CN110862659A - 一种高熔体强度聚乳酸复合材料及其制备方法 - Google Patents

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尹琛
孟聪
陈一
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Abstract

本发明公开了一种高熔体强度聚乳酸复合材料及其制备方法，以聚乳酸、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、支化剂、滑石粉、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙基甲基丙烯酸酯共聚物和扩链剂为原材料，经混合制粒后制得。本发明在聚乳酸复合材料中加入扩链剂和支化剂，以及无机填充有效提升复合材料中聚乳酸的分子量，增加分子链长度，增加分子链间的缠结与相互作用，最终达到提升聚乳酸复合材料熔体强度的目的。

Description

一种高熔体强度聚乳酸复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚乳酸复合材料技术领域，更具体地，涉及一种高熔体强度聚乳酸复合材料及其制备方法。
背景技术
聚乳酸是以天然生物质材料淀粉为主要原料经过发酵、分离、聚合等多道工艺制备而成的具有较高生物相容性与可生物降解性的工程塑料，现已广泛应用于日常用品的加工，替代传统石油基塑料。但是聚乳酸分子链中长支链比较少，熔体强度较低，在加工过程中可用温度范围较窄。在制膜过程中因应变硬化不足，吹膜过程中膜泡不稳定，容易破裂，其片材在热成型过程中因材料硬度过高而会导致材料过早拉裂，甚止无法正常成型。
另一方面因为聚乳酸材料的密度较高，在代替传统塑料的应用过程中，成本会大大增加，而通过发泡则可以大大降解单位制品的成本，然而聚乳酸材料因其熔体强度太低而不能承受发泡过程中泡孔长大过程的受力而导致泡孔过早破裂，而不能正常发泡，必须通过配方改性改善聚乳酸材料的熔体强度才可以解决上述问题。普遍的解决办法是在聚乳酸树脂中加入大量的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯，加入量通常需要超过50wt％，但是过多地加入会造成材料刚度大幅度下降，不能满足制品对高模量的需求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供给一种高熔体强度聚乳酸复合材料，通过延长分子链、构建三维交联网络来实现增强聚乳酸复合材料的熔体强度。
本发明的另一目的在于提供上述高熔体强度聚乳酸复合材料的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种高熔体强度聚乳酸复合材料，所述复合材料由以下质量分数的原材料组成：聚乳酸：50-90wt％、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯：5-40wt％、支化剂：0.3～2.5、滑石粉：0.2-10wt％、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙基甲基丙烯酸酯共聚物：0.1-4wt％、扩链剂：0.1-4wt％，上述原材料的质量分数之和为100％。
进一步地，所述支化剂为马来酸酐和异氰酸酯。
进一步地，所述马来酸酐的质量分数为0.1-0.5wt％，所述异氰酸酯的质量分数为0.2-2wt％。
进一步地，所述扩链剂为环氧接枝聚乙烯蜡。
进一步地，所述环氧接枝聚乙烯蜡接枝率大于20％。
优选地，所述环氧接枝聚乙烯蜡接枝率为25％。
进一步地，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙基甲基丙烯酸酯共聚物的接枝率为3-8％。
优选地，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙基甲基丙烯酸酯共聚物的接枝率为5％。
进一步地，所述滑石粉粒径为8000-20000目。
一种上述高熔体强度聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤：将各原材料同时加入高速混合机,先以1500rpm高速混合5-30分钟，再切换至低速750rpm高速混合5-10分钟；随后将混合物倒入平行双螺杆挤出机料斗内混炼挤出制粒。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过引入聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯,有效提升复合材料的韧性，配合基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙基甲基丙烯酸酯共聚物相容剂的偶联作用提升两相的相容性。
本发明在聚乳酸复合材料中加入扩链剂和支化剂，以及无机填充有效提升复合材料中聚乳酸的分子量，增加分子链长度，增加分子链间的缠结与相互作用，最终达到提升聚乳酸复合材料熔体强度的目的。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1
本实施例提供一种高熔体强扶聚乳酸复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1.备料：本实施例中各原材料质量分数如下：聚乳酸：85wt％、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯：8wt％、马来酸酐：0.2wt％、异氰酸酯：1wt％、20000目滑石粉：3wt％、接枝率为5％的甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙基甲基丙烯酸酯共聚物：2wt％、接枝率为为25％的环氧接枝聚乙烯蜡：0.8wt％；
S2.混合：将步骤S1中的原材料同时加入高速混合机中，先以1500rpm高速混合25分钟，再切换至低速750rpm高速混合10分钟；
S3.制粒：将步骤S2中混合后的物料倒入平行双螺杆挤出机料斗内混炼挤出制粒，得高熔体强度聚乳酸复合材料。
实施例2
本实施例提供一种高熔体强扶聚乳酸复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1.备料：本实施例中各原材料质量分数如下：聚乳酸：55wt％、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯：30wt％、马来酸酐：0.5wt％、异氰酸酯：0.2wt％、12000目滑石粉：10wt％、接枝率为8％甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙基甲基丙烯酸酯共聚物：4wt％、接枝率为30％环氧接枝聚乙烯蜡：0.3wt％；
S2.混合：将步骤S1中的原材料同时加入高速混合机中，先以1500rpm高速混合30分钟，再切换至低速750rpm高速混合5分钟；
S3.制粒：将步骤S2中混合后的物料倒入平行双螺杆挤出机料斗内混炼挤出制粒，得高熔体强度聚乳酸复合材料。
实施例3
本实施例提供一种高熔体强扶聚乳酸复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1.备料：本实施例中各原材料质量分数如下：聚乳酸：90wt％、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯：5wt％、马来酸酐：0.1wt％、异氰酸酯：2wt％、8000目滑石粉：2wt％、接枝率为6％的甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙基甲基丙烯酸酯共聚物：0.8wt％、接枝率为40％环氧接枝聚乙烯蜡：0.1wt％；
S2.混合：将步骤S1中的原材料同时加入高速混合机中，先以1500rpm高速混合5分钟，再切换至低速750rpm高速混合10分钟；
S3.制粒：将步骤S2中混合后的物料倒入平行双螺杆挤出机料斗内混炼挤出制粒，得高熔体强度聚乳酸复合材料。
实施例4
本实施例提供一种高熔体强扶聚乳酸复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1.备料：本实施例中各原材料质量分数如下：聚乳酸：50wt％、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯：40wt％、马来酸酐：0.2wt％、异氰酸酯：2wt％、10000目滑石粉：6wt％、接枝率为3％的甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙基甲基丙烯酸酯共聚物：1wt％、接枝率为25％的环氧接枝聚乙烯蜡：0.8wt％；
S2.混合：将步骤S1中的原材料同时加入高速混合机中，先以1500rpm高速混合15分钟，再切换至低速750rpm高速混合5分钟；
S3.制粒：将步骤S2中混合后的物料倒入平行双螺杆挤出机料斗内混炼挤出制粒，得高熔体强度聚乳酸复合材料。
实施例5
本实施例参照实施例1，提供一种高熔体强扶聚乳酸复合材料的制备方法，与实施例1的不同之处在于，步骤S1中，各原材料质量分数如下：聚乳酸：60wt％、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯：25wt％、马来酸酐：0.2wt％、异氰酸酯：2wt％、16000目滑石粉：8wt％、接枝率为8％的甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙基甲基丙烯酸酯共聚物：4wt％、接枝率为45％的环氧接枝聚乙烯蜡：0.8wt％。
对实施例1～5制备的聚乳酸复合材料进行熔融指数和平衡扭矩测试，结果见表1，其中，熔融指数的温度为210℃，荷载为2.16kg。
表1
Figure BDA0002268017680000041
Figure BDA0002268017680000051
本发明降低了聚乳酸复合材料的熔融指数，提高了平衡扭矩，达到了提升聚乳酸复合材料熔体强度的目的。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高熔体强度聚乳酸复合材料，其特征在于，所述复合材料由以下质量分数的原材料组成：聚乳酸：50-90wt%、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯：5-40wt%、支化剂：0.3~2.5、滑石粉：0.2-10wt%、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙基甲基丙烯酸酯共聚物：0.1-4wt%、扩链剂：0.1-4wt%，上述原材料的质量分数之和为100%。
2.根据权利要求1所述的高熔体强度聚乳酸复合材料，其特征在于，所述支化剂为马来酸酐和异氰酸酯。
3.根据权利要求2所述的高熔体强度聚乳酸复合材料，其特征在于，所述马来酸酐的质量分数为0.1-0.5wt%，所述异氰酸酯的质量分数为0.2-2wt%。
4.根据权利要求1所述的高熔体强度聚乳酸复合材料，其特征在于，所述扩链剂为环氧接枝聚乙烯蜡。
5.根据权利要求4所述的高熔体强度聚乳酸复合材料，其特征在于，所述环氧接枝聚乙烯蜡接枝率大于20%。
6.根据权利要求5所述的高熔体强度聚乳酸复合材料，其特征在于，所述环氧接枝聚乙烯蜡接枝率为25%。
7.根据权利要求1所述的高熔体强度聚乳酸复合材料，其特征在于，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙基甲基丙烯酸酯共聚物的接枝率为3-8%。
8.根据权利要求7所述的高熔体强度聚乳酸复合材料，其特征在于，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙基甲基丙烯酸酯共聚物的接枝率为5%。
9.根据权利要求1所述的高熔体强度聚乳酸复合材料，其特征在于，所述滑石粉粒径为8000-20000目。
10.一种权利要求1~9任一项所述的高熔体强度聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将各原材料同时加入高速混合机,先以1500rpm高速混合5-30分钟，再切换至低速750rpm高速混合5-10分钟；随后将混合物倒入平行双螺杆挤出机料斗内混炼挤出制粒。
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