CN109825048A - 一种pla/pbat复合材料及其制备方法 - Google Patents

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本发明属于高分子材料的制备技术领域，具体涉及一种PLA/PBAT复合材料及其制备方法。该材料由PLA、PBAT、EGMA与OMMT复合而得。其中，OMMT与EGMA协同提升材料的强度和韧性。具体的，EGMA改善了两相界面粘合较差的问题，形成了PLA‑EGMA‑PBAT连续相，作用于连续相的外力会通过相界面传递给分散相；分散相颗粒受力后发生变形，又会通过界面将力传递给连续相，促进了应力传递效率的提升，进而提升材料韧性。OMMT与PLA或PBAT之间形成氢键，起到物理交联点的作用，进而提升材料强度。该制备方法利用了平衡式三螺杆动态挤出机的振动力场促进了EGMA与OMMT在PLA和PBAT熔体中良好的分散，方法简单，制成产品兼具PLA的高强度和PBAT的强韧性，在农业薄膜、包装产品、饮料瓶装及医疗等领域应用前景广阔。

Description

一种PLA/PBAT复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料的制备技术领域，具体涉及一种PLA/PBAT复合材料及其制备方法。
背景技术
由于石油资源的缩减以及由石油基塑料带来的巨大环境污染问题，使得全生物降解塑料得到大规模关注。聚乳酸(PLA)作为一种新型环保高分子材料，具有良好的生物相容性、可降解性、易加工性，同时具备高强度与模量等优点，而且具有相对其它可降解材料较低的价格，目前广泛被认为是最具有发展前景的可再生、绿色、环保材料之一，近二十年来获得广大研究者的关注。
尽管PLA具有高强度与模量等优点，PLA仍然具备许多缺点，如PLA具有韧性差、降解速度慢、疏水性强以及缺乏活性侧链基团等缺点。考虑到PLA这些缺点，共聚、合成以及聚合物共混等方式被用来改善PLA的缺点。由于聚合物共混具有易操作性以及较高的经济效益等优点，得到了很大的关注。
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)作为一种可完全降解的脂肪族芳香族共聚酯，具有较好的韧性与延展性以及较快的生物降解速率，因此PBAT可以作为PLA增韧改性的一个优良选择。近年来也有众多国内外研究者对PLA/PBAT复合体系进行研究，包括使用相容剂、扩链剂及引发剂等来改善两相相容性，得到兼具PLA高强度与模量以及PBAT韧性的复合材料。
传统的PLA/PBAT复合材料加工方法主要为单螺杆或双螺杆挤出加工，单螺杆挤出机是靠摩擦力和剪切力来实现挤出，这导致其存在一定的局限性：剪切场较弱，不利于物料的熔融分散，塑料的热传递性能较差，产量相对较低，能耗相对较高，产品的品质不易控制；而双螺杆挤出机同样存在着螺杆背压较低的问题，因此，通常用来加工密实性较低的物料，而不适宜用来加工密实性较高的透明型物料如PLA等。
发明内容
为克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种PLA/PBAT复合材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供由上述制备方法得到的PLA/PBAT复合材料。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种PLA/PBAT复合材料的制备方法，包括以下步骤：将PLA、PBAT、EGMA(乙烯-丙烯酸-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物)和OMMT(有机改性蒙脱土)混合均匀，然后采用平衡式三螺杆动态挤出机进行熔融共混，挤出成型，最后依次经过冷却，风干，切粒和干燥，即得到所述的PLA/PBAT复合材料；
所述的平衡式三螺杆动态挤出机参见中国专利CN105856530A。
优选的，所述的PLA、PBAT、EGMA和OMMT的混合配比为：PLA 60～80质量份、PBAT 20～40质量份、EGMA质量6份和OMMT 2质量份。
更优选的，所述的PLA、PBAT、EGMA和OMMT的混合配比为：PLA 70质量份、PBAT 30质量份、EGMA质量6份和OMMT 2质量份。
优选的，所述的PLA的特性粘度为1.35dl/g。
优选的，所述的OMMT为经过脱氢牛油二甲基季铵改性的蒙脱土。
优选的，所述的混合的时长为10～30min。
优选的，所述的平衡式三螺杆动态挤出机的振幅为0.5mm。
优选的，所述的平衡式三螺杆动态挤出机的振动频率为20Hz。
优选的，所述的熔融共混的温度为120～185℃。
优选的，所述的熔融共混的转子转速为60～100转/分钟。
本发明进一步提供由上述制备方法得到的PLA/PBAT复合材料。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
(1)本发明利用平衡式三螺杆动态挤出机制备了PLA/PBAT复合材料。加工过程中，平衡式三螺杆动态挤出机的振动力场促进了EGMA与OMMT在PLA和PBAT熔体中良好的分散。EGMA的加入有效的改善了两相界面粘合较差的问题，形成了PLA-EGMA-PBAT连续相，作用于连续相的外力会通过相界面传递给分散相；分散相颗粒受力后发生变形，又会通过界面将力传递给连续相。促进了应力传递效率的提升，对材料韧性起到了显著的提升效果。OMMT粒子直径较小，表面积大，具备较强的应力传递能力，OMMT加入后与PLA或PBAT之间形成氢键，起到物理交联点的作用，有利于共混材料强度的提升。OMMT与EGMA的协同作用大幅提升了PLA/PBAT复合材料的强度与韧性。
(2)本发明PLA/PBAT复合材料的制备方法简单，挤出产品兼具PLA的高强度和PBAT的强韧性，在农业薄膜、包装产品、饮料瓶装及医疗等领域应用前景广阔。
附图说明
图1为实施例1-3、对比例1-10中制备的未加入PBAT的PLA材料、未加入填料的PLA/PBAT复合材料和加入填料的PLA/PBAT复合材料的拉伸强度曲线图
图2为实施例1-3、对比例1-10中制备的未加入PBAT的PLA材料、未加入填料的PLA/PBAT复合材料和加入填料的PLA/PBAT复合材料的断裂伸长率曲线图
图3为实施例1-3、对比例1-10中制备的未加入PBAT的PLA材料、未加入填料的PLA/PBAT复合材料和加入填料的PLA/PBAT复合材料的冲击强度曲线图
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
下列实施例中采用的PLA购自美国Natureworks公司，型号4032D。
PBAT购自德国巴斯夫公司，型号7011X。
乙烯-丙烯酸-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(EGMA)购自法国Arkema公司，型号Lotader AX8900。
有机改性蒙脱土(OMMT)购自美国南方黏土公司，型号Cloisite 20A。
实施例
本实施例提供3种PLA/PBAT复合材料及其制备方法，并提供相应10组对比例。
按照表1所示的实施例1～3，表2所示的对比例1～4，表3所示的对比例5～7和表4所示的对比例8～10的配方进行配料，然后将上述配料均匀混合30分钟，再采用平衡式三螺杆动态挤出机进行熔融共混，三螺杆混炼部分各段温度分别为120℃–130℃–150℃–185℃–185℃–185℃–185℃–185℃–185℃–130℃–120℃，单螺杆挤出部分各段及模头温度为185℃–185℃–185℃–185℃–185℃–185℃–180℃，三螺杆混炼部分螺杆转速为80转/分钟，单螺杆挤出部分螺杆转速为60转/分钟，挤出成型，冷却，风干，切粒，干燥后即得上述PLA/PBAT复合材料。
表1实施例1～3中的PLA/PBAT复合材料配方
表2对比例1～4中的PLA/PBAT复合材料配方
表3对比例5～7中的PLA/PBAT复合材料配方
表4对比例8～10中的PLA/PBAT复合材料配方
按照GB/T 1040-2006和GB/T 1043-2000对上述实施例和对比例所得的全部复合材料进行拉伸和冲击性能测试，结果见图1～3。可以看出，与纯PLA和PLA/PBAT复合材料相比，使用EGMA作为相容剂的对比例中PLA/PBAT复合材料具有更好的断裂韧性以及冲击强度，但其拉伸强度会有下降；而使用OMMT作为填充剂的对比例中PLA/PBAT复合材料均具有更高的拉伸强度，但是其断裂伸长率会有下降；OMMT与EGMA的协同作用大幅提升了PLA/PBAT复合材料的强度与韧性,使得PLA/PBAT复合材料具备一定的刚韧均衡性质，当PLA、PBAT、EGMA和OMMT的质量份数配比为70:30:6:2时，材料仍有较高的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种PLA/PBAT复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将PLA、PBAT、EGMA和OMMT混合均匀，然后采用平衡式三螺杆动态挤出机进行熔融共混，挤出成型，最后依次经过冷却，风干，切粒和干燥，即得到所述的PLA/PBAT复合材料。
2.根据权利要求1所述的PLA/PBAT复合材料的制备方法，其特征在于，所述的PLA、PBAT、EGMA和OMMT的混合配比为：PLA 60～80质量份、PBAT20～40质量份、EGMA质量6份和OMMT 2质量份。
3.根据权利要求2所述的PLA/PBAT复合材料的制备方法，其特征在于，所述的PLA、PBAT、EGMA和OMMT的混合配比为：PLA 70质量份、PBAT 30质量份、EGMA质量6份和OMMT 2质量份。
4.根据权利要求1所述的PLA/PBAT复合材料的制备方法，其特征在于：所述的PLA的特性粘度为1.35dl/g。
5.根据权利要求1所述的PLA/PBAT复合材料的制备方法，其特征在于：所述的OMMT为经过脱氢牛油二甲基季铵改性的蒙脱土。
6.根据权利要求1所述的PLA/PBAT复合材料的制备方法，其特征在于：所述的混合的时长为10～30min。
7.根据权利要求1所述的PLA/PBAT复合材料的制备方法，其特征在于：
所述的平衡式三螺杆动态挤出机的振幅为0.5mm；
所述的平衡式三螺杆动态挤出机的振动频率为20Hz。
8.根据权利要求1所述的PLA/PBAT复合材料的制备方法，其特征在于：所述的熔融共混的温度为120～185℃。
9.根据权利要求1所述的PLA/PBAT复合材料的制备方法，其特征在于：所述的熔融共混的转子转速为60～100转/分钟。
10.一种PLA/PBAT复合材料，其特征在于：由权利要求1～9任一项所述的制备方法得到。
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