一種高抗衝的聚乳酸複合材料及其製備方法

2023-10-24 13:07:47

專利名稱：一種高抗衝的聚乳酸複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種高抗衝的聚乳酸複合材料及其製備方法，屬於高 分子材料領域。
背景技術：
高分子材料由於其自身優異的性能，在國民經濟和人們生活中得 到廣泛應用。然而現在使用的大多數高分子材料在自然環境中都難以 降解，大量塑料廢棄物造成嚴重的白色汙染，導致人類生存環境的惡 化。而且合成此類高聚物的原料大多來源於有限不可再生的石油資 源，這不符合人類可持續發展的要求。近年來，為解決塑料垃圾問題， 擺脫對石油資源的依賴，開發來源於可再生資源的完全可生物降解材 料已成為學術界和工業界的研究熱點。
在眾多已開發的生物降解高分子材料中，聚乳酸是最有發展潛力 的一種。聚乳酸是一種以可再生資源為原料經過化學合成製備的生物 降解高分子。它以生物資源為原料，擺脫了對石油資源的依賴，同時 其具有良好的生物降解性、相容性和可比擬通用塑料的力學強度，因 此它被認為是石油基聚合物的理想替代品。近年來，隨著價格的降低， 聚乳酸的應用逐漸擴展到通用塑料領域，特別是包裝材料方面。這對 於減少環境汙染、節省石油資源以及減輕地球溫室效應方面具有十分 重要的意義。然而，聚乳酸柔軟性和抗衝擊性能較差，常溫下是一種
硬而脆的材料，這直接導致其不適宜用於韌性要求較高的領域，限制 聚乳酸的廣泛應用。為克服上述缺點，改善PLA材料的力學性能和加
工性能,人們已經在PLA化學改性和物理共混改性方面做了許多的工
作。化學共聚改性可提高聚乳酸的韌性或柔軟性。中國專利
CN1367189A將聚乙烯醇、丙烯酸等接枝到聚乳酸主鏈中，明顯改善 了聚乳酸的柔韌性，但是工藝複雜，成本較高，商業上成功通過共聚 合技術提高聚乳酸韌性的例子較少。相對於化學改性，物理共混改性 更為經濟有效。中國專利CN 03117482. 5和CN0212345. 1通過向聚乳 酸添加小分子增塑劑有效地降低聚乳酸的玻璃化轉變溫度，提高聚乳 酸分子鏈的活動能力，從而改善聚乳酸的脆性。但是小分子增塑劑易 遷移，導致材料老化(Polymer 44 (2003) 7679-7688)，而且增塑聚 乳酸材料的強度和耐熱性在某些應用領域達不到要求。

發明內容
本發明的目的是針對現有聚乳酸所存在的問題，提供一種高抗衝 的聚乳酸複合材料及其製備方法。
本發明提供的一種高抗衝聚乳酸複合材料的配方的組成成分和 重量份數為聚乳酸100份、聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體5 — 40份
和熱穩定劑0.01-5份組成；
所述的聚乳酸數均分子量為5—20萬；
所述的聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體為端羧基脂肪族聚醯胺嵌段 與端羥基聚醚二元醇通過酯化反應製備的多嵌段共聚物，其結構
formula see original document page 6式中，PA為硬段聚醯胺段，PE為軟段聚醚段；
硬段聚醯胺段包括尼龍6、尼龍ll、尼龍12、尼龍4/6、尼龍 6/6、尼龍6/10、尼龍6/11或尼龍6/12;
軟段的聚醚二元醇包括聚環氧乙垸、聚環氧丙烷或聚四氫呋喃；
硬段聚醯胺(PA)和軟段聚醚(PE)嵌段的相對分子質量分別為 500 1000和1000 3000，聚醚軟段的質量分數應為60% 80%;
熱穩定劑為四[3-(3', 5' — 二叔丁基)丙酸]季戊四醇(抗氧劑 1010)、三(2， 4 —二叔丁基苯基)亞磷酸酯(抗氧劑168)或雙(2， 4一二叔丁基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯(AT—626抗氧劑)。
一種高抗衝的聚乳酸複合材料製備方法如下
按配比將預先乾燥的聚乳酸、聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體和抗 氧劑進行機械混合，混合時間3 — 5分鐘，然後將混好的材料加入到 密煉機中，在180 —2CXTC、 50—80轉/分鐘的條件下混合5_8分鐘； 再在開煉機上於180 — 20(TC拉出片材，冷卻後的片材再用切粒機切 成粒料；或者，
預混合的材料後直接用雙螺杆擠出機擠出造粒得到目標材料；所 述的擠出造粒條件為雙螺杆擠出機的設定溫度為 一區120-140
。C， 二區160-180°C，三區170-190°C，四區175-200°C，五區 180-200°C，六區180-210°C，七區:180-200°C，機頭170-195 °C;螺杆轉速100-300rpm。
本發明的優點是選用的彈性體增韌劑有效提高了聚乳酸的抗衝
擊強度，衝擊強度高達66KJ/m2，解決聚乳酸材料脆性嚴重的缺陷， 從而拓寬聚乳酸的應用範圍；選用的抗氧劑可以防止加工過程中聚乳 酸的熱降解。且加工原料易得，生產工藝簡單；用物理共混的手段降 低材料的脆性，成本低廉，適合大規模生產。
具體實施例方式
實施例l:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數均分子量5萬 100份
聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體 5份
抗氧劑1010 O.Ol份 所述的聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體聚醚軟段為聚四氫呋喃，分 子量為3000，其質量分數為60%;硬段材料是尼龍12，其分子量為 500;
先將各組分在行機械混合5-10分鐘，再將混合好的原料加入到 密煉機中，在18CTC-20(TC， 60轉的條件下混合6分鐘，再迅速在 180 — 20(TC的開煉機上拉出片材，冷卻後的片材再用切粒機切成粒 料，得到目標材料。目標材料的拉伸強度為56Mpa，斷裂伸長率20%， 缺口衝擊強度為12KJ/m2。 實施例2:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數均分子量20萬 100份
聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體 40份
抗氧劑AT-626 5份
所述的聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體聚醚軟段為聚四氫呋喃，分
子量為3000，軟段質量分為80%;硬段為尼龍12，分子量為500; 先將各組分進行機械混合合5-10分鐘，再將混合好的原料加入
到雙螺杆擠出機擠出造粒得到目標材料；擠出機的設定溫度為加料
段50 — 120。C，混合段175 — 195。C，塑化段溫度180 — 200。C，機頭
溫度175 — 195。C。目標材料的拉伸強度為29Mpa，斷裂伸長率269%，
缺口衝擊強度為45KJ/m2。
實施例3:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數均分子量20萬 100份
聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體 40份
抗氧劑AT626 0. 01份
所述的聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體軟段為聚四氫呋喃，分子量
為IOOO，軟段質量分為80%;硬段為尼龍12，分子量為1000;
製備條件如實施例2，所得到的材料力學性能如下拉伸強度為
33Mpa，斷裂伸長率110%，缺口衝擊強度為19KJ/m2。
實施例4:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數均分子量5萬 100份
聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體 5份
抗氧劑1010 0. 1份
所述的聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體聚醚軟段為聚環氧乙垸，分 子量為IOOO，軟段質量分為60%;硬段為尼龍6，分子量為1000;
製備條件如實施例1。所得到的材料力學性能如下拉伸強度為
47Mpa，斷裂伸長率14%，缺口衝擊強度為10KJ/m2。
實施例5:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數均分子量15萬 100份
聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體 15份
抗氧劑1010 0. 1份
所述的聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體聚醚軟段為聚環氧丙烷，分 子量為1000，軟段質量分為70%;硬段為尼龍ll，分子量為1000;;
製備條件如實施例l，所得到的材料力學性能如下拉伸強度為
39Mpa，斷裂伸長率160%,缺口衝擊強度為18KJ/nf。
實施例6:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數均分子量10萬 100份
聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體 20份
抗氧劑168 0. Ol份
所述的聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體聚醚軟段為環氧乙烷，分子 量為2000，軟段質量分為70%;硬段為尼龍12，分子量為1000;
製備條件如實施例2，所得到的材料力學性能如下拉伸強度為
35Mpa，斷裂伸長率232%，缺口衝擊強度為53KJ/m2。
實施例7:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數均分子量10萬 100份
聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體 15份
抗氧劑AT626 0. 3份
所述的聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體聚醚軟段為聚四氫呋喃，分 子量為3000,軟段質量分為70%;硬段為尼龍6/12，分子量為1000;
製備條件如實施例2，所得到的材料力學性能如下拉伸強度為
38Mpa，斷裂伸長率262%，缺口衝擊強度為56KJ/m2。
實施例8:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數均分子量8萬 100份
聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體 15份
抗氧劑1010 0.3份
所述的聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體聚醚軟段為聚四氫呋喃，分
子量為2000，軟段質量分為80%;硬段為尼龍6/6，分子量為1000;; 製備條件如實施例2，所得到的材料力學性能如下拉伸強度為
36Mpa，斷裂伸長率301%，缺口衝擊強度為47KJ/m2。
實施例9:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數均分子量10萬 100份
聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體 15份
抗氧劑168 5份
所述的聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體聚醚軟段為聚四氫呋喃，分
子量為3000軟段，質量分數為80%;硬段為尼龍12，分子量為500; 製備條件如實施例l，所得到的材料力學性能如下拉伸強度為
42Mpa，斷裂伸長率271%，缺口衝擊強度為42KJ/m2。
實施例10:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數均分子量10萬 100份
聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體 20份
抗氧劑168 0. 1份
所述的聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體軟段為聚環氧丙烷，分子量 為3000，軟段質量分為80%;硬段為尼龍12，分子量為500;
製備條件如實施例2，所得到的材料力學性能如下拉伸強度為
36Mpa，斷裂伸長率230%，缺口衝擊強度為66KJ/m2。
實施例ll:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數均分子量10萬 100份
聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體 40份
抗氧劑168 0. 5份
所述的聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體聚醚軟段為聚環氧乙垸，分 子量為3000，軟段質量分為70%，硬段為尼龍12，分子量為1000;
製備條件如實施例l，所得到的材料力學性能如下拉伸強度為 30Mpa，斷裂伸長率195%，缺口衝擊強度為32KJ/m2。
實施例12:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數均分子量10萬 100份
聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體 20份
抗氧劑168 0. 1份
所述的聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體聚醚軟段為聚四氫呋喃，分
子量為2000，軟段質量分為70%;硬段為尼龍12，分子量為1000; 製備條件如實施例2，所得到的材料力學性能如下拉伸強度為
34Mpa，斷裂伸長率200%，缺口衝擊強度為52KJ/m2。
權利要求
1、一種高抗衝聚乳酸複合材料，其特徵在於，其配方的組成成分和重量份數為聚乳酸100份、聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體5—40份和熱穩定劑0.01-5份組成；所述的聚乳酸數均分子量為5—20萬；所述的聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體為端羧基脂肪族聚醯胺嵌段與端羥基聚醚二元醇通過酯化反應製備的多嵌段共聚物，其結構式中，PA為硬段聚醯胺段，PE為軟段聚醚段；硬段聚醯胺段包括尼龍6、尼龍11、尼龍12、尼龍4/6、尼龍6/6、尼龍6/10、尼龍6/11或尼龍6/12；軟段的聚醚段包括聚環氧乙烷、聚環氧丙烷或聚四氫呋喃；硬段聚醯胺和軟段聚醚嵌段的相對分子質量分別為500～1000和1000～3000，聚醚軟段的質量分數應為60％～80％。熱穩定劑為四[3-(3′，5′—二叔丁基)丙酸]季戊四醇、三(2，4—二叔丁基苯基)亞磷酸酯或雙(2，4—二叔丁基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯。
2、 按照權利要求1所述的一種高抗衝的聚乳酸複合材料的製備 方法，其特徵是步驟和條件如下按配比將預先乾燥的聚乳酸、聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體和抗 氧劑進行機械混合，混合時間3 — 5分鐘，然後將混好的材料然後將混好的材料加入到密煉機中，在180 —200°C、 50—80轉/分鐘的條件 下混合5 —8分鐘；再在開煉機上於180 —20(TC的拉出片材，冷卻後 的片材再用切粒機切成粒料；或者，預混合後直接用雙螺杆擠出機擠出造粒得到目標材料；所述的擠 出造粒條件為雙螺杆擠出機的設定溫度為 一區120-140°C， 二區160-180°C，三區170-190°C，四區175-200°C，五區180-200 °C，六區180-210°C，七區180-200°C，機頭170-195°C;螺杆 轉速100-300rpm。
全文摘要
本發明提供了一種高抗衝的聚乳酸複合材料及其製備方法。該複合材料由重量份數100份的聚乳酸、5-40份的一種或多種聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體，0.01-5份的一種或多種熱穩定劑組成。將聚乳酸與聚醚-b-醯胺類熱塑性彈性體和熱穩定劑進行機械混合，再用密煉機或雙螺杆擠出機熔融加工。本發明材料易得，生產工藝簡單，有效提高了聚乳酸的抗衝擊強度，缺口懸臂梁衝擊強度由純聚乳酸的5KJ/m2提高至66KJ/m2，解決聚乳酸材料脆性嚴重的缺陷，從而極大拓寬聚乳酸的應用範圍。
文檔編號B29B7/28GK101392094SQ200810051378
公開日2009年3月25日 申請日期2008年11月4日 優先權日2008年11月4日
發明者冉祥海, 莊宇剛, 張坤玉, 董麗松, 韓常玉 申請人:中國科學院長春應用化學研究所