CN109627715A - 一种抗冲击耐热抗菌聚乳酸组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗冲击耐热抗菌的聚乳酸组合物及其制备方法，该聚乳酸组合物材料采用PLA树脂为基本材料，通过添加抗冲击树脂、耐热填料、抗菌剂、偶联剂、润滑剂、光稳定剂和抗氧剂，经双螺杆挤出机熔融共混，制得一种抗冲击耐热抗菌的聚乳酸组合物材料。该PLA组合物材料不仅具有抗冲击、耐热、抗菌和耐光老化的特点，而且易于挤出和注塑成型，并基本保持了其可生物降解的特性。

Description

一种抗冲击耐热抗菌聚乳酸组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚乳酸组合物的制备方法，尤其涉及一种抗冲击耐热抗菌的聚乳酸组合物及其制备方法，属于高分子材料改性领域。
背景技术
随着人类环境保护意识的不断增强，高分子材料的“白色污染”问题受到越来越大的挑战。聚乳酸(PLA)是采用可再生的植物资源 (如玉米、木薯等)所提炼的淀粉原料而制成，是一种新型的生物基可降解材料，其原料来源丰富且可再生，生产过程无污染，产品可在自然界中生物降解，不污染环境，是符合可持续发展的绿色环境友好型高分子材料，其应用价值受到愈加广泛的关注。但截至目前，PLA 材料仍面临脆性大、耐热差、易生菌、耐光差等技术问题，其应用性受到很大的限制。
发明内容
本发明目的是为了解决现有的技术问题，提供一种抗冲击耐热抗菌聚乳酸组合物的制备方法。本技术发明制备的聚乳酸材料，不仅具有抗冲击、耐热、抗菌和耐光老化的特点，而且易于挤出和注塑加工，并基本保持了可生物降解的特性。
本发明一种抗冲击耐热抗菌聚乳酸组合物，其特征是：制备方法如下，以下物质均以重量份数表示：将100份PLA、0～50份抗冲击树脂、0～50份耐热填料、0～10份抗菌剂、0.1～10份偶联剂、0.1～5份润滑剂、0.2～2份光稳定剂、0.5～2份抗氧剂，依次加入高速混合机，混合均匀后，转入双螺杆挤出机，在150～200℃下熔融挤出造粒，制得一种抗冲击耐热抗菌聚乳酸组合物材料。
本发明所采用的PLA为透明的聚乳酸颗粒，其熔点为140～180 ℃，熔融指数为2.0～20.0g/10min(190℃/2.16KG)，拉伸强度≥ 50MPa，热变形温度(HDT)为55～60℃，IZOD缺口冲击强度为1～3 KJ/m2，其分子结构如下式所示：
本发明所采用的抗冲击树脂为热塑性的聚酯材料，如PC、PET、 PBT、PCL、TPU或TPEE等。优选的聚酯材料为加工温度与PLA相似的热塑性聚酯弹性体TPU或TPEE，其邵氏硬度为70A～90A，熔融挤出温度为150～200℃。
本发明所采用的耐热填料为玻璃纤维和层状硅酸盐的二元组合物。其中，玻纤的直径为13±1.3μm，长度为12±1.0mm；层状硅酸盐是经过有机化改性的蒙脱石、滑石、白云母或蛭石等。优选的层状硅酸盐，为采用烷基季铵盐有机改性的钠基蒙脱石，其颗粒尺寸≥300 目，外观呈米白色粉体，叠层厚度≤25nm，X射线衍射特征X-ray d001 ≥2.8nm。
本发明所采用的抗菌剂为耐热性较好的无机抗菌剂，如纳米银、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、氧化铜、碳酸锂等。优选的无机抗菌剂为白色粉末状的纳米二氧化钛和银离子交换体复合物，其粒径为 30nm，银含量为2.0±0.2％。
本发明所采用的偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。优选的偶联剂为氨基硅烷偶联剂，如3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷等。
本发明所采用的润滑剂为有机聚硅氧烷，如硅油、硅酮粉或硅酮母粒等。优选的有机硅润滑剂为二甲基硅油，如广州硅碳新材料有限公司生产的改性二甲基硅油SIC-6400、SIC-6410、SIC-6415、 SIC-6436。
本发明所采用的光稳定剂为770、783、944、UV326、UV329等。优选的光稳定剂为德国巴斯夫公司生产的770和UV326的二元组合物。
本发明所采用的抗氧剂为抗氧剂1010、168、1098、1076。优选的抗氧剂为1010，其分子量为1177.6，密度为1.15g/cm3(25℃)，熔点为110-125℃。
本发明所采用的双螺杆挤出机为长径比中等的挤出机，其长径比 (L/D)为44：1～52：1。优选的挤出机的L/D为44：1。
本发明一种抗冲击耐热抗菌聚乳酸组合物及其制备方法，其所采用的原材料配方与加工工艺具有以下特点：
本发明所采用的主要基材为PLA，添加少量的TPU或TPEE，其加工温度与PLA相似，并且相容性好，通过熔融共混后可以有效增加 PLA材料的韧性，适度降低其硬度，并基本保持其原有的强度和生物可降解性，达到材料的硬度、强度、韧性和易加工性的平衡。通过添加玻璃纤维和层状的蒙脱石，进一步提高PLA材料的耐热性；通过添加纳米二氧化钛和银离子交换体复合物，提高PLA材料的抗菌性；通过添加光稳定剂770和UV326，提高PLA材料的耐光老化性能。
本发明采用长径比中等大小(L/D＝44：1)的双螺杆挤出机，既保证了物料的充分均匀混合，同时避免了对材料的过度剪切。
本技术发明采用热塑性聚酯弹性体TPU或TPEE为抗冲击树脂，其加工温度与PLA相似，并且具有很好的相容性，熔融共混后可以有效改进PLA材料的脆性，适度降低其硬度，并基本保持其原有的强度和生物可降解性，达到材料的硬度、强度、韧性和易加工性的平衡。
本技术发明采用玻璃纤维和层状硅酸盐的二元组合物为耐热填料，通过PLA和有机改性蒙脱石形成纳米插层结构，玻璃纤维无规地分散于树脂基材中。层状硅酸盐、基体树脂和玻璃纤维，三种材料的内部形成类似于“砖-土-钢”的微观结构，可以有效改进材料的耐热性。
具体实施方式
本发明通过下面具体实施例对本发明技术方案进行更加详细的说明，但本发明不局限于以下提出的具体实施例。
本发明中以下实施例和比较例所用原材料牌号、物性列于表1：
表1
以下实施例和比较例中，材料的硬度，采用邵氏硬度计进行测试，单位为邵氏D。材料的熔融指数，采用熔融指数测定仪，在190℃ /2.16kg条件下进行测试，其单位为g/10min。材料的拉伸性能按照 GB1040-79试验方法，在电子拉力机上进行测试，拉伸速度为10mm/min。其IZOD缺口冲击强度根据GB/T1843-2008标准，在23± 2℃下进行测试，单位为KJ/m2。材料的热变形温度(HDT)按照GB T1633-2000标准，在0.45MPa压力下进行测试，其单位为℃。材料的光老化实验分别采用氙灯和紫外灯的形式，氙灯老化根据GB/T 16422.2进行测试，波长范围300-800nm，紫外灯老化根据GB/T 16422.3进行测试，波长范围280-400nm，主要观察材料表面是否有黄变现象。材料的抗菌性根据QB/T 2591-2003进行测试，抗细菌性能以抗细菌百分率来衡量，评价结果可以有Ⅰ级(抗菌率≥99％)，为强抗细菌性，Ⅱ级(抗菌率≥90％)，为抗细菌性。
本发明实施例1～3和比较例4～7的配方及组成见表2：
表2
本发明上述实施例1～3和比较例4～7的测试结果与性能指标列在表 3中：
表3
实施例1～3：采用PLA为基材，通过添加少量TPU或TPEE为抗冲击树脂，添加玻璃纤维和有机蒙脱石为耐热填料，添加纳米二氧化钛和银离子交换体复合物为抗菌剂，添加770和UV326为光稳定剂，其它各组分详见表2的实施例数据。由表3中的实施例1～3的测试结果可以发现，所制备的聚乳酸组合物材料，其IZOD缺口冲击强度、热变形温度都明显改善，抗细菌性可达Ⅰ级，氙灯/紫外灯老化无黄变现象，具有抗冲击、耐热、抗菌和耐光老化的特点。
比较例4～7：对比实施例1～3，未添加抗冲击树脂的比较例4，其IZOD缺口冲击强度仅为1.5KJ/m2，脆性很大。对比实施例1，仅添加玻纤，未添加蒙脱石的比较例5，其热变形温度提高幅度较小，由58℃提高到62℃，抗菌性为Ⅱ级。对比实施例2，未添加抗菌剂纳米二氧化钛和银离子交换体复合物的比较例6，其抗菌率仅为23％，抗细菌性级别远小于Ⅱ级，判定为无。对比实施例3，未添加光稳定剂770和UV326的比较例7，其氙灯或紫外灯老化后，材料出现明显的黄变现象。
以上实施例表明，本发明制备的聚乳酸材料，不仅具有抗冲击、耐热、抗菌和耐光老化的特点，而且易于挤出和注塑加工，并基本保持了聚乳酸可生物降解的特性。
以上公开的是本发明的几个具体的实施例，但本申请不仅局限于此，任何在此基础上，对其中配方和工艺的局部变动，都应在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗冲击耐热抗菌聚乳酸组合物，其特征是：制备方法如下，以下物质的添加量，以重量份数表示：
将100份的聚乳酸、0～50份抗冲击树脂、0～50份的耐热填料、0～10份抗菌剂、0.1～10份偶联剂、0.1～5份润滑剂、0.2～2份光稳定剂、0.5～2份抗氧剂，依次加入高速混合机，混合均匀后，转入双螺杆挤出机，在150～200℃下熔融挤出造粒，制得产品。
2. 根据权利要求1所述的一种抗冲击耐热抗菌聚乳酸组合物，其特征是：所采用的PLA为透明的聚乳酸颗粒，其熔点为140～180℃，熔融指数为2.0～20.0g/10min（190℃/2.16KG)，拉伸强度≥50MPa，热变形温度为55～60℃，IZOD缺口冲击强度为1～3 KJ/m2。
3.根据权利要求1所述的一种抗冲击耐热抗菌聚乳酸组合物，其特征是：所采用的抗冲击树脂为PC、PET、PBT、PCL、TPU或TPEE。
4.根据权利要求1所述的一种抗冲击耐热抗菌聚乳酸组合物，其特征是：所采用的耐热填料为玻璃纤维和层状硅酸盐的二元组合物；其中，玻纤的直径为13±1.3µm，长度为12±1.0mm；层状硅酸盐是经过有机化改性的蒙脱石、滑石、白云母或蛭石。
5.根据权利要求1所述的一种抗冲击耐热抗菌聚乳酸组合物，其特征是：所采用的抗菌剂为纳米银、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、氧化铜或碳酸锂。
6.根据权利要求1所述的一种抗冲击耐热抗菌聚乳酸组合物，其特征是：所采用的偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
7.根据权利要求1所述的一种抗冲击耐热抗菌聚乳酸组合物，其特征是：所采用的润滑剂为硅油、硅酮粉或硅酮母粒。
8. 根据权利要求1所述的一种抗冲击耐热抗菌聚乳酸组合物，其特征是：所采用的光稳定剂为770、783、944、UV326huo UV329；所采用的抗氧剂为抗氧剂1010、168、1098、1076。
9.根据权利要求1所述的一种抗冲击耐热抗菌聚乳酸组合物，其特征是：所采用的双螺杆挤出机为长径比中等的挤出机，其长径比为44：1～52：1。
10.一种权利要求1所述的一种抗冲击耐热抗菌聚乳酸组合物的制备方法，其特征是：将100份的聚乳酸、0～50份抗冲击树脂、0～50份的耐热填料、0～10份抗菌剂、0.1～10份偶联剂、0.1～5份润滑剂、0.2～2份光稳定剂、0.5～2份抗氧剂，依次加入高速混合机，混合均匀后，转入双螺杆挤出机，在150～200℃下熔融挤出造粒，制得产品。
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