CN114656763A - 一种高强度高韧性全生物降解聚乳酸三元共混物 - Google Patents
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Abstract
聚乳酸因其优异的生物降解性、生物相容性和力学强度而被寄以厚望，但其韧性较差，限制了聚乳酸的应用。一种高强度高韧性全生物降解聚乳酸三元共混物，其特征是：以聚乳酸作为基体树脂，聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚羟基脂肪酸酯、聚己内酯等作为高分子增韧剂，聚醋酸乙烯酯作为第三组分，其中基体树脂、增韧剂和第三组分的重量比为100:20~60:2~20，通过熔融共混制备了聚乳酸三元共混物。该聚乳酸三元共混物相比于其聚乳酸二元共混物，在保留强度的同时显著提高韧性，而且原料成本低，生产工艺简单，是一种非常具有商业化前景的聚乳酸共混物。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体说是涉及一种高强度高韧性全生物降解聚乳酸三元共混物。
背景技术
聚乳酸（PLA）作为一种生物相容性和力学强度都比较优良的可生物降解材料，自问世以来就被人们寄以厚望，希望通过聚乳酸的大量应用来解决困扰世界已久的问题-白色污染，但聚乳酸的韧性较差，在常温下的断裂是脆性断裂，这大大限制了聚乳酸的应用领域，因此如何对聚乳酸进行改性以改善其韧性已经成为当代的研究热门。目前，聚乳酸的改性方法多种多样，其中共混改性因其操作简单，价格低廉，易于大规模工业化生产，受到越来越多的青睐。使用低成本的方法改善聚乳酸的韧性对其大规模应用具有重大意义。
CN202111154745.X中将PLA与甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）和过氧化苯甲酸叔丁酯（TBPB）熔融共混制备接枝聚乳酸（PLA-GMA），然后用其增容PLA和甘蔗纤维复合材料，获得了一种增韧增强聚乳酸复合材料的制备方法。 CN202110954159.7中将聚乳酸树脂、聚乙二醇和马来酸酐接枝聚乳酸以100：(1～35)：(0.5～25)的质量比熔融共混，反应后得到增塑增韧的改性聚乳酸。工程塑料应用，2019，47(8)：11-15中利用PLA与碳纳米管（CNC）和环氧天然橡胶（ENＲ）熔融共混得到PPLA/ENＲ/CNC三元共混物，PLA/ENＲ/CNC三元混合物的拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率均相比二元共混物进一步提高，PLA/ENＲ/CNC(1%)的断裂伸长率最大为32.6%，拉伸强度和拉伸模量分别为59.7MPa和1029MPa，表明ENＲ和CNC有协同增韧增强的作用。
从上述报道中可以知道，为了同时提高聚乳酸复合材料或者共混物的强度和韧性，一般需要加入活性助剂，而这些活性助剂成本高，或者在生产过程中会有较多的三废产生，不利于环境保护和商业推广。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种高强度高韧性全生物降解聚乳酸三元共混物。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
一种高强度高韧性全生物降解聚乳酸三元共混物，其特征在于：将干燥后的聚乳酸、高分子增韧剂和聚醋酸乙烯酯根据重量比100:20~60:2~20混合5~30分钟，然后在混炼设备中熔融共混，即可得到一种高强度高韧性全生物降解聚乳酸三元共混物。
本发明中所述的干燥条件为50~110℃下放置2~24小时。
本发明中所述的所述的高分子增韧剂为聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚羟基脂肪酸酯、聚己内酯中的任意一种或者几种。
本发明中所述的混炼设备为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、三螺杆挤出机、热开炼机、密炼机中的任意一种。
本发明中所述的熔融共混温度为150~220℃，转速为50~500转/分钟。
本发明的有益效果如下：
1. 该聚乳酸三元共混物具有全生物降解性；
2. 采用聚醋酸乙烯酯作为第三组分与聚乳酸和高分子增韧剂熔融共混制备聚乳酸三元共混物，聚醋酸乙烯酯价格低廉；
3. 聚醋酸乙烯酯与聚乳酸的相容性好，其拉伸强度高，提高了三元共混物中高分子增韧剂与聚乳酸的相容性，因此，含有聚醋酸乙烯酯的聚乳酸三元共混物相比于无聚醋酸乙烯酯的聚乳酸二元共混物，三元共混物的断裂伸长率增加1倍以上的同时，其拉伸强度保留90%以上。
附图说明
图1为实施例1中的聚乳酸三元共混物断面扫描电镜图。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例作进一步详述。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例1. 将聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯和聚醋酸乙烯酯在鼓风干燥箱中60℃下干燥12小时，三者依照重量比100:40:8混合10分钟，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度150℃~190℃，转速180r/min，即可得到一种高强度高韧性全生物降解聚乳酸三元共混物，其脆断面为明显的凸起状韧性断裂形貌，没有明显的分相结构（图1），断裂伸长率显著增加到211%，拉伸强度为28.3MPa，而无聚醋酸乙烯酯的聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯二元共混物（重量比100:40）的断裂伸长率和拉伸强度为51%和31.2MPa，韧性增加了3.1倍，强度保留了90.7%。
实施例2. 将聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯和聚醋酸乙烯酯在鼓风干燥箱中60℃下干燥12小时，三者依照重量比100:40:3混合10分钟，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度150℃~190℃，转速180r/min，即可得到一种高强度高韧性全生物降解聚乳酸三元共混物，其断裂伸长率为125%，拉伸强度32.5MPa，而无聚醋酸乙烯酯的聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯二元共混物（重量比100:40）的断裂伸长率和拉伸强度为51%和31.2MPa，韧性增加了1.4倍，强度保留了104%。
实施例3. 将聚乳酸、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯和聚醋酸乙烯酯在鼓风干燥箱中60℃下干燥12小时，三者依照重量比100:30:6混合10分钟，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度160℃~190℃，转速250r/min，即可得到一种高强度高韧性全生物降解聚乳酸共混物，其断裂伸长率为119%，拉伸强度33.6MPa，而无聚醋酸乙烯酯的聚乳酸/聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯二元共混物（重量比100:30）的断裂伸长率和拉伸强度为48%和32.9MPa，韧性增加了1.5倍，强度保留了102%。
实施例4. 将聚乳酸、聚己内酯和聚醋酸乙烯酯在鼓风干燥箱中60℃下干燥12小时，三者依照重量比100:50:12混合10分钟，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度150℃~190℃，转速350r/min，即可得到一种高强度高韧性全生物降解聚乳酸三元共混物，其断裂伸长率为253%，拉伸强度26.5MPa，而无聚醋酸乙烯酯的聚乳酸/聚己内酯二元共混物（重量比100:50）的断裂伸长率和拉伸强度为73%和27.2MPa，韧性增加了2.5倍，强度保留了97%。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高强度高韧性全生物降解聚乳酸三元共混物，其特征在于：将干燥后的聚乳酸、高分子增韧剂和聚醋酸乙烯酯根据重量比100:20~60:2~20混合5~30分钟，然后在混炼设备中熔融共混，即可得到一种高强度高韧性全生物降解聚乳酸三元共混物。
2.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性全生物降解聚乳酸三元共混物，其特征在于：所述的干燥条件为50~110℃下放置2~24小时。
3.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性全生物降解聚乳酸三元共混物，其特征在于：所述的高分子增韧剂为聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚羟基脂肪酸酯、聚己内酯中的任意一种或者几种。
4.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性全生物降解聚乳酸三元共混物，其特征在于：所述的混炼设备为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、三螺杆挤出机、热开炼机、密炼机中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性全生物降解聚乳酸三元共混物，其特征在于：所述的熔融共混温度为150~220℃，转速为50~500转/分钟。
6.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性全生物降解聚乳酸三元共混物，其特征在于：相比于相同高分子增韧剂种类和含量的聚乳酸二元共混物，含有聚醋酸乙烯酯的聚乳酸三元共混物的断裂伸长率增加1倍以上的同时，拉伸强度保留90%以上。
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