一種高韌性聚乳酸複合材料及其製備方法
2023-06-10 19:32:31
一種高韌性聚乳酸複合材料及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種高韌性聚乳酸複合材料，由重量份58～98.9份聚乳酸樹脂、0.5～20份丁二烯/丙烯酸丁酯嵌段共聚物、0.5～20份木粉和0.1～2份擴鏈劑組成。本發明高韌性聚乳酸複合材料，採用丁二烯/丙烯酸丁酯嵌段共聚物作為增韌劑，可以起到有效增韌PLA樹脂的目的，有效解決PLA脆性的缺陷；同時採用木粉、擴鏈劑提高材料強度和剛性，保證PLA增韌的同時儘可能的保持了物料的強度和剛性。本發明還公開了一種高韌性聚乳酸複合材料的製備方法，採用雙螺杆擠出機熔融共混擠出造粒，設備簡單，操作方便，易於控制，成本較低，可以很好地提高PLA的韌性。
【專利說明】一種高韌性聚乳酸複合材料及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高分子材料領域，具體涉及一種高韌性聚乳酸複合材料及其製備方法。
【背景技術】
[0002]隨著人們環保意識的增強，開發利用環境友好型的生物可降解材料，代替不可降解的傳統石油基高分子材料，已成為目前研究開發的熱點。聚乳酸(PLA)是一種新型可降解材料，來源於植物澱粉發酵產生的乳酸，經化學轉化而成。PLA不但有聚乙烯、聚丙烯等石油合成樹脂所不具備的可再生性，而且具有良好的生物可降解性，可以在自然界中完全降解，最終生成對環境無害的二氧化碳和水，是最理想的綠色高分子材料。但是PLA存在韌性差、熔體粘度低、加工溫度範圍窄等缺點，這極大地限制了 PLA在對柔軟度有較高要求領域的應用。目前對PLA增韌改性有共混法、共聚法、控制成型工藝法等方法，以共混法製備操作最簡便。
[0003]聚丁二烯橡膠是一種良好的韌性材料，可以有效提高脆性材料的韌性。但聚丁二烯橡膠在增韌極性材料時存在兩大缺陷:1)增韌同時會較大程度降低材料的強度和剛性；
2)非極性的聚丁二烯與極性的PLA的相容性差，很難實現對PLA的有效增韌。
[0004]申請公布號為CN101875763A (申請號為201010205306.2)的中國發明專利申請公開了一種高韌性聚乳酸樹脂及其製備方法，其配方的成分和質量份數配比為:聚乳酸100份、增韌劑5~35份、增塑劑2~19份、抗氧劑0.1~1份；所述的聚乳酸的數均分子量為5~20萬；所述的增韌劑為甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物；所述的增塑劑為乙醯檸檬酸三正丁酯、檸檬酸三正丁酯、檸檬酸三乙酯或乙醯檸檬酸三乙酯。該技術方案通過甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物能夠很好地提高聚乳酸樹脂的韌性，斷裂伸長率有了較大的提高，但是其拉伸強度仍不理想。
[0005]申請公布號為CN102936401A (申請號為201210495315.9)的中國發明專利申請公開了一種超臨界二氧化碳微發泡聚乳酸/木粉複合材料的製備方法，所述原料按質量份數組成為:聚乳酸20~90份、木粉O~30份、增韌劑5~10份、有機溶劑O~50份、偶聯劑O~2份、潤滑劑0.5~2份以及pH調節劑≤0.1份，增韌劑具體選用聚乙二醇。該技術方案通過增加木粉使得超臨界二氧化碳發泡時候，更有利於形成泡孔，使得泡孔尺寸均勻，泡孔密度大，該技術方案著重提高的是發泡效果，但是，對複合材料的力學性能沒有提高。
【發明內容】
[0006]本發明提供了一種高韌性聚乳酸複合材料，所得材料具有高韌性兼具有較好的剛性和強度，克服了上述的缺陷。
[0007]一種高韌性聚乳酸複合材料，配方由以下重量份的原料組成:
[0008]聚乳酸樹脂58~98.9份； 丁二烯/丙烯酸丁酯嵌段共聚物0.5~20份； 木粉0.5~20份； 擴鏈劑0.1~2份。
[0009]本發明中，選用聚乳酸樹脂(PLA)作為基體樹脂，以丁二烯/丙烯酸丁酯嵌段共聚物作為增韌劑，同時，由於丁二烯/丙烯酸丁酯嵌段共聚物與其他組分具有良好的相容性，能夠提高本發明高韌性聚乳酸複合材料的綜合力學性能。木製品製作中產生的廢棄木粉具有來源廣泛、價格低等優點，在聚乳酸樹脂中使用該木粉不僅能降低生產成本，而且能降低產品密度和減小廢棄木粉對環境的汙染；另外木粉表面有較多的羥基，與聚乳酸樹脂的親合性良好，二者表面的羥基通過酯交換而牢固結合在一起，可以起到增強PLA、防止拉伸強度降低嚴重的作用。而擴鏈劑的加入，可以提高PLA的分子量，防止PLA加熱時降解導致性能的降低。在保證PLA樹脂的高強度的同時，可以提高擴鏈後的PLA樹脂的熱穩定性，並起到了一定的增韌作用。
[0010]聚乳酸樹脂作為基體樹脂，可採用市售產品，如採用美國NatureWorks公司市售的型號為4203D的產品。
[0011]丁二烯/丙烯酸丁酯嵌段共聚物作為增韌劑，丁二烯/丙烯酸丁酯嵌段共聚物具有良好的韌性，而丙烯酸丁酯的酯鍵可以提高丁二烯/丙烯酸丁酯嵌段共聚物與PLA的相容性。作為優選，所述的丁二烯/丙烯酸丁酯嵌段共聚物為式I結構的化合物；
[0012]
【權利要求】
1.一種高韌性聚乳酸複合材料，其特徵在於，由以下重量份的原料組成:
2.根據權利要求1所述的高韌性聚乳酸複合材料，其特徵在於，所述的丁二烯/丙烯酸丁酯嵌段共聚物為式I結構的化合物；
3.根據權利要求1所述的高韌性聚乳酸複合材料，其特徵在於，所述的木粉為楊木粉，其粒徑為60~100目。
4.根據權利要求1所述的高韌性聚乳酸複合材料，其特徵在於，所述的擴鏈劑為過氧化異辛酸叔丁酯。
5.根據權利要求1所述的高韌性聚乳酸複合材料，其特徵在於，由以下重量份的原料組成:
6.根據權利要求1~5任一項所述的高韌性聚乳酸複合材料的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: 將聚乳酸樹脂、丁二烯/丙烯酸丁酯嵌段共聚物、木粉和擴鏈劑混合均勻，然後在雙螺杆擠出機中熔融共混擠出，再經冷卻、切粒、乾燥後得到高韌性聚乳酸複合材料。
7.根據權利要求6所述的高韌性聚乳酸複合材料的製備方法，其特徵在於，所述的聚乳酸樹脂、丁二烯/丙烯酸丁酯嵌段共聚物和木粉先在60°C~80°C乾燥3~5h，然後按上述的重量份配比在高混機中混合均勻。
8.根據權利要求6所述的高韌性聚乳酸複合材料的製備方法，其特徵在於，所述的雙螺杆擠出機從進料到出料至少依次包括第一溫度段、第二溫度段、第三溫度段和第四溫度段，其中，第一溫度段的溫度為150°C~170°C，第二溫度段的溫度為160°C~180°C，第三溫度段的溫度為170°C~190°C，第四溫度段的溫度為180°C~200°C。
9.根據權利要求6所述的高韌性聚乳酸複合材料的製備方法，其特徵在於，所述的乾燥為 在60°C~80°C真空乾燥3~5h。
【文檔編號】C08K5/14GK103724958SQ201410004376
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月2日 優先權日:2014年1月2日
【發明者】蔡增坤, 楊志偉 申請人:杭州臨安宏凱工程塑料有限公司