CN115232452B - 一种高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料及其制备方法，采用机械共混的加工方式，将聚乳酸、滑石粉、聚乙二醇、聚己二酸‑对苯二甲酸丁二醇酯和聚碳化二亚胺按照一定比例混合后，用双螺杆挤出机充分混合，然后用注塑机制成哑铃状片材，在模拟高温高湿度的环境中放置一定时间后进行力学性能测试。该聚乳酸服装辅料在温度为70℃、湿度为90％的环境中具有较强的拉伸强度，且可以长时间不降解。

Description

一种高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚乳酸材料加工技术领域，特别涉及一种高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料及其制备方法。

背景技术

随着世界经济的发展与人类科学的进步，可持续发展已成为必然的趋势。全球每年产生大量的废旧衣服及纺织品，大部分被焚烧和填埋，只有少部分回收利用，而且目前回收再利用的成本较高，因此亟需研发适用于服装及辅料的可降解材料，并制备出高性能的可降解辅料产品。

聚乳酸(PLA)原料主要来源于玉米、木薯、甘蔗或甜菜浆等可再生物质，是一种热塑性脂肪族聚酯材料。因此，PLA又被称为可再生材料。此外，PLA在工业堆肥条件下可生物降解，首先发生水解过程，然后在微生物的作用下得以降解。因此，废旧的PLA制品可以采用填埋的方式进行处理。PLA除了具有生物可降解、可再生的特性，还具有良好的加工性和出色的物理性能。在加工性能方面，PLA更加适合吹膜、纺丝以及成型挤出板材等加工方式；在物理性能方面，PLA具有高强度、高模量以及优异的耐皱、耐卷曲和耐油脂性能，并对芳香类物质展现出良好的阻隔性。以上特点决定PLA制品具有巨大的应用潜力，对PLA材料的研究及改性已经得到人们的高度重视。

然而，在服装辅料应用中PLA仍然具有诸多缺点。例如，韧性较差，制备出的服装辅料脆性大；加工过程结晶速度较慢，耐热性差；与亲水性材料相容性较差；分子链末端基存在羟基和羧基，水解不稳定。当PLA作为辅料应用于服装制品时，最大的问题就是耐热、耐湿性能差。尤其在服装制品出口时，PLA服装辅料经历海洋性环境，一方面在集装箱中温度较高(40℃以上)，另一方面湿度较大(相对湿度60％以上)，这样的环境导致PLA制品发生严重的降解，导致产品性能下降，无法满足实际应用需求。因此，需要对PLA材料进行改性，提高其耐热、耐湿性能，最终满足PLA服装辅料的使用需求。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明旨在提供一种高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料，按质量份数计，包括以下原料：聚乳酸58-99份，滑石粉(Talc)3-10份，聚乙二醇(PEG)5-15份、聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)5-15份，抗水解剂1-1.8份。

进一步地，按质量份数计，包括以下原料：聚乳酸85.8份，滑石粉3份，聚乙二醇5份、聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯5份，抗水解剂1.2份。

进一步地，所述聚乳酸重均分子量为195000。

进一步地，所述滑石粉的粒径为1250-2000目。

进一步地，所述抗水解剂为聚碳化二亚胺(PCDI)。

本发明还提供一种高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料的制备方法，包括以下步骤：

按质量称取原料，将聚乙二醇与聚乳酸在转速为200r/min转速下混合，然后依次将聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、滑石粉和聚碳化二亚胺加入混合液中，200r/min转速下继续搅拌30min，造粒，注塑成型，即得高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料。

滑石粉熔点高、分散性好，且价格低廉。将其添加到生物可降解塑料中可增加材料的刚性、热变形温度、尺寸稳定性、表面硬度等；同时，超细滑石粉还可作为聚乳酸的无机成核剂，添加适量超细滑石粉，可提高聚乳酸的结晶度和结晶速率，大大提高其力学性能。

本发明还提供一种高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料在服装制品中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明采用机械共混的加工方式，将PLA、滑石粉、聚乙二醇、聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯和聚碳化二亚胺在双螺杆挤出机充分混合后，用注塑机制成哑铃状片材，该片材在高温(70℃)、高湿度(90％)的环境中放置一定时间后拉伸强度提高，可有效降低在高温高湿环境下的降解速率。

聚乳酸材料结晶速度慢，加工过程中导致其耐热性较差，当添加结晶促进剂-滑石粉后有助于晶核的形成，加速结晶，提升耐热性；聚乙二醇、聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯可以提高聚乳酸韧性，使聚乳酸分子链更加容易活动，有助于与滑石粉结合。聚乳酸不耐高湿是因为聚乳酸大分子链端存在大量的羟基和羧基，由它们引起的水解断裂速度比自由链断裂速度快十倍。抗水解剂-聚碳化二亚胺与聚乳酸中的羟基或者羧基发生封端反应，生成比较稳定的酰脲结构，从而有效提升了聚乳酸的耐湿稳定性。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本发明中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。

一种高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料，按质量份数计，包括以下原料：聚乳酸58-99份，滑石粉(Talc)3-10份，聚乙二醇(PEG)5-15份、聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)5-15份，聚碳化二亚胺1-1.8份。

在一些优选实施例中，按质量份数计，包括以下原料：聚乳酸85.8份，滑石粉3份，聚乙二醇5份、聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯5份，抗水解剂1.2份。

在一些优选实施例中，所述聚乳酸重均分子量为195000。

在一些优选实施例中，所述滑石粉的粒径为1250-2000目。

本发明还提供一种高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料的制备方法，包括以下步骤：

按质量称取原料并置于真空干燥箱中，在60℃条件下干燥2-6h；将聚乙二醇与聚乳酸在转速为200r/min转速下进行磁力搅拌2-4h，然后依次将聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、滑石粉和聚碳化二亚胺加入混合液中，200r/min转速下继续搅拌30min；将混料倒入双螺杆挤出机中进行加工，挤出时的加工温度调整为180-200℃，时间为5min，充分挤出加工后得到共混的粒料；再将共混的粒料放置于哑铃状的模具中进行注塑，使用温度为150-200℃(优选为190℃)，时间为3-6min(优选为5min)，得到哑铃状的聚乳酸片材，将片材取出在室温下晾干，即得高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料。

本发明还提供一种高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料在服装制品中的应用。

本发明所用聚乳酸型号为海正213TR聚乳酸、海正Revode 213T聚乳酸、海正Revode 210聚乳酸、海正Revode 190聚乳酸、丰源聚乳酸；分别购买自浙江海正生物材料股份有限公司和安徽丰原聚乳酸有限公司。

实施例1

一、按照表1所示的原料进行合理配比，制成编号1-13的样品，并将样品在温度为70℃、湿度为90％的条件下进行力学性能测试(使用万能强力机进行拉伸强力(N)测试，把样品条上下加紧，每个样品测试3-5个取平均值)，平均结果记录于表2中。

制备方法如下：

按质量称取原料并置于真空干燥箱中，在60℃条件下干燥4h；将聚乙二醇与聚乳酸在转速为200r/min转速下进行磁力搅拌2h，然后依次将聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、滑石粉和聚碳化二亚胺加入混合液中，200r/min转速下继续搅拌30min；将混料倒入双螺杆挤出机中进行加工，挤出时的加工温度调整为200℃，时间为5min，充分挤出加工后得到共混的粒料；再将共混的粒料放置于哑铃状的模具中进行注塑，使用温度为190℃，时间为5min，得到哑铃状的聚乳酸片材(长度7.5cm，两头宽度1cm，中间宽度0.5cm，厚度0.2cm)，将片材取出在室温下晾干，即得高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料。

表1

样品编号	样品配方
		1	100份海正213TR聚乳酸
2	100份海正Revode213T聚乳酸
		3	100份海正Revode210聚乳酸
4	100份海正Revode190聚乳酸
		5	100份丰原聚乳酸
6	97份海正213TR聚乳酸+3份1250目滑石粉
		7	95份海正213TR聚乳酸+5份1250目滑石粉
8	92份海正213TR聚乳酸+8份1250目滑石粉
		9	90份海正213TR聚乳酸+10份1250目滑石粉
10	97份海正213TR聚乳酸+3份2000目滑石粉
		11	95份海正213TR聚乳酸+5份2000目滑石粉
12	92份海正213TR聚乳酸+8份2000目滑石粉
		13	90份海正213TR聚乳酸+10份2000目滑石粉

表2

注：“脆化”为样品被夹具加持时，以及发生破碎现象，无法进行下一部拉伸测试。

从样品1-5中可以看出，海正213TR聚乳酸样品性能最佳，经过30天高温高湿条件处理后拉伸强度仍能保持58％(计算方法：第三十天测试强力413N÷712N＝0.58，即58％)，其余聚乳酸强度下降明显，15天后即发生脆化，导致强度无法测量。

从样品6-9中可以看出，添加1250目滑石粉后海正213TR聚乳酸的强度下降，并且随着添加量的增多其强度下降也愈加明显，分别下降了12％、12.6％、16.4％、26.4％((样品-原聚乳酸样品)/原聚乳酸样品，其它数据计算方式同理)，综合考虑，添加3-5份效果较好。

从样品10-13中可以看出，添加2000目滑石粉对海正213TR聚乳酸的强度影响较大，强度下降明显，分别下降19.5％、19.8％、21.2％、21.6％。

综上，添加1250目滑石粉和2000目滑石粉均能提高海正213TR聚乳酸的耐高温、耐湿性能，并且综合比较发现，添加3-5份1250目滑石粉制备的样品效果最佳。

二、按照表3所示的原料进行合理配比，制成编号14-19的样品，并将样品在温度为70℃、湿度为90％的条件下进行力学性能测试，设定平行试验，平均结果记录于表4中。

制备方法同实施例1。

表3

表4

从表4中可以看出，添加聚乙二醇和聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯后，213TR聚乳酸样品强度下降，当聚乙二醇添加量不变(5份)，聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯增多(从5份增加到15份)，强度分别下降4.5％(712-680＝32，32÷712＝4.5％)，6.6％(712-665＝47，47÷712＝6.6％)，8.7％(712-650-62，62÷712＝8.7％)，综合考虑，添加5份聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯效果较好。

从表4中可以看出，添加聚乙二醇和聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯后，213TR聚乳酸样品强度下降，当聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯不变(5份)，聚乙二醇增多(从5份增加到15份)，强度分别下降4.5％(712-680＝32，32÷712＝4.5％)，9.7％(712-643＝69，69÷712＝9.7％)，10.4％(712-638-74，74÷712＝10.4％)，综合考虑，添加5份聚乙二醇效果较好。

从表4中可以看出，添加聚乙二醇和聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯后，213TR聚乳酸样品的耐高温、高湿性能有提升，213TR聚乳酸经过30天高温高湿条件处理后拉伸强度仍能保持58％，添加5份聚乙二醇，5份聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯后强度保持率为62.1％，添加5份聚乙二醇，10份聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯后强度保持率为61.1％，添加5份聚乙二醇，15份聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯后强度保持率为60％，添加10份聚乙二醇，5份聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯后强度保持率为59.1％，添加15份聚乙二醇，5份聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯后强度保持率为59.4％。

综上，添加聚乙二醇和聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯能提高海正213TR聚乳酸的耐高温、耐湿性能，并且综合比较发现，添加5份聚乙二醇和5份聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯制备的样品效果最佳。

三、按照表5所示的原料进行合理配比，制成编号20-24的样品，并将样品在温度为70℃、湿度为90％的条件下进行力学性能测试，设定平行试验，平均结果记录于表6中。

制备方法同实施例1。

表5

表6

从表6中可以看出，聚碳化二亚胺的添加对213TR聚乳酸样品的强度有影响，随着添加量的增多，强度轻微下降。对耐高温、高湿性能影响较大，相比而言，编号20-24样品经过30天高温高湿后，强度保持率分别为58％(20号样品30天后强度413÷712＝58％，其余计算方式一样)、85％(21号样品30天后强度597÷702＝85％)、90％(22号样品30天后强度628÷698＝90％)、84.1％(23号样品30天后强度585÷696＝84.1％)、83.7％(23号样品30天后强度580÷693＝83.7％)。由此确定，编号为22的样品最佳，因此聚碳化二亚胺的添加量为1.2份最佳。

四、按照表7所示的原料进行合理配比，制成编号25-27的样品，并将样品在温度为70℃、湿度为90％的条件下进行力学性能测试，设定平行试验，平均结果记录于表8中。

表7

表8

从表8中可以看出，相比而言，编号25-27样品经过30天高温高湿后，强度保持率分别为58％(25号样品30天后强度413÷712＝58％，其余计算方式一样)、96.4％(26号样品30天后强度660÷685＝96.4％)、94.3％(27号样品30天后强度640÷679＝94.3％)、。由此确定，编号为26的样品最佳，即由85.8份聚乳酸，5份聚乙二醇、5份聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯，3份1250目滑石粉，1.2份聚碳化二亚胺组成的配方的产品耐高温、高湿性能最佳。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料，其特征在于，按质量份数计，包括以下原料：聚乳酸85.8份，滑石粉3份，聚乙二醇5份、聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯5份，抗水解剂1.2份。

2.根据权利要求1所述的高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料，其特征在于，所述聚乳酸重均分子量为195000。

3.根据权利要求1所述的高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料，其特征在于，所述滑石粉的粒径为1250-2000目。

4.根据权利要求1所述的高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料，其特征在于，所述抗水解剂为聚碳化二亚胺。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按质量称取原料，将聚乙二醇与聚乳酸在转速为200r/min转速下混合，然后依次将聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、滑石粉和抗水解剂加入混合液中，200r/min转速下继续搅拌30min，造粒，注塑成型，即得高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料。

6.一种如权利要求1-4任一项所述的高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料在服装制品中的应用。