CN113402868A - 一种超支化聚酯改性聚乳酸/聚碳酸亚丙酯复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超支化聚酯改性聚乳酸/聚碳酸亚丙酯复合材料的制备方法，所述的复合材料用以下方法制备而成：将质量比的PLA、PPC、超支化聚酯、催化剂、扩链剂混合均匀后加入双螺杆挤出机，得到改性PLA/PPC复合材料。制得的改性PLA/PPC复合材料，有着优异的力学性能和热稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及可降解材料领域，特别涉及一种改性聚乳酸/聚碳酸亚丙酯复合材料的制备方法。
背景技术
聚乳酸(PLA)是一种由乳酸聚合而成的直链状聚酯，是一种完全可降解材料，在生物医药、组织工程、包装材料等领域有着巨大应用前景。但是PLA存在刚性强，缺乏柔性、加工性能较差的问题，成型过程中往往需要进行改性。PBS、PBAT是常用的PLA加工改性组分。例如申请号为CN202010850461.3的中国专利申请中研究了PBS/PLA复合材料和PBAT/PLA复合材料。
聚碳酸亚丙酯(PPC)是一种白色或透明的脂肪族聚酯，以环氧丙烷，二氧化碳为原料聚合而成。PPC在合成过程中不仅不消耗石油资源，同时还能对CO2起到固定作用，符合当下绿色发展的理念。PPC有优良的生物相容性和生物降解性能，同时具有高透明度、高断裂伸长率和优异的气体阻隔性，这使得它在生物医药、组织工程、包装材料等领域有着巨大应用前景。近年来，聚碳酸亚丙酯(PPC)作为一种新型可降解塑料，因其具有良好的韧性，也被用来当做PLA的改性组分。例如申请号为CN200910258725.X的中国专利申请中研究了PLA/PPC 复合材料。
通过在PLA中添加PPC,可以对PLA进行增韧，改善PLA硬脆的缺点和较差的加工性能。但是在实际应用过程中PPC的热稳定性差，通常加工温度高于150℃，会出现明显的降解现象，同时PLA和PPC两者相容性较差导致复合材料的力学性能较差。为解决以上问题，本发明通过超支化聚酯来改性PLA/PPC复合材料，一方面利用PPC的高温分子链断裂的特点，实现PLA和PPC分子链间的酯交换反应，另一方面，超支化聚酯具有多个酯基，活性较高，可以起到微交联作用，从而制备一种性能优异的PLA/PPC复合材料。
发明内容
本发明的目的在于制备一种耐热温度优异，力学性能良好的改性PLA/PPC复合材料，在 PLA/PPC中引入超支化聚酯，制备一种耐热温度和力学性能优异改性PLA/PPC复合材料，本发明目的通过以下技术方案来实现：
本发明的目的之一在于提出一种改性PLA/PPC复合材料，其包括以下重量份数的原料组分：PLA:60-80份，PPC:5-25份，超支化聚酯：1-4份，催化剂0.2-0.5份，扩链剂：0.4-0.8 份。
优选的，所述PLA的熔融指数为5-10g/10min(2.16kg，190℃)，密度1.24g/cm3
优选的，所述PPC的熔融指数为3-20g/10min(2.16kg，190℃)，密度1.27g/cm3。
优选的，所述的超支化聚酯为Boltorn H20,Boltorn H30中的一种。其结构式分别为下式Ⅰ，Ⅱ：
优选的，所述的催化剂为辛酸亚锡(Sn(Oct)2)，钛酸四丁酯(TBT)中的一种。
所述的扩链剂为马来酸酐(MA)、对苯二甲酸二缩水甘油酯(DTG)、2,2-(1，3-亚苯基)- 二噁唑啉(1,3-PBO)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)中的一种。
本发明的目的之二在于提出一种改性PLA/PPC复合材料的制备方法，其具体包括以下步骤：
将质量比例的PLA、PPC、超支化聚酯、扩链剂混合均匀，经双螺杆挤出机熔融共混造粒，得到改性PLA/PPC改性颗粒。
优选的，PLA/PPC的质量比为60-80：5-25。
所述的超支化聚酯的用量为1-4份，优选的为2-4份。
所述的催化剂的用量为0.1-0.5份，优选的为0.3-0.5份。
所述的扩链剂的用量为0.4-0.8份，优选的为0.5-0.8份。
优选的，双螺杆挤出机加工温度为180℃-200℃。
优选的，双螺杆挤出机的螺杆转速为300-500rpm。
将所制备的PLA/PPC改性塑料颗粒，加入注塑机中，按照GB/T 1040.1—2018制样，测试力学性能。
优选的，注塑机温度为190℃-200℃。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的原理在于：热加工过程中PPC,PLA中的酯键断裂发生酯交换反应，添加超支化聚酯后，超支化聚酯因为有着高度支化的链结构，其支化链可与PPC，PLA发生酯交换反应。形成一种支化链上同时具有PLA,PPC链结构的新型超支化聚酯。如此一来，既解决了PLA和 PPC相容性问题，同时在PPC中引入PLA链段也提高了PPC的热稳定性,在PLA中引入PPC链段提高了PLA的柔韧性。超支化聚酯和扩链剂的加入不仅避免了单纯PLA和PPC发生酯交换反应造成分子量下降的问题，还能起到在原有超支化结构上继续扩链的效果。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：改性PLA/PPC复合材料有着良好的热稳定性和相容性，力学性能和韧性得到明显改善。
具体实施方式
本发明各实例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。各实施例中所用原料均为市场购得。
实施例1
将60份的PLA,5份的PPC、1份超支化聚酯Ⅰ、0.1份辛酸亚锡，0.4份马来酸酐混合均匀后经双螺杆挤出机熔融共混造粒。双螺杆挤出机的九区温度分别为180℃185℃190℃200℃ 200℃200℃200℃200℃200℃。双螺杆挤出机转速350rpm。将颗粒加入注塑机，按照国标GB/T 1040.1—2018制样，并测试力学性能。注塑机温度为190℃、200℃、190℃。具体结果见表1。
实施例2
将70份的PLA,15份的PPC、2份超支化聚酯Ⅱ、0.2份钛酸四丁酯，0.5份对苯二甲酸而缩水甘油酯混合均匀后经双螺杆挤出机熔融共混造粒。双螺杆挤出机的九区温度分别为180℃ 185℃190℃200℃200℃200℃200℃200℃200℃。双螺杆挤出机转速350rpm。将颗粒加入注塑机，按照国标GB/T 1040.1—2018制样，并测试力学性能。注塑机温度为190℃、200℃、190℃。具体结果见表1。
实施例3
将80份的PLA,25份的PPC、3份超支化聚酯Ⅰ、0.3份辛酸亚锡，0.5份2,2-(1，3-亚苯基)-二噁唑啉混合均匀后经双螺杆挤出机熔融共混造粒。双螺杆挤出机的九区温度分别为180℃185℃190℃200℃200℃200℃200℃200℃200℃。双螺杆挤出机转速350rpm。将颗粒加入注塑机，按照国标GB/T 1040.1—2018制样，并测试力学性能。注塑机温度为190℃、 200℃、190℃。具体结果见表1。
实施例4
将80份的PLA,25份的PPC、4份超支化聚酯Ⅱ、0.5份钛酸四丁酯，0.8份二苯基甲烷二异氰酸酯混合均匀后经双螺杆挤出机熔融共混造粒。双螺杆挤出机的九区温度分别为180℃ 185℃190℃200℃200℃200℃200℃200℃200℃。双螺杆挤出机转速350rpm。将颗粒加入注塑机，按照国标GB/T 1040.1—2018制样，并测试力学性能。注塑机温度为190℃、200℃、190℃。具体结果见表1。
对比例1
将80份的PLA,25份的PPC混合均匀后经双螺杆挤出机熔融共混造粒。双螺杆挤出机的九区温度分别为180℃185℃190℃200℃200℃200℃200℃200℃200℃。双螺杆挤出机转速350rpm。将颗粒加入注塑机，按照国标GB/T 1040.1—2018制样，并测试力学性能。注塑机温度为190℃、200℃、190℃。具体结果见表1。
表1不同实施例中PLA/PPC复合材料的力学性能和热性能
由表1的数据可以看出，对比实施例例1～4和对比例1，说明本发明的超支化聚酯改性 PLA/PPC复合材料具有更高的耐热温度和更优异的力学性能。
显然，上述实例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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他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。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种超支化聚酯改性聚乳酸/聚碳酸亚丙酯复合材料，由可降解塑料复合物，添加超支化聚酯、催化剂、扩链剂，经熔融挤出制得。
2.根据权利要求1所述的可降解塑料复合物，其特征在于，包括以下重量份数的原料组分：聚乳酸(PLA)：60-80份，聚碳酸亚丙酯(PPC)5-25份。
3.根据权利要求1所述的一种超支化聚酯改性聚乳酸/聚碳酸亚丙酯复合材料，其特征在于：Boltorn H20,Boltorn H30中的一种，其结构式分别为下式Ⅰ，Ⅱ：
4.根据权利要求3所述的超支化聚酯，用量为1-4份，优选的为2-4份。
5.根据权利要求1所述的一种超支化聚酯改性聚乳酸/聚碳酸亚丙酯复合材料，其特征在于：催化剂为辛酸亚锡(Sn(Oct)2)，钛酸四丁酯(TBT)中的一种。
6.根据权利要求5所述的催化剂，其用量为0.1-0.5份，优选的为0.3-0.5份。
7.根据权利要求1所述的一种超支化聚酯改性聚乳酸/聚碳酸亚丙酯复合材料，其特征在于：马来酸酐(MA)、对苯二甲酸二缩水甘油酯(DTG)、2,2-(1，3-亚苯基)-二噁唑啉(1,3-PBO)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)中的一种。
8.根据权利要求7所述的扩链剂，用量为0.4-0.8份，优选的为0.5-0.8份。
9.根据权利要求1所述的一种超支化聚酯改性聚乳酸/聚碳酸亚丙酯复合材料的制备方法，其特征在于：其步骤为：将质量比的PLA、PPC、超支化聚酯、催化剂、扩链剂混合均匀后加入双螺杆挤出机，挤出得到PLA/PPC复合材料。
10.根据权利要求9所述的一种超支化聚酯改性聚乳酸/聚碳酸亚丙酯复合材料的制备方法，其特征在于：双螺杆挤出机加工温度为180-200℃，螺杆转速为300-500rpm。
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