CN113683870A - 一种高强高韧聚乳酸材料及其制备方法 - Google Patents

一种高强高韧聚乳酸材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种高强高韧聚乳酸材料,属于聚乳酸材料技术领域,该材料由聚乳酸60～70份、乙烯‑醋酸乙烯共聚物15～20份、抗氧化剂1份、辅助剂1份、硬脂酸表面改性的贝壳粉20‑25份、阻火剂2份通过熔融共混得制而成。本材料具有高韧性以及较强的抗冲击性，因此该材料的发明解决了纯聚乳酸材料韧性差，熔体强低度、结晶速率慢、使用温度和热变形温度(HDT)较低的等问题。本材料通过加入多壁碳纳米管，在退火过程中对PLA基体的冷结晶具有良好的成核作用，能够提高结晶度，从而提升材料整体的强度。其中贝壳粉能够促进聚乳酸的结晶使其强度更佳，通过加入抗氧化剂以及阻火剂，对复合材料的抗氧化性以及阻火性能进行提升，使其使用寿命更长，并使其应用范围更为广泛。

Description

一种高强高韧聚乳酸材料及其制备方法
技术领域
本发明为一种高强高韧聚乳酸材料,属于聚乳酸材料技术领域。
背景技术
聚乳酸(PLA)是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌种发酵制成高纯度的乳酸，再通过化学合成方法合成一定分子量的聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。
纯聚乳酸材料由于聚乳酸分子内极性酯基的存在，导致分子间的结合非常紧密，因此材料的韧性差，并且聚乳酸具有低熔体强度、慢的结晶速率、较低的使用温度和热变形温度(HDT)等缺点，这些妨碍了其应用，另外，PLA很脆，它的断裂伸长率不到10％；玻璃化转变温度(Tg)只有55～60℃。这些缺点极大地限制其应用领域。
因此需要一种高强高韧聚乳酸材料及其制备方法对上述问题做出改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强高韧聚乳酸材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高强高韧聚乳酸材料，由以下组分的材料通过熔融共混制得组成：
聚乳酸60～70份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15～20份、抗氧化剂1份、辅助剂1份、硬脂酸表面改性的贝壳粉20-25份、阻火剂2份。
作为本发明优选的方案，抗氧化剂为亚磷酸酯、茶多酚、2,8一二叔丁基-4一甲基苯酚中的至少一种。
作为本发明优选的方案，辅助剂为多壁碳纳米管，多壁碳纳米管的直径为3nm～10nm。
作为本发明优选的方案，乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的含量为20％～40％。
作为本发明优选的方案，阻火剂为聚磷酸铵。
一种高强高韧聚乳酸材料的制备方法，包含以下步骤：
S1、原料干燥：按照配比取聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸表面改性的贝壳粉放入电干燥炉中进行干燥2～3h；
S2、原料混合：将所有原料按照配比加入到高速混合机中进行混合，得到混合物；
S3、混合物熔融：将步骤S2得到的混合物加入到双螺杆挤出机中进行加工挤出，经过冷却、切割、干燥得到高强高韧聚乳酸材料。
作为本发明优选的方案，步骤S2中高速混合机的转速为450r/min。
作为本发明优选的方案，步骤S3中双螺杆挤出机的工作温度为180～200℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用聚乳酸与乙烯-醋酸乙烯共聚物熔融共混的方式制得高强度高韧性的聚乳酸材料，其中乙烯-醋酸乙烯共聚物具有更好的柔韧性以及抗冲击性，与聚乳酸共混制得的混合体因而具有高韧性以及更强的抗冲击性，通过加入的多壁碳纳米管，在退火过程中对PLA基体的冷结晶具有良好的成核作用，使结晶度提高，从而提升材料整体的强度，制得高强高韧的聚乳酸材料，并且通过在母料中加入硬脂酸表面改性的贝壳粉，使得制成的复合材料的抗冲击强度得到进一步的提升，并且硬脂酸表面改性的贝壳粉能够促进聚乳酸的结晶，使其强度更佳；
2、本发明中通过加入抗氧化剂以及阻火剂，进一步对复合材料的抗氧化性以及阻火性能进行提升，使其使用寿命更长，且能够应用的范围更加广泛。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了便于理解本发明，下面将参照相关对本发明进行更全面的描述。给出了本发明的若干实施例。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更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
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“及/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。
本发明提供一种技术方案：
实施例1，一种高强高韧聚乳酸材料，聚乳酸材料由以下组分的材料通过熔融共混制得组成：聚乳酸60～70份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15～20份、抗氧化剂1份、辅助剂1份、硬脂酸表面改性的贝壳粉20-25份、阻火剂2份，抗氧化剂为亚磷酸酯、茶多酚、2,8一二叔丁基-4一甲基苯酚中的至少一种，辅助剂为多壁碳纳米管，多壁碳纳米管的直径为3nm～10nm，乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的含量为20％～40％，阻火剂为聚磷酸铵。
一种高高强高韧聚乳酸材料的制备方法，包含以下步骤：
S1、原料干燥：按照配比取聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸表面改性的贝壳粉放入电干燥炉中进行干燥2～3h；
S2、原料混合：将所有原料按照配比加入到高速混合机中进行混合，得到混合物；
S3、混合物熔融：将步骤S2得到的混合物加入到双螺杆挤出机中进行加工挤出，经过冷却、切割、干燥得到高强高韧聚乳酸材料；
步骤S2中高速混合机的转速为450r/min，步骤S3中双螺杆挤出机的工作温度为180～200℃。
实施例2，一种高强高韧聚乳酸材料，聚乳酸材料由以下组分的材料通过熔融共混制得组成：聚乳酸60份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15份、抗氧化剂1份、辅助剂1份、硬脂酸表面改性的贝壳粉20份。
一种高强高韧聚乳酸材料的制备方法，包含以下步骤：
S1、原料干燥：按照配比取聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸表面改性的贝壳粉放入电干燥炉中进行干燥2～3h；
S2、原料混合：将所有原料按照配比加入到高速混合机中进行混合，得到混合物；
S3、混合物熔融：将S2得到的混合物加入到双螺杆挤出机中进行加工挤出，经过冷却、切割、干燥得到高强高韧聚乳酸材料。
步骤S2中高速混合机的转速为450r/min，步骤S3中双螺杆挤出机的工作温度为180～200℃。
实施例3，一种高强高韧聚乳酸材料，聚乳酸材料由以下组分的材料通过熔融共混制得组成：聚乳酸60份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15份、抗氧化剂1份、辅助剂1份、硬脂酸表面改性的贝壳粉25份。
一种高强高韧聚乳酸材料的制备方法，包含以下步骤：
S1、原料干燥：按照配比取聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸表面改性的贝壳粉放入电干燥炉中进行干燥2～3h；
S2、原料混合：将所有原料按照配比加入到高速混合机中进行混合，得到混合物；
S3、混合物熔融：将S2得到的混合物加入到双螺杆挤出机中进行加工挤出，经过冷却、切割、干燥得到高强高韧聚乳酸材料。
步骤S2中高速混合机的转速为450r/min，步骤S3中双螺杆挤出机的工作温度为180～200℃。
实施例4，一种高强高韧聚乳酸材料，聚乳酸材料由以下组分的材料通过熔融共混制得组成：聚乳酸60份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20份、抗氧化剂1份、辅助剂1份、硬脂酸表面改性的贝壳粉20份。
一种高强高韧聚乳酸材料的制备方法，包含以下步骤：
S1、原料干燥：按照配比取聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸表面改性的贝壳粉放入电干燥炉中进行干燥2～3h；
S2、原料混合：将所有原料按照配比加入到高速混合机中进行混合，得到混合物；
S3、混合物熔融：将S2得到的混合物加入到双螺杆挤出机中进行加工挤出，经过冷却、切割、干燥得到高强高韧聚乳酸材料。
步骤S2中高速混合机的转速为450r/min，步骤S3中双螺杆挤出机的工作温度为180～200℃。
实施例5，一种高强高韧聚乳酸材料，聚乳酸材料由以下组分的材料通过熔融共混制得组成：聚乳酸60份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20份、抗氧化剂1份、辅助剂1份、硬脂酸表面改性的贝壳粉25份。
一种高强高韧聚乳酸材料的制备方法，包含以下步骤：
S1、原料干燥：按照配比取聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸表面改性的贝壳粉放入电干燥炉中进行干燥2～3h；
S2、原料混合：将所有原料按照配比加入到高速混合机中进行混合，得到混合物；
S3、混合物熔融：将S2得到的混合物加入到双螺杆挤出机中进行加工挤出，经过冷却、切割、干燥得到高强高韧聚乳酸材料。
步骤S2中高速混合机的转速为450r/min，步骤S3中双螺杆挤出机的工作温度为180～200℃。
实施例6，一种高强高韧聚乳酸材料，聚乳酸材料由以下组分的材料通过熔融共混制得组成：聚乳酸70份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15份、抗氧化剂1份、辅助剂1份、硬脂酸表面改性的贝壳粉20份。
一种高强高韧聚乳酸材料的制备方法，包含以下步骤：
S1、原料干燥：按照配比取聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸表面改性的贝壳粉放入电干燥炉中进行干燥2～3h；
S2、原料混合：将所有原料按照配比加入到高速混合机中进行混合，得到混合物；
S3、混合物熔融：将S2得到的混合物加入到双螺杆挤出机中进行加工挤出，经过冷却、切割、干燥得到高强高韧聚乳酸材料。
步骤S2中高速混合机的转速为450r/min，步骤S3中双螺杆挤出机的工作温度为180～200℃。
实施例7，一种高强高韧聚乳酸材料，聚乳酸材料由以下组分的材料通过熔融共混制得组成：聚乳酸70份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15份、抗氧化剂1份、辅助剂1份、硬脂酸表面改性的贝壳粉25份。
一种高强高韧聚乳酸材料的制备方法，包含以下步骤：
S1、原料干燥：按照配比取聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸表面改性的贝壳粉放入电干燥炉中进行干燥2～3h；
S2、原料混合：将所有原料按照配比加入到高速混合机中进行混合，得到混合物；
S3、混合物熔融：将S2得到的混合物加入到双螺杆挤出机中进行加工挤出，经过冷却、切割、干燥得到高强高韧聚乳酸材料。
步骤S2中高速混合机的转速为450r/min，步骤S3中双螺杆挤出机的工作温度为180～200℃。
实施例8，一种高强高韧聚乳酸材料，聚乳酸材料由以下组分的材料通过熔融共混制得组成：聚乳酸70份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20份、抗氧化剂1份、辅助剂1份、硬脂酸表面改性的贝壳粉20份。
一种高强高韧聚乳酸材料的制备方法，包含以下步骤：
S1、原料干燥：按照配比取聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸表面改性的贝壳粉放入电干燥炉中进行干燥2～3h；
S2、原料混合：将所有原料按照配比加入到高速混合机中进行混合，得到混合物；
S3、混合物熔融：将S2得到的混合物加入到双螺杆挤出机中进行加工挤出，经过冷却、切割、干燥得到高强高韧聚乳酸材料。
步骤S2中高速混合机的转速为450r/min，步骤S3中双螺杆挤出机的工作温度为180～200℃。
实施例9，一种高强高韧聚乳酸材料，聚乳酸材料由以下组分的材料通过熔融共混制得组成：聚乳酸70份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20份、抗氧化剂1份、辅助剂1份、硬脂酸表面改性的贝壳粉25份。
一种高强高韧聚乳酸材料的制备方法，包含以下步骤：
S1、原料干燥：按照配比取聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸表面改性的贝壳粉放入电干燥炉中进行干燥2～3h；
S2、原料混合：将所有原料按照配比加入到高速混合机中进行混合，得到混合物；
S3、混合物熔融：将S2得到的混合物加入到双螺杆挤出机中进行加工挤出，经过冷却、切割、干燥得到高强高韧聚乳酸材料。
步骤S2中高速混合机的转速为450r/min，步骤S3中双螺杆挤出机的工作温度为180～200℃。
对比实施例，一种高强高韧聚乳酸材料，聚乳酸材料由以下组分的材料通过熔融共混制得组成：聚乳酸60份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15份、抗氧化剂1份、辅助剂1份、硬脂酸表面改性的贝壳粉25份、阻火剂2份，抗氧化剂为亚磷酸酯、茶多酚、2,8一二叔丁基-4一甲基苯酚中的至少一种，辅助剂为多壁碳纳米管，多壁碳纳米管的直径为3nm～10nm，乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的含量为20％～40％，阻火剂为聚磷酸铵。
一种高强高韧聚乳酸材料的制备方法，包含以下步骤：
S1、原料干燥：按照配比取聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸表面改性的贝壳粉放入电干燥炉中进行干燥2～3h；
S2、原料混合：将所有原料按照配比加入到高速混合机中进行混合，得到混合物；
S3、混合物熔融：将S2得到的混合物加入到双螺杆挤出机中进行加工挤出，经过冷却、切割、干燥得到高强高韧聚乳酸材料。
步骤S2中高速混合机的转速为450r/min，步骤S3中双螺杆挤出机的工作温度为180～200℃。
Figure BDA0003212645070000091
表1
Figure BDA0003212645070000092
Figure BDA0003212645070000101
表2
从表1-2可得，本发明中，通过添加乙烯-醋酸乙烯共聚物以及硬脂酸表面改性的贝壳粉能够有效增加聚乳酸的抗冲击性能以及强度，且乙烯-醋酸乙烯共聚物以及硬脂酸表面改性的贝壳粉占比越大(在配比范围内)，使聚乳酸复合材料的力学性能提升越明显，其中对比实施例加入了阻火剂，经过测试，对比实施例较实施例5能够耐受的温度得到有效提升。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种高强高韧聚乳酸材料，其特征在于：聚乳酸材料由以下组分的材料通过熔融共混制得组成：
聚乳酸60～70份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15～20份、抗氧化剂1份、辅助剂1份、硬脂酸表面改性的贝壳粉20-25份、阻火剂2份。
2.根据权利要求1所述的一种高强高韧聚乳酸材料，其特征在于：所述抗氧化剂为亚磷酸酯、茶多酚、2,8一二叔丁基-4一甲基苯酚中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种高强高韧聚乳酸材料，其特征在于：所述辅助剂为多壁碳纳米管，所述多壁碳纳米管的直径为3nm～10nm。
4.根据权利要求1所述的一种高强高韧聚乳酸材料，其特征在于：所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的含量为20％～40％。
5.根据权利要求1所述的一种高强高韧聚乳酸材料，其特征在于：所述阻火剂为聚磷酸铵。
6.根据权利要求1-5所述的高强高韧聚乳酸材料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：
S1、原料干燥：按照配比取聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸表面改性的贝壳粉放入电干燥炉中进行干燥2～3h；
S2、原料混合：将所有原料按照配比加入到高速混合机中进行混合，得到混合物；
S3、混合物熔融：将S2得到的混合物加入到双螺杆挤出机中进行加工挤出，经过冷却、切割、干燥得到高强高韧聚乳酸材料。
7.根据权利要求6所述的一种高强高韧聚乳酸材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中高速混合机的转速为450r/min。
8.根据权利要求6所述的一种高强高韧聚乳酸材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中双螺杆挤出机的工作温度为180～200℃。
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