CN109535677A - 聚乳酸复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种聚乳酸复合材料及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：将淀粉、丙交酯和生物质炭磺酸混合，得到前驱体；将前驱体反应挤出，得到改性淀粉；将改性淀粉与聚乳酸混合，熔融挤出，得到聚乳酸复合材料。上述聚乳酸复合材料的制备方法，催化剂生物质炭磺酸无毒高效，更加环保，且工艺过程简单，采用反应挤出法将丙交酯接枝到淀粉上，生产效率大幅提高，设备投入大幅下降，生产流程大大缩短。

Description

聚乳酸复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及可生物降解材料技术领域，特别是涉及一种聚乳酸复合材料及其制备方法。
背景技术
聚乳酸是一种具有很好机械性能的可生物降解塑料，用途广泛，但由于价格高昂而应用受限，于是降低聚乳酸成本的研究应运而生，其中将淀粉与聚乳酸复合制备淀粉/聚乳酸复合材料便是其中有效的途径之一。目前淀粉/聚乳酸复合材料的制备方法很多，可以概括为物理共混法和化学改性法。物理方法获得的淀粉/聚乳酸复合材料虽然成本降下来了，但由于淀粉与聚乳酸的相容性不佳而力学性能下降；化学方法获得的淀粉/聚乳酸复合材料因淀粉与聚乳酸的相容性得到改善而力学性能得到提高，但设备投入费用较高。
发明内容
基于此，有必要提供一种工艺简单、设备投入费用低的聚乳酸复合材料的制备方法，具体方案如下：
一种聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将淀粉、丙交酯和生物质炭磺酸混合，得到前驱体；
将所述前驱体经反应挤出，得到改性淀粉；
将所述改性淀粉与聚乳酸混合，熔融挤出，得到聚乳酸复合材料。
上述聚乳酸复合材料的制备方法，以生物质碳磺酸为催化剂，采用反应挤出法，将丙交酯接枝到淀粉上，得到与聚乳酸有很好相容性的改性淀粉，再将该改性淀粉和聚乳酸熔融挤出，得到聚乳酸复合材料，上述过程工艺简单，无需复杂昂贵的设备即可实现，设备投入费用低。
在其中一个实施例中，所述淀粉和丙交酯的质量比为1:(0.3～0.5)。
在其中一个实施例中，所述生物质炭磺酸的质量为所述淀粉和丙交酯总质量的0.2％～0.5％。
在其中一个实施例中，所述改性淀粉与所述聚乳酸的质量比为(0～0.5):1，且所述改性淀粉的质量不为0。
在其中一个实施例中，在所述反应挤出过程中，所述反应挤出的温度按物料前进方向依次为：80℃～90℃、90℃～100℃、100℃～120℃、120℃～130℃、120℃～130℃、100℃～110℃。
在其中一个实施例中，在所述反应挤出的步骤中，螺杆转速为5rpm～20rpm。
在其中一个实施例中，在所述熔融挤出过程中，所述熔融挤出的温度按物料前进方向依次为：115℃～125℃、135℃～145℃、155℃～165℃、165℃～175℃、165℃～175℃、170℃～180℃。
在其中一个实施例中，在所述熔融挤出的步骤中，螺杆转速为50rpm～150rpm。
本申请还提供一种聚乳酸复合材料，具体方案如下：
一种上述任一项所述的聚乳酸复合材料的制备方法制得的聚乳酸复合材料。
上述聚乳酸复合材料，以生物质碳磺酸为催化剂，采用反应挤出法，将丙交酯接枝到淀粉上，得到与聚乳酸有很好相容性的改性淀粉，再将该改性淀粉和聚乳酸混合，熔融挤出，得到聚乳酸复合材料，不仅降低了成本，而且制品具有较好的力学性能。
附图说明
图1为一实施方式的聚乳酸复合材料的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，一实施方式的聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤S110～S130：
S110、将淀粉、丙交酯和生物质炭磺酸混合，得到前驱体。
进一步的，淀粉和丙交酯的质量比为1:(0.3～0.5)。
进一步的，生物质炭磺酸的质量为淀粉和丙交酯总质量的0.2％～0.5％。
S120、将上述前驱体反应挤出，得到改性淀粉。
在本实施方式中，上述反应挤出在双螺杆挤出机中进行。
进一步的，上述反应挤出的温度按物料前进方向依次为：80℃～90℃、90℃～100℃、100℃～120℃、120℃～130℃、120℃～130℃、100℃～110℃。
进一步的，上述反应挤出的温度按物料前进方向依次为：85℃、95℃、110℃、120℃、120℃、105℃。
即，物料从双螺杆挤出机的加料段加入，从双螺杆挤出机的机头挤出，反应挤出温度从加料段至机头依次为：85℃、95℃、110℃、120℃、120℃、105℃。
进一步的，反应挤出过程中，螺杆的转速为5rpm～20rpm。
进一步的，步骤S120的反应式如下：
可以理解，淀粉和丙交酯在催化剂生物质炭磺酸的作用下反应，将丙交酯接枝到淀粉上，得到改性淀粉，从而提高与聚乳酸的相容性。
S130、将上述改性淀粉与聚乳酸混合，熔融挤出，得到聚乳酸复合材料。
进一步的，改性淀粉与聚乳酸的质量比为(0～0.5):1，且改性淀粉的质量不为0。
在本实施方式中，熔融挤出在双螺杆挤出机中进行。
进一步的，熔融挤出的温度按物料前进方向依次为：115℃～125℃、135℃～145℃、155℃～165℃、165℃～175℃、165℃～175℃、170℃～180℃。
进一步的，熔融挤出的温度按物料前进方向依次为：120℃、140℃、160℃、170℃、170℃、175℃。
即，物料从双螺杆挤出机的加料段加入，从双螺杆挤出机的机头挤出，熔融挤出温度从加料段至机头依次为：120℃、140℃、160℃、170℃、170℃、175℃。
进一步的，熔融挤出过程中，螺杆的转速为50rpm～150rpm。
进一步的，在将上述改性淀粉与聚乳酸混合，熔融挤出之后，还包括造粒的步骤，以得到粒度分布均匀的聚乳酸复合材料。
上述聚乳酸复合材料的制备方法，催化剂生物质炭磺酸无毒高效，更加环保，且工艺过程简单，采用反应挤出法将丙交酯接枝到淀粉上，生产效率大幅提高，设备投入大幅下降，生产流程大大缩短。
以下为具体施例。
实施例1
将1000g淀粉、500g丙交酯及3g生物质炭磺酸在高混机中混合均匀，得前驱体；将前驱体经双螺杆挤出机反应挤出(反应挤出温度从加料段至机头依次为：85℃、95℃、110℃、120℃、120℃、120℃、105℃，螺杆转速20rpm)，得改性淀粉；再将1500g改性淀粉与3000g聚乳酸在高混机中混合后，经双螺杆挤出机熔融挤出(挤出温度从加料段至机头依次为：120℃、140℃、160℃、170℃、170℃、175℃、170℃，螺杆转速150rpm)造粒得聚乳酸复合材料。
经检测，实施例1制备的聚乳酸复合材料，拉伸强度为39.8MPa，断裂伸长率为10.6％、冲击强度为10.8KJ/m3。
实施例2
将1000g淀粉、300g丙交酯及6.5g生物质炭磺酸在高混机中混合均匀，得前驱体；将前驱体经双螺杆挤出机反应挤出(反应挤出温度从加料段至机头依次为：85℃、95℃、110℃、120℃、120℃、120℃、105℃，螺杆转速5rpm)，得改性淀粉；再将1300g改性淀粉与13000g聚乳酸在高混机中混合后，经双螺杆挤出机熔融挤出(挤出温度从加料段至机头依次为：120℃、140℃、160℃、170℃、170℃、175℃、170℃，螺杆转速50rpm)造粒得聚乳酸复合材料。
经检测，实施例2制备的聚乳酸复合材料，拉伸强度为51.2MPa，断裂伸长率为8.8％，冲击强度为9.5KJ/m3。
实施例3
将1000g淀粉、400g丙交酯及4.2g生物质炭磺酸在高混机中混合均匀，得前驱体；将前驱体经双螺杆挤出机反应挤出(反应挤出温度从加料段至机头依次为：85℃、95℃、110℃、120℃、120℃、120℃、105℃，螺杆转速15rpm)，得改性淀粉；再将1400g改性淀粉与7000g聚乳酸(改性淀粉与聚乳酸的质量比为0:1-0.5:1)在高混机中混合后，经双螺杆挤出机熔融挤出(挤出温度从加料段至机头依次为：120℃、140℃、160℃、170℃、170℃、175℃、170℃，螺杆转速100rpm)造粒得聚乳酸复合材料。
经检测，实施例3制备的聚乳酸复合材料，拉伸强度为48.4MPa，断裂伸长率为12.3％，冲击强度为13.5KJ/m3。
对比例1
对比例1与实施例1基本相同，不同的是，对比例1中不添加生物质碳磺酸。
经检测，对比例1制备的复合材料，拉伸强度为29.6MPa，断裂伸长率为6.4％，冲击强度为3.8KJ/m3。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将淀粉、丙交酯和生物质炭磺酸混合，得到前驱体；
将所述前驱体经反应挤出，得到改性淀粉；
将所述改性淀粉与聚乳酸混合，熔融挤出，得到聚乳酸复合材料。
2.根据权利要求1所述的聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，所述淀粉和丙交酯的质量比为1:(0.3～0.5)。
3.根据权利要求1所述的聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，所述生物质炭磺酸的质量为所述淀粉和丙交酯总质量的0.2％～0.5％。
4.根据权利要求1所述的聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，所述改性淀粉与所述聚乳酸的质量比为(0～0.5):1，且所述改性淀粉的质量不为0。
5.根据权利要求1～4任一项所述的聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，在所述反应挤出过程中，所述反应挤出的温度按物料前进方向依次为：80℃～90℃、90℃～100℃、100℃～120℃、120℃～130℃、120℃～130℃、100℃～110℃。
6.根据权利要求5所述的聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，在所述反应挤出的步骤中，螺杆转速为5rpm～20rpm。
7.根据权利要求1～4任一项所述的聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，在所述熔融挤出过程中，所述熔融挤出的温度按物料前进方向依次为：115℃～125℃、135℃～145℃、155℃～165℃、165℃～175℃、165℃～175℃、170℃～180℃。
8.根据权利要求7所述的聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，在所述熔融挤出的步骤中，螺杆转速为50rpm～150rpm。
9.一种权利要求1～8任一项所述的聚乳酸复合材料的制备方法制得的聚乳酸复合材料。
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