CN109401244A - 一种聚乳酸改性材料 - Google Patents

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郭永斌
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Abstract

本发明公开了一种聚乳酸改性材料，包括聚乳酸树脂、增韧剂和其它助剂；所述重量份数为聚乳酸树脂100份、增韧剂2～20份、其它助剂3～8份；所述聚乳酸树脂优选为左旋聚乳酸；所述聚乳酸树脂相对分子量为5～20万；所述增韧剂为甲基乙烯基硅橡胶、氟橡胶、乙烯‑丙烯酸甲酯中的至少一种；所述其它助剂为抗氧化剂、抗水解剂、相容剂中的至少一种。本发明制备的聚乳酸改性材料解决了现有聚乳酸存在的脆性、韧性差、冲击强度较低的缺点，具有超高韧性、无毒、无气味、无污染，安全系数高的性能，适用于多种成型工艺；制备过程中产生的废料可完全回收再生利用，不仅降低了成本，且提高了资源利用率。

Description

一种聚乳酸改性材料
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是涉及一种聚乳酸改性材料。
背景技术
随环保意识的提高，石油基类塑料产品所带来环境污染、生态破坏备受瞩目，人们寻求可替代石油基类塑料的可再生类绿色材料。生物质材料因其来源可生物降解性、分解后产物对环境物不会造成污染且而进入人们的视线。聚乳酸(PLA)作为生物基材料，是一种热塑性的脂肪族聚酯，具有完全生物降解能力，来源广泛，分解后生成二氧化碳和水，对环境无污染，实现了材料的循环利用，符合可持续发展的理念，可实现人们对自然、绿色、环保的渴望。聚乳酸的力学性能优良，可与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(PS)等塑料相似，可替代石油基类通用塑料在多种领域应用；其可采用多种成型工艺(注塑、挤出、纺丝等)加工而成。聚乳酸或聚乳酸与其它材料(淀粉、通用塑料、天然纤维、纳米粒子等)加工制备的复合材料，广泛应用于生物医药领域、包装领域、汽车行业、电子行业等，尤其是近年来聚乳酸在熔融沉积成型(FDM)、3D打印领域被广泛应用；聚乳酸被看作是未来最有可能替代石油基类材料、最具发展前景的材料之一。
然而，聚乳酸本身所存在的脆性、韧性差、冲击强度较低等缺点，限制了其在航空、电子、汽车及熔融沉积成型(FDM)、3D打印等领域的应用。为弥补这些不足，可通过采用共混、共聚、交联等手段改性聚乳酸，改善聚乳酸的韧性及其它力学性能、加工性能，扩大其应用范围，从而为可持续发展战略、环境保护、节能减排贡献力量。因此，对聚乳酸的增韧改性一直是其市场化的重要研究课题，开发具有较高韧性的绿色环保聚乳酸显得尤为迫切。
发明内容
本发明解决了现有聚乳酸存在的脆性、韧性差、冲击强度较低等缺点，限制了其在航空、电子、汽车及熔融沉积成型(FDM)、3D打印等领域的应用的不足，本发明通过共混的方式赋予聚乳酸共混材料超高韧性，提供了一种聚乳酸改性材料。
本发明的技术方案是：
一种聚乳酸改性材料，包括聚乳酸树脂、增韧剂和其它助剂；所述重量份数为聚乳酸树脂100份、增韧剂2～20份、其它助剂3～8份。
进一步的，所述聚乳酸树脂优选为左旋聚乳酸。
进一步的，所述聚乳酸树脂相对分子量为5～20万。
进一步的，所述聚乳酸树脂在190℃,2.16kgf的条件下熔体流动指数为10～40g/10min。
进一步的，所述聚乳酸树脂在190℃,2.16kgf的条件下熔体流动指数优选为15～25g/10min。
进一步的，所述增韧剂为甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)、氟橡胶、乙烯-丙烯酸甲酯(EMA)中的至少一种。
进一步的，所述其它助剂包括抗氧化剂、抗水解剂、相容剂中的至少一种。
进一步的，所述其它助剂优选为氧化剂、抗水解剂、相容剂同时使用。
一种聚乳酸改性材料制备方法，包括以下步骤：
干燥原材料：将聚乳酸、甲基乙烯基硅橡胶、硫化剂(DCP)、氟橡胶、乙烯-丙烯酸甲酯进行真空干燥；
共混：将所有材料按比例加入高速混合搅拌机中搅拌；
成型：将搅拌均匀的混合物通过双螺杆挤出机挤出。挤出物料依次经拉条、冷却、吹干、造粒工序制成新型聚乳酸改性材料。
进一步的，所述挤出机温度依次为160～165℃、170～175℃、180～185℃、190～195℃、195～200℃和190～195℃。
进一步的，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为40～100rpm。
进一步的，所述双螺杆挤出机的喂料速度为5～15rpm。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明制备的聚乳酸改性材料具有超高韧性，极大地改善了聚乳酸材料的脆性、韧性差的缺点，其中冲击强度可高达84KJ/m2，断裂伸长率为240％。
(2)本发明制备的聚乳酸改性材料具有无毒、无气味、无污染，安全系数高等性能；适用于多种成型工艺，尤其适用于熔融沉积成型(FDM)和3D打印机；废料可完全回收再生利用，不仅降低了成本，还提高了资源利用率。
(3)本发明产品制备工艺流程短，设备要求简单、制造过程简便、操作方便、没有涉及严苛的化学工艺操作，非常适合于大规模的工业生产。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下述实施案例中，实验方法如无特殊说明均为常规方法；所有试剂或原料如无特殊说明均能通过商业途径获得。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的内容。
表1各组分列表
上述实施例1到10中，所述其它助剂采用优选方案，即抗氧化剂、抗水解剂、相容剂3种原料全部使用。
实例1中所述其它助剂分别为：四季戊四醇酯和三亚磷酸酯混合物0.5份、聚碳化二亚胺化合物1.0份、单碳化二亚胺化合物0.5份、马来酸酐接枝高分子3.0份。
实例2中所述其它助剂分别为：四季戊四醇酯和三亚磷酸酯混合物0.5份、聚碳化二亚胺化合物1.0份、单碳化二亚胺化合物0.8份、由甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯共聚物共聚而成的三元共聚物3.5份。
实例3中所述其它助剂分别为：四季戊四醇酯和三亚磷酸酯混合物0.7份、聚碳化二亚胺化合物1.5份、单碳化二亚胺化合物0.3份、GMA-乙烯-丙烯酸甲酯的三元共聚物4.0份。
实例4中所述其它助剂分别为：四季戊四醇酯和三亚磷酸酯混合物0.8份、聚碳化二亚胺化合物0.8份、单碳化二亚胺化合物1.0份、马来酸酐接枝高分子4.0份。
实例5中所述其它助剂分别为：抗氧剂1010和抗氧剂215复合组成0.4份、聚碳化二亚胺化合物0.6份、单碳化二亚胺化合物1.5份、由甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯共聚物共聚而成的三元共聚物4.0份。
实例6中所述其它助剂分别为：抗氧剂1010和抗氧剂215复合组成0.6份、聚碳化二亚胺化合物0.5份、单碳化二亚胺化合物1.2份、GMA-乙烯-丙烯酸甲酯的三元共聚物3.5份。
实例7中所述其它助剂分别为：抗氧剂1010和抗氧剂215复合组成0.7份、聚碳化二亚胺化合物0.7份、单碳化二亚胺化合物0.5份、马来酸酐接枝高分子4.0份。
实例8中所述其它助剂分别为：抗氧剂1010和抗氧剂215复合组成0.9份、聚碳化二亚胺化合物1.2份、单碳化二亚胺化合物0.4份、由甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯共聚物共聚而成的三元共聚物4.0份。
实例9中所述其它助剂分别为：抗氧剂1010和抗氧剂215复合组成1.0份、聚碳化二亚胺化合物0.5份、单碳化二亚胺化合物1.5份、GMA-乙烯-丙烯酸甲酯的三元共聚物3.0份。
实例10中所述其它助剂分别为：抗氧剂1010和抗氧剂215复合组成0.8份、聚碳化二亚胺化合物1.0份、单碳化二亚胺化合物0.8份、马来酸酐接枝高分子3.8份。
上述实施例1到10中，所得改性材料的性能指标如表2所示。
表2性能指标列表
性能 冲击强度/KJ/m<sup>2</sup> 断裂伸长率/％
实例1 53 150
实例2 58 180
实例3 55 200
实例4 75 200
实例5 78 220
实例6 84 240
实例7 68 205
实例8 72 218
实例9 70 220
实例10 73 230
以上为本发明的优选的具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为主。

Claims (10)

1.一种聚乳酸改性材料，其特征在于：包括聚乳酸树脂、增韧剂和其它助剂；所述重量份数为聚乳酸树脂100份、增韧剂2～20份、其它助剂3～8份。
2.根据权利要求1所述的聚乳酸改性材料，其特征在于：所述聚乳酸树脂优选为左旋聚乳酸。
3.根据权利要求2所述的聚乳酸改性材料，其特征在于：所述聚乳酸树脂相对分子量为5～20万。
4.根据权利要求3所述的聚乳酸改性材料，其特征在于：所述聚乳酸树脂在190℃,2.16kgf的条件下熔体流动指数为10～40g/10min。
5.根据权利要求1所述的聚乳酸改性材料，其特征在于：所述增韧剂为甲基乙烯基硅橡胶、氟橡胶、乙烯-丙烯酸甲酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的聚乳酸改性材料，其特征在于：所述其它助剂包括抗氧化剂、抗水解剂、相容剂中的至少一种。
7.一种聚乳酸改性材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
干燥原材料：将聚乳酸、甲基乙烯基硅橡胶、硫化剂、氟橡胶、乙烯-丙烯酸甲酯进行真空干燥；
共混：将所有材料按比例加入高速混合搅拌机中搅拌；
成型：将搅拌均匀的混合物通过双螺杆挤出机挤出。挤出物料依次经拉条、冷却、吹干、造粒工序制成新型聚乳酸改性材料。
8.根据权利要求7所述的聚乳酸改性材料制备方法，其特征在于：所述挤出机温度依次为160～165℃、170～175℃、180～185℃、190～195℃、195～200℃和190～195℃。
9.根据权利要求8所述的聚乳酸改性材料制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机的螺杆转速为40～100rpm。
10.根据权利要求8所述的聚乳酸改性材料制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机的喂料速度为5～15rpm。
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