CN104559092B - 一种抗冲击、耐形变的改性聚乳酸材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明通过通过将聚乳酸(分子量20000~200000)70~80%,增塑剂10~20%,增韧剂5~10%,抗氧剂0.5~1%,偶联剂0.5%进行混合挤出后,材料的韧性及塑性均得到较大的提高,得到一种抗冲击、耐形变的改性PLA材料。
Description
技术领域
本发明属于材料科学中的高分子复合材料领域,涉及一种利用增韧剂及增塑剂对聚乳酸进行改性,并通过对填料配比、挤出中助剂的添加及挤出及注塑工艺控制,制备出抗冲击、耐热性好且回收处理方便的复合材料的方法。本发明方法所制备的聚乳酸复合材料,改善了聚乳酸的脆性、易断裂性、耐热性,解决了PLA与填料的分散性及相容性差的问题。本发明所涉及为聚乳酸的共混改性,操作方法简便,适用于实验室制备及产业化生产,所制备材料具有优良的韧性、耐形变性,扩大了聚乳酸的使用范围。
背景技术
聚乳酸(PLA)具有优良的生物相容性和可生物降解性。PLA这种线型热塑性生物可降解脂肪族聚酯是以玉米、小麦、木薯等一些植物中提取的淀粉为最初原料,经过酶分解得到葡萄糖,再经过乳酸菌发酵后变成乳酸,然后经过化学合成得到高纯度聚乳酸。聚乳酸制品废弃后在土壤或水中,30天内会在微生物、水、酸和碱的作用下彻底分解成CO2和H2O,不会对环境产生污染,因而是一种完全自然循环型的可生物降解材料。
聚乳酸(PLA)相比于其它生物可降解材料,PLA 力学强度较高,生物相容性好,生物降解后产物对环境友好。 然而,PLA 本身为线性均聚物,存在质脆、韧性差等缺陷,即使通过对分子量及其分布的调节,单纯 PLA 分子结晶度仍然较低,材料的耐热性和力学性能不够。另外,由于聚乳酸材料属于脂肪族聚酯,端基含有大量的-COOH及-OH基团,活泼氢容易导致分子量降低,在光、热及潮湿环境下容易发生材料降解,因此使用寿命也是限制PLA材料的应用范围的因素之一。单独的聚乳酸受力发生形变时易断裂,柔性较差,限制了其应用范围,因此对聚乳酸的耐形变性及韧性的改进,亦十分有必要。
目前,PLA 改性的研究主要集中在将纤维作为增强增韧材料填充在 PLA 中, 形成相容性好的复合材料。 通过接枝、偶联等化学方法,在提高 PLA 均聚物结晶度的同时,有效改善 PLA 的力学性能。
发明内容
针对聚乳酸的耐形变性差,韧性低的问题,本发明提出了一种抗冲击、耐形变的改性PLA材料的制备方法。通过添加增塑剂及增韧剂、以及对挤出成型工艺的控制,最终获得抗冲击、耐形变的改性聚乳酸材料。
具体技术方案如下:
一、配方组分配比:
一种抗冲击、耐形变的改性PLA材料,物料及配比如下(质量比):聚乳酸(分子量20000~200000,烘干)70~80%;增塑剂10~20%;增韧剂5~10%;抗氧剂(主抗氧剂:胺类或酚类的一种,辅助抗氧剂:亚磷酸酯、含硫协效剂中的一种)0.5~1%;偶联剂0.5%。
二、增塑剂的选取:
本专利聚乳酸的增塑采用在体系中引入增塑剂的方法,包括不同分子量的聚乙二醇、邻苯二甲酸二辛酯、聚乳酸的低聚物、三乙酸甘油酯、杆檬酸甘油酯等。本专利选取乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)增塑聚乳酸,增塑剂的加入使得聚乳酸的吸水率降低,不但可以提高材料塑性,而且改性后聚乳酸的降解性也有所下降。
三、增韧剂的选取:
本专利通过引入第二组分的方法增韧聚乳酸,乙稀-醋酸乙稀共聚物(EVA)由于其独特的韧性特性而被选用作为多种聚合物的增韧剂。而作为热塑性弹性体之一的乙烯-辛烯(POE)共聚物也被认为是较好的增韧剂。聚乳酸的增韧在引入第二组分的情况下,较大程度的提高聚乳酸的韧性,主要体现在冲击强度与延展性的增加,而这恰好改变了聚乳酸韧性较差,脆性较大的不足之处。但增韧聚乳酸由于引入了第二组分,增加了相界面,第二组分也同样为高分子聚合物,故二者的相容性差异也是需要考虑与解决的问题。本专利选择加入接枝共聚物(马来酸酐接枝POE),即共有与两种聚合物亲合力较大的两性物质,可以改变两相相容性较差的问题,可起到良好的相容增韧作用。
四、挤出及后处理:
将一定配比的物料经高混机共混均匀后经双螺杆挤出机挤出、水冷、风冷、切粒及脱水、均化。料粒挤出后,在80~120℃条件下烘干2~3小时。
具体实施方式:
具体实例1
1、取聚乳酸79%、乙酰柠檬酸三正丁酯15%、抗氧剂(1010:168=2:3)0.5%、KH-5500.5%、JPOE 5%经高混机进行共混;
2、将混合均匀的物料加入主料口进行挤出,挤出工艺参数如下:
料筒温度:40℃
挤出机温度:一段170℃;二段175℃;三段180℃;四段180℃;五段180℃;六段180℃;七段180℃;八段180℃;机头180℃;螺杆转速:200r/min;主喂料转速:9r/min;真空排气压力:0.05~0.1MPa;一级水槽水温:65℃;二级水槽水温:45℃;切粒机转速:140 r/min;烘干温度及时间:90℃,3h;
样件注塑参数:
机筒温度:一区170℃;二区175℃;三区180℃;四区180℃;射嘴185℃
注塑压力及速度:一级注塑压力:50MPa,一级注塑速度:30%,二级注塑压力:35MPa,二级注塑速度:20%
保压压力及速度::一级保压压力:40MPa,一级保压速度:25%,二级保压压力:30MPa,二级保压速度:20%,
注塑时间:7s
保压时间:10s
冷却时间:20s
模温:45℃
将注塑后的标准样件在标准环境条件下(温度23℃、湿度45±5%)放置24后测试结果如表1。
具体实例2
1、取聚乳酸74%、乙酰柠檬酸三正丁酯15%、抗氧剂(1010:168=2:3)0.5%、KH-5500.5%、JPOE10%经高混机进行共混;
2、将混合均匀的物料加入主料口进行挤出,挤出工艺参数如下:
料筒温度:40℃
挤出机温度:一段170℃;二段175℃;三段180℃;四段180℃;五段180℃;六段180℃;七段180℃;八段180℃;机头180℃;螺杆转速:200r/min;主喂料转速:9r/min;真空排气压力:0.05~0.1MPa;一级水槽水温:65℃;二级水槽水温:45℃;切粒机转速:140 r/min;烘干温度及时间:90℃,3h;
样件注塑参数:
机筒温度:一区170℃;二区175℃;三区180℃;四区180℃;射嘴185℃
注塑压力及速度:一级注塑压力:50MPa,一级注塑速度:30%,二级注塑压力:35MPa,二级注塑速度:20%
保压压力及速度::一级保压压力:40MPa,一级保压速度:25%,二级保压压力:30MPa,二级保压速度:20%,
注塑时间:7s
保压时间:10s
冷却时间:20s
模温:45℃
将注塑后的标准样件在标准环境条件下(温度23℃、湿度45±5%)放置24h后测试结果如表1。
表1
性能 | 拉伸强度度(MPa) | 伸长率(%) | 简支梁缺口冲击强度(KJ/m2) | 弯曲强度(MPa) |
实例1 | 60.2 | 52% | 5.3 | 87.3 |
实例2 | 48.9 | 70% | 10.6 | 75.2 |
Claims (1)
1.一种抗冲击、耐形变的改性PLA材料的制备方法,物料及质量配比如下:
(1)、取聚乳酸 74%、乙酰柠檬酸三正丁酯 15%、抗氧剂 0.5%、KH-550 0.5%、JPOE 10%经高混机进行共混;其中,抗氧剂由抗氧剂1010和抗氧剂168组成,二者的质量配比为2:3;
(2)、将混合均匀的物料加入主料口进行挤出,挤出工艺参数如下:
料筒温度:40℃;
挤出机温度:一段170℃;二段175℃;三段180℃;四段180℃;五段180℃;六段180℃;七段180℃;八段180℃;机头180℃;螺杆转速:200r/min;主喂料转速:9r/min;真空排气压力:0.05~0.1MPa;一级水槽水温:65℃;二级水槽水温:45℃;切粒机转速:140r/min;烘干温度及时间:90℃,3h;
样件注塑参数:
机筒温度:一区170℃;二区175℃;三区180℃;四区180℃;射嘴185℃,
注塑压力及速度:一级注塑压力:50MPa,一级注塑速度:30%,二级注塑压力:35MPa,二级注塑速度:20%,
保压压力及速度:一级保压压力:40MPa,一级保压速度:25%,二级保压压力:30MPa,二级保压速度:20%,
注塑时间:7s,
保压时间:10s,
冷却时间:20s,
模温:45℃。
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