CN100566978C - 一种可降解塑料pla形成贝壳层状结构的方法 - Google Patents

一种可降解塑料pla形成贝壳层状结构的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可降解塑料PLA形成贝壳层状结构的方法，包括：(1)在150-200℃，注射压力为60bar～160bar条件下注塑可降解塑料PLA样条；(2)将注塑好的PLA样条，剪切35mm×10mm×4mm长方体形状；(3)将制备好的PLA样条放入模具的腔体中部，0-170℃、0-150min和0-1000MPa压力下聚合物出现低温压力诱导流动，形成微观贝壳层结构化的PLA。该方法改善了制品的外观性能，提高了材料的冲击、拉伸和弯曲等力学性能，全面提升了PLA作为材料的应用广泛性。

Description

一种可降解塑料PLA形成贝壳层状结构的方法
技术领域
本发明属于高分子材料的结构仿生制备领域，特别是涉及一种可降解塑料PLA形成贝壳层状结构的方法。
背景技术
聚乳酸(PLA)作为可降解、可再生的生物高分子材料，已经引起了广大科研工作者的大量的研究，但是PLA材料的脆性却限制了它的应用。一般通过共混、共聚和复合等改善PLA材料的脆性，和通过多尺度结构的合理取向、排列来增加高分子材料的力学性能，如：蛋白质组成的蜘蛛丝可以成为韧性最好的高分子材料，最普通的聚乙烯可以制备比强度高于钢的高强高模纤维。近年来，随着对生物结构的研究，结构仿生得到广泛的关注。
自然界在长期的进化演变过程中，贝壳的珍珠层中的文石晶体在多级尺度水平(从纳米到数十微米)上表现出高度的有序性，因此力学性能比文石晶体高很多，如其韧性是普通CaCO3晶体的3000余倍。大量的数学模型分析和实验研究表明，有序层状砖墙结构是贝壳高力学性能的重要基础。因此，近年来大量的材料科学家正在研究如何在人工合成材料中形成象贝壳一样的有序层状砖墙微观结构。
一般来说，宏观水平上，层状织物增强聚合物复合材料，在需要又强又轻材料的许多领域发挥了重要的作用；微米水平上，无机硅酸盐(如蒙脱土)作为增强材料与聚合物基体形成的纳米复合材料中，通过插层使片层状黏土剥离均匀分散在聚合物基体中，赋予了材料很高的强度和刚度；在纳米水平上，石墨单分子(graphene)片状单元结构与高分子形成的复合材料，赋予了材料优异的力学性能；在分子水平上，芳香片状分子增强柔性分子链的合成材料也具有优异的力学性能，但是这种添加片状增强体形成的复合材料，一般片状结构单元是无规取向，影响了增强效果的发挥，并且由于团聚作用造成材料的缺陷，影响材料的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种可降解塑料PLA形成贝壳层状结构的方法，此法可从结构仿生出发达到增韧的目的，并且制备出的材料表面光滑，改善了制品的外观性能，同时由于贝壳层状微观结构的形成提高了材料的冲击、拉伸和弯曲等力学性能，全面提升了PLA作为材料的应用广泛性。
本发明一种可降解塑料PLA形成贝壳层状结构的方法，包括以下步骤：
(1)在150-200℃，注射压力为60bar～160bar条件下注塑可降解塑料PLA样条；
(2)将注塑好的PLA样条，剪切为长方体形状；
(3)将制备好的PLA样条放入模具的腔体中部，0-170℃、0-150min和0-1000MPa压力下聚合物出现低温压力诱导流动，最终形成微观贝壳层结构化的PLA。
所述步骤(1)中的可降解塑料PLA的特性粘数为1.08736dL/g、熔点为168℃；
所述步骤(1)中的可降解塑料PLA样条形状是80mm×10mm×4mm；
所述步骤(2)中的长方体形状为35mm×10mm×4mm；
所述步骤(3)中的模具内空腔为80mm×10mm×4mm的长方体；
所述步骤(3)中的形成微观贝壳层结构后的PLA的特性粘数为1.0658dL/g、熔点为168℃。
所述步骤(3)中的0-170℃优选50-150℃；
所述步骤(3)中的0-150min优选5-20min；
所述步骤(3)中的0-1000MPa优选100-700MPz；
本方法可在硫化机、压力机等压力设备上，通过模压、冲压或连续式等方法进行加工。
附图说明
图1PLA原样的冲击断面
图2PLA的珍珠层状结构的表面
图3PLA的珍珠层状结构的截面
图4贝壳珍珠层的微观结构
图5PLA原样的冲击断面
图6PLA在150MPa压力下加工的冲击断面
图7PLA酸在300MPa压力下加工的冲击断面
图8PLA热处理20min后的冲击断面
图9PLA热处理90min后的冲击断面
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的阐述，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
在150-200℃，注射压力为60bar～160bar条件下注塑可降解塑料PLA样条；将注塑好的PLA样条，剪切为35mm×10mm×4mm的长方体形状；将制备好的PLA样条放入空腔为80mm×10mm×4mm的模具腔体中部；在50℃及1.2GPa的压力下，压制5min，固态成型，形成微观贝壳层结构化的PLA。图1为注塑制备的PLA样条的微观结构，图2、3为固态成型后的PLA的贝壳层状微观结构形貌，图4为贝壳层状结构的微观结构。
实施例2
在150-200℃，注射压力为60bar～160bar条件下注塑可降解塑料PLA样条；将注塑好的PLA样条，剪切为35mm×10mm×4mm的长方体形状；将制备好的PLA样条放入空腔为80mm×10mm×4mm的模具腔体中部；在110℃，300MPa的压力条件下保持5min，固态成型，形成微观贝壳层结构化的PLA，成型后未经热处理的PLA样条的力学性能如下：
  样条100℃的结晶时间(min)   加工后样条的冲击强度(kJ/m<sup>2</sup>)   原始样条的冲击强度(kJ/m<sup>2</sup>)
  0   16.15   9.99
  10   20.50   11.09
  20   35.93   14.73
  40   40.40   15.02
  60   23.77   13.39
  240   22.19   19.06
实施例3
在150-200℃，注射压力为60bar～160bar条件下注塑可降解塑料PLA样条；将注塑好的PLA样条，剪切为35mm×10mm×4mm的长方体形状；将制备好的PLA样条放入空腔为80mm×10mm×4mm的模具腔体中部；将结晶40min的PLA坯料在110℃，改变压力的大小保持5min(截面形貌如图5、6、7)，成型后未经热处理样条的力学性能如下：
样条的加工压力(MPa)   样条的冲击强度(kJ/m2)
0                  13.39
75                 22.45
150                38.03
250                46.25
375                37.91
600                40.82
实施例4
在150-200℃，注射压力为60bar～160bar条件下注塑可降解塑料PLA样条；将注塑好的PLA样条，剪切为35mm×10mm×4mm的长方体形状；将制备好的PLA样条放入空腔为80mm×10mm×4mm的模具腔体中部；将结晶40min的PLA均聚物坯料在不同温度下，300MPa压力条件下实施5min，成型后未经热处理样条的力学性能如下：
样条的加工温度(℃)   样条的冲击强度(kJ/m2)
0                    18.60
50                   16.01
70                   21.82
90                   33.25
110                  49.49
130                  32.94
150                  10.84
实施例5
在150-200℃，注射压力为60bar～160bar条件下注塑可降解塑料PLA样条；将注塑好的PLA样条，剪切为35mm×10mm×4mm的长方体形状；将制备好的PLA样条放入空腔为80mm×10mm×4mm的模具腔体中部；将结晶40min的PLA均聚物坯料在110℃，300MPa的压力条件下实施5min，成型后在100℃热处理不同时间的样条(截面形貌如图8、9)的力学性能如下：
样条的热处理时间(min)   样条的冲击强度(kJ/m2)
10                41.25
20                41.99
40                43.37
60                45.28
90                61.86
150               60.93

Claims (7)

1.一种可降解塑料PLA形成贝壳层状结构的方法，包括以下步骤：
(1)在150-200℃，注射压力为60bar～160bar条件下注塑可降解塑料PLA样条；
(2)将注塑好的PLA样条，剪切35mm×10mm×4mm长方体形状；
(3)将制备好的PLA样条放入模具的腔体中部，0-170℃、0-150min和0-1000MPa压力下聚合物出现低温压力诱导流动，形成微观贝壳层结构化的PLA；
(4)将制备的PLA样条在50-100℃处理10-150min。
2.根据权利要求1所述的一种可降解塑料PLA形成贝壳层状结构的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的可降解塑料PLA的特性粘数为1.08736dL/g、熔点为168℃。
3.根据权利要求1所述的一种可降解塑料PLA形成贝壳层状结构的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的可降解塑料PLA样条形状是80mm×10mm×4mm。
4.根据权利要求1所述的一种可降解塑料PLA形成贝壳层状结构的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的模具内空腔为80mm×10mm×4mm的长方体。
5.根据权利要求1所述的一种可降解塑料PLA形成贝壳层状结构的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的形成微观贝壳层结构后的PLA的特性粘数为1.0658dL/g、熔点为168℃。
6.根据权利要求1所述的一种可降解塑料PLA形成贝壳层状结构的方法，其特征在于，所述步骤(3)中成型条件为温度50-150℃，时间5-20min，压力0.1-1000MPa。
7.根据权利要求1所述的一种可降解塑料PLA形成贝壳层状结构的方法，其特征在于，压力设备为硫化机或压力机，通过模压或冲压进行加工。
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