一種強度高耐熱性好且降解性可控的聚乳酸改性材料及其製備方法與流程

2023-05-24 02:19:36 3

本發明涉及一種強度高耐熱性好且降解性可控的聚乳酸改性材料及其製備方法,屬於高分子材料技術領域。

背景技術：

聚乳酸（pla），別名聚丙交酯，是一種重要的乳酸衍生物，是以乳酸為單體經化學合成或生物合成得到的一類高分子材料。聚乳酸具有無毒無刺激、優良的生物相容性、易降解、可塑性強、易加工成型等優點，在高分子材料行業備受青睞，而在環境保護方面更是具有廣闊的應用前景。

聚乳酸雖然具有優異的生物相容性及易降解性，對環境十分友好的特點，但聚乳酸仍有許多不足之處，如強度低，韌性差，熱變形溫度低等問題，限制了其進一步發展和廣泛使用。故需要通過對聚乳酸改性研究來增強其性能，以拓寬其應用價值。

納米tio2亦稱鈦白粉，為白色疏鬆粉末，屏蔽紫外線作用強，有良好的分散性和耐候性，在汽車工業及諸多領域都顯示出美好的發展前景。納米tio2還具有很高的化學穩定性、熱穩定性、無毒性、超親水性、非遷移性，且完全可以與食品接觸，所以被廣泛用於諸多行業。

針對聚乳酸耐熱溫度低，強度低的缺點，不少國內外對此做了很多工作，但很少有技術說到同時提高耐熱溫度及強度而且又儘量壓低生產成本的。如中國專利（公開號：cn103374117a）公開了一種利用經過表面修飾的納米級稀有金屬氧化物來改性的耐熱型可降解樹脂的方法。雖有提高聚乳酸的耐熱性，但其強度得不到保證且所用原料成本較高。又如中國專利（公開號：cn105176022a）公開了一種利用多種酸酯及複合多種塑料來提高聚乳酸韌性的方法，雖然效果顯著提高聚乳酸韌性，但由於摻雜物過多降低了聚乳酸的天然性且成本較高。

技術實現要素：

本發明針對聚乳酸存在的耐熱性差及強度低的缺點，提供了一種強度高耐熱性好且降解性可控的聚乳酸改性材料及其製備方法，同時保證了環保及成本低等特性。本發明就技術上克服了上述現有材料技術存在的缺陷，並首次引入綠色光催化材料納米tio2和納米乳酸鈣，不僅明顯改善了聚乳酸的耐熱性及強度，還可選擇性的改變材料的降解性能。

一種強度高耐熱性好且降解性可控的聚乳酸改性材料，由下列質量份數的原料製成：聚乳酸：10-90份、填充劑：1-30份、交聯劑：1-5份、耐熱增韌改性劑：1-10份；輔助降解劑：0.2-2份。

所述的聚乳酸為平均分子量在5萬-15萬的l-聚乳酸和d-聚乳酸中的一種或兩種。

所述的填充劑為納米碳酸鈣和細度不小於5000目的蒙脫土中的一種或兩種。

所述的交聯劑為聚乙二醇和聚丙二醇中的一種或兩種。

所述的耐熱增韌改性劑為乙烯基樹脂玻璃鱗片和tmp-3000微細水晶透明粉。

所述的輔助降解劑為納米tio2和納米乳酸鈣。

一種強度高耐熱性好且降解性可控的聚乳酸改性材料的製備方法，具體步驟如下：

（1）將聚乳酸及填充劑經雙螺杆擠出機熔融共混擠出造粒，得到無機填充複合聚乳酸顆粒；

（2）將無機複合後的聚乳酸顆粒、交聯劑、耐熱增韌改性劑和輔助降解劑加入到攪拌機中混合均勻，再經雙螺杆擠出機在200℃條件下熔融，擠出造粒，在110℃下停留10分鐘，後自然冷卻，得到改性後的聚乳酸材料。

本發明旨在改善聚乳酸耐熱性及強度的基礎上提供了一種較為環保的低成本的聚乳酸改性材料及其製備方法。在耐熱性及強度，成本及環保等方面取得良好同步，使聚乳酸能有效地工業化及推廣普及。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發明做進一步具體說明，但發明不限於這些實施例。在不脫離本發明的思想方法的情況下，根據本領域的普通技術知識和慣用手段所作出的應用、替換及變更，均應包含在本發明的範圍內。

實施例1

一種強度高耐熱性好且降解性可控的聚乳酸改性材料，由下列質量份數的原料製成：聚乳酸：10份、填充劑：1份、交聯劑：1份、耐熱增韌改性劑：1份；輔助降解劑：0.2份。

所述的聚乳酸為平均分子量在5萬的3份l-聚乳酸和7份d-聚乳酸。

所述的填充劑為0.5份的納米碳酸鈣和0.5份的細度為5000目的蒙脫土。

所述的交聯劑為0.5份的聚乙二醇和0.5份的聚丙二醇中。

所述的耐熱增韌改性劑為0.5份的乙烯基樹脂玻璃鱗片和0.5份的tmp-3000微細水晶透明粉。

所述的輔助降解劑為0.1份的納米tio2和0.1份的納米乳酸鈣。

一種強度高耐熱性好且降解性可控的聚乳酸改性材料的製備方法，具體步驟如下：

（1）將聚乳酸及填充劑經雙螺杆擠出機熔融共混擠出造粒，得到無機填充複合聚乳酸顆粒；

（2）將無機複合後的聚乳酸顆粒、交聯劑、耐熱增韌改性劑和輔助降解劑加入到攪拌機中混合均勻，再經雙螺杆擠出機在200℃條件下熔融，擠出造粒，在110℃下停留10分鐘，後自然冷卻，得到改性後的聚乳酸材料。

實施例2

一種強度高耐熱性好且降解性可控的聚乳酸改性材料，由下列質量份數的原料製成：聚乳酸：50份、填充劑：15份、交聯劑：3份、耐熱增韌改性劑：5份；輔助降解劑：1份。

所述的聚乳酸為平均分子量在10萬的20份l-聚乳酸和30份d-聚乳酸。

所述的填充劑為5份的納米碳酸鈣和10份的細度為5000目的蒙脫土。

所述的交聯劑為1份的聚乙二醇和2份的聚丙二醇。

所述的耐熱增韌改性劑為3份的乙烯基樹脂玻璃鱗片和2份的tmp-3000微細水晶透明粉。

所述的輔助降解劑為0.5份的納米tio2和0.5份的納米乳酸鈣。

其餘同實施例1。

實施例3

一種強度高耐熱性好且降解性可控的聚乳酸改性材料，由下列質量份數的原料製成：聚乳酸：90份、填充劑：30份、交聯劑：5份、耐熱增韌改性劑：10份；輔助降解劑：2份。

所述的聚乳酸為平均分子量在15萬的30份的l-聚乳酸和60份的d-聚乳酸。

所述的填充劑為10份的納米碳酸鈣和20份的細度為5000目的蒙脫土。

所述的交聯劑為2份的聚乙二醇和3份的聚丙二醇。

所述的耐熱增韌改性劑為4份的乙烯基樹脂玻璃鱗片和6份tmp-3000微細水晶透明粉。

所述的輔助降解劑為1份的納米tio2和1份納米乳酸鈣。

其餘同實施例1。

對比例1

一種強度高耐熱性好且降解性可控的聚乳酸改性材料，由下列質量份數的原料製成：聚乳酸：100份、填充劑：40份、交聯劑：6份、耐熱增韌改性劑：12份；輔助降解劑：3份。

所述的聚乳酸為平均分子量在10萬的50份的l-聚乳酸和50份的d-聚乳酸。

所述的填充劑為10份的納米碳酸鈣和30份的細度為5000目的蒙脫土。

所述的交聯劑為3份的聚乙二醇和3份的聚丙二醇。

所述的耐熱增韌改性劑為6份的乙烯基樹脂玻璃鱗片和6份的tmp-3000微細水晶透明粉。

所述的輔助降解劑為2份的納米tio2和1份的納米乳酸鈣。

其餘同實施例1。

對比例2

一種強度高耐熱性好且降解性可控的聚乳酸改性材料，

所述的輔助降解劑為1份的納米tio2。

其餘同實施例2。

對比例3

一種強度高耐熱性好且降解性可控的聚乳酸改性材料的製備方法，具體步驟如下：

（1）將聚乳酸及填充劑經雙螺杆擠出機熔融共混擠出造粒，得到無機填充複合聚乳酸顆粒；

（2）將無機複合後的聚乳酸顆粒、交聯劑、耐熱增韌改性劑和輔助降解劑加入到攪拌機中混合均勻，再經雙螺杆擠出機在220℃條件下熔融，擠出造粒，在100℃下停留10分鐘，後自然冷卻，得到改性後的聚乳酸材料。

其餘同實施例3。

各個實施例及對比例製得的聚乳酸改性材料的各項性能數據如下：

從上表數據可以看出，在本發明製得的聚乳酸改性材料（實施例1-3）的拉伸強度、斷裂伸長率、衝擊強度、微卡軟化溫度都優於對比例1（原料配比不同）、對比例2（輔助降解劑僅為納米tio2）和對比例3（製備工藝溫度不同），尤其是以實施例2的效果最佳，可見本發明採用了特定的原料配比，選用納米tio2和納米乳酸鈣作為複合輔助降解劑，再用一定的製備工藝溫度，聯合作用，得到的聚乳酸改性材料不僅強度高、耐熱性好，而且降解性可控，對於聚乳酸的進一步工業化生產和推廣普及有促進作用。