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Abstract

本发明公开了一种耐热性聚乳酸制品及其制备方法。本发明聚乳酸制品的原料组成为（以质量百分比计）：聚乳酸5~99.9%、生物质纤维0.0~90%、改性木质素0.1~3.0%和加工助剂0.0~3.0%；其制备方法包括以下步骤：把聚乳酸、生物质纤维、改性木质素和加工助剂混合均匀；经过双螺杆挤出机熔融挤出并造粒、烘干；通过成型设备制备制品；将制备的制品在水蒸气环境中放置一段时间后，再自然冷却，即得到耐热性聚乳酸制品。本发明工艺简单，易操作，高效益，制品原料来源广泛且可降解，成本低，可使得聚乳酸制品的耐热性能提高到100度以上。

Description

一种耐热性聚乳酸制品及其制备方法
技术领域
本发明具体涉及一种耐热性聚乳酸制品及其制备方法，属于高分子材料加工工艺领域。
技术背景
聚乳酸（PLA）是一种以甘蔗、玉米等可再生资源为原材料，经微生物发酵、炼制得到乳酸，通过乳酸缩聚得到的可生物降解的高分子材料，其降解的最终产物为水和二氧化碳。聚乳酸具有无色无味无毒、透明性好、良好的生物相容性、优异的力学性能等特点，被广泛应用于食品包装、医疗器械、电子领域等。
聚乳酸结晶能力较差、结晶速率慢、耐热性差，而实际规模生产过程中冷却降温速率快，聚乳酸几乎没有形成结晶，这极大地影响了聚乳酸制品的耐热性能，热变形温度（HDT）约为55℃，因此聚乳酸制品难以应用在耐热要求较高的领域。
为了提高聚乳酸的耐热性能，目前所采用的后处理方法主要为热空气退火。中国发明CN201010290969.9 提供了一种高强度高耐热聚乳酸复合材料及制备方法，通过添加无机/天然纤维增强聚乳酸提高其力学性能，选用有机改性天然矿物提高聚乳酸材料结晶速率、并进行热处理和辐照交联的方法提高聚乳酸复合材料耐热性。该方法所得材料的耐热性能优良，但所采用的原料种类多且复杂，热处理时间长，且处理工艺较为复杂。中国发明CN 201510670959.0公开了一种耐热聚乳酸复合材料及其制备方法，通过添加海藻纤维和聚乳酸成核剂提高材料的力学性能和耐热性,并在烘箱中热空气退火0.5~2小时，所采用的成核剂是酰胺或苯基磷酸盐中的一种或两种。该方法虽然改善了聚乳酸材料的耐热性，但是材料的热处理时间过长。
目前聚乳酸材料通过热空气处理的方法，虽能够提高一定程度的耐热性，但是处理时间较长，增加了制品的成型周期，从而限制了聚乳酸材料制品的规模化工业生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐热性聚乳酸制品及其制备方法，采用改性木质素提高聚乳酸结晶速率，以生物质纤维作为填充剂降低制品的成本，通过水蒸气环境处理制品，大幅提高聚乳酸制品的耐热性，且周期短，易于自动化规模生产。
本发明的技术方案是：
一种耐热性聚乳酸制品，其原料包括如下按质量百分比计的成分：聚乳酸5~99.9%、生物质纤维0.0~90%、改性木质素0.1~3.0%和加工助剂0.0~3.0%。
上述的耐热性聚乳酸制品的制备方法，包括以下步骤：
（1）按配比计量聚乳酸、生物质纤维、改性木质素以及加工助剂，混合均匀，按质量百分比计的具体配比为：聚乳酸5~99.9%、生物质纤维0.0%~90%、改性木质素0.1~3.0%和加工助剂0.0~3.0%；
（2）将步骤（1）所得混合物经过双螺杆挤出机熔融挤出，造粒，并干燥；
（3）将步骤（2）所得干燥后的材料通过成型设备加工成型制品；
（4）将步骤（3）所得成型后的制品放入100~120℃的水蒸气环境中1~120秒；
（5）将步骤（4）所得制品，取出自然冷却到室温，得到耐热性聚乳酸制品。
进一步地，生物质纤维为甲壳素纤维、秸秆纤维、稻秆纤维、棉花纤维、木纤维和竹纤维中的一种或两种以上。
进一步地，改性木质素为酸类或酸酐类改性后的木质素。
进一步地，加工助剂为抗氧化剂、润滑剂、偶联剂和着色剂中的一种或两种以上（值得说明的是，此处采用常规的相应助剂即可，能够起到相应的辅助作用即可，不需要做具体要求，因此不需要进行具体限定）。
进一步地，步骤（2）中，双螺杆挤出机各区温度为140~240℃，干燥温度为50~65℃，干燥时间为4~6小时。
进一步地，成型设备为注射成型机、压延成型机、中空成型机、真空成型机、挤出成型机或压制成型机中的一种或两种以上。
本发明的有益效果在于：
本发明的聚乳酸制品耐热性能良好，耐热温度能够达到100度以上，采用的生物质纤维和改性木质素为可再生、可降解的环境友好型材料，来源广泛且廉价，从而显著的降低了生产成本，且制备工艺简单，对设备要求低，易于实现工业化自动生产。此外，本发明在水蒸气环境中处理制品，相比热空气环境处理，传热速度较快，大幅缩短热处理时间，并可提高制品的卫生性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进做进一步的说明。
实施例1
称取聚乳酸935g、生物质纤维50g和改性木质素10g，加工助剂5g放入混合机中充分混合，然后经过双螺杆挤出机熔融挤出，造粒，将粒料放入65℃干燥箱干燥4小时，后通过注塑机注塑成型，将成型后的样品放入103℃水蒸气中，放置45秒，取出自然冷却，所得制品的耐热温度达到100℃。
实施例2
称取聚乳酸985g、生物质纤维0g和改性木质素10g放入混合机中充分混合，然后经过双螺杆挤出机熔融挤出，造粒，将粒料放入65℃干燥箱干燥4小时，后通过注塑机注塑成型，将成型后的样品放入110℃水蒸气中，放置60秒，取出自然冷却，所得制品的耐热达到100℃。
实施例3
称取聚乳酸875g、生物质纤维100g和改性木质素20g，加工助剂5g放入混合机中充分混合，然后经过双螺杆挤出机熔融挤出，造粒，将粒料放入65℃干燥箱干燥4小时，后通过挤出机挤出成型，将成型后的样品放入110℃水蒸气中，放置80秒，取出自然冷却，所得制品的耐热温度达到110℃。
实施例4
称取聚乳酸935g、生物质纤维50g和改性木质素10g，加工助剂5g放入混合机中充分混合，然后经过双螺杆挤出机熔融挤出，造粒，将粒料放入65℃干燥箱干燥4小时，后通过中空机成型，将成型后的样品放入103℃水蒸气中，放置50秒，取出自然冷却，所得制品的耐热温度达到100℃。
实施例5
称取聚乳酸835g、生物质纤维150g和改性木质素10g，加工助剂5g放入混合机中充分混合，然后经过双螺杆挤出机熔融挤出，造粒，将粒料放入65℃干燥箱干燥4小时，后通过压制机压制成型，将成型后的样品放入103℃水蒸气中，放置60秒，取出自然冷却，所得制品的耐热温度达到105℃。
实施例6
称取聚乳酸785g、生物质纤维200g和改性木质素10g，加工助剂5g放入混合机中充分混合，然后经过双螺杆挤出机熔融挤出，造粒，将粒料放入65℃干燥箱干燥4小时，后通过注塑机注塑成型，将成型后的样品放入103℃水蒸气中，放置80秒，取出自然冷却，所得制品的耐热温度达到115℃。

Claims (7)

1.一种耐热性聚乳酸制品，其特征在于，原料包括如下按质量百分比计的成分：聚乳酸5~99.9%、生物质纤维0.0~90%、改性木质素0.1~3.0%和加工助剂0.0~3.0%。
2.权利要求1所述的耐热性聚乳酸制品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按配比计量聚乳酸、生物质纤维、改性木质素以及加工助剂，混合均匀，按质量百分比计的具体配比为：聚乳酸5~99.9%、生物质纤维0.0%~90%、改性木质素0.1~3.0%和加工助剂0.0~3.0%；
（2）将步骤（1）所得混合物经过双螺杆挤出机熔融挤出，造粒，并干燥；
（3）将步骤（2）所得干燥后的材料通过成型设备加工成型制品；
（4）将步骤（3）所得成型后的制品放入100~120℃的水蒸气环境中1~120秒；
（5）将步骤（4）所得制品，取出自然冷却到室温，得到耐热性聚乳酸制品。
3.根据权利要求2所述的耐热性聚乳酸制品的制备方法，其特征在于，生物质纤维为甲壳素纤维、秸秆纤维、稻秆纤维、棉花纤维、木纤维和竹纤维中的一种或两种以上。
4.根据权利要求2所述的耐热性聚乳酸制品的制备方法，其特征在于，改性木质素为酸类或酸酐类改性后的木质素。
5.根据权利要求2所述的耐热性聚乳酸制品的制备方法，其特征在于，加工助剂为抗氧化剂、润滑剂、偶联剂和着色剂中的一种或两种以上。
6.根据权利要求2所述的耐热性聚乳酸制品的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，双螺杆挤出机各区温度为140~240℃，干燥温度为50~65℃，干燥时间为4~6小时。
7.根据权利要求2所述的耐热性聚乳酸制品的制备方法，其特征在于，成型设备为注射成型机、压延成型机、中空成型机、真空成型机、挤出成型机或压制成型机中的一种或两种以上。
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