CN112852133A - 一种抗熔滴pla/pva复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种抗熔滴pla/pva复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗熔滴PLA/PVA复合材料及其制备方法，其中抗熔滴PLA/PVA复合材料的原料按质量份数构成如下：聚乳酸50‑80，聚乙烯醇1‑30，交联剂0.1‑10，增塑剂0.1‑10，界面相容剂1‑10，二乙基次磷酸铝0.1‑5，双酚A‑双(二苯基)磷酸酯0.1‑10。本发明中，交联剂环氧基POSS、双马来酰亚胺分别与聚乳酸、聚乙烯醇形成超支化结构来提高其分子量并提高熔体强度，在界面相容剂的作用下反应挤出，制备出含交联网络结构的抗熔滴PLA/PVA复合材料。本发明复合材料的熔体强度得到有效增强，抗熔滴性能明显提高，并且拉伸强度和冲击强度得到提高。

Description

一种抗熔滴PLA/PVA复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于抗熔滴高分子材料技术领域，具体涉及一种抗熔滴PLA/PVA复合材料及其制备方法。
背景技术
随着石化产品的应用，很大程度的推动了社会的进步，但是也造成了环境污染加重，在如今，绿色环保已成为了时代的主旋律，因此开发出可再生并且在使用结束后可完全降解成无害物的新型材料越来越有必要。PLA(聚乳酸)因具有全生物降解、来源广泛并且力学性能较优异得到了广泛关注，但是其应用受到了易燃烧并且严重熔滴特性的限制。因此，有必要对其进行抗熔滴改性。
引起PLA的易熔滴特性是由其分子结构造成的，提高PLA复合材料的熔体强度和促进其在燃烧时形成致密的炭层是赋予PLA复合材料抗熔滴特性的有效手段。将聚乳酸与高分子聚合物直接共混易由相容性差造成力学性能下降，通过交联剂、界面相容剂的作用形成交联网络结构在充分提高复合材料熔体强度的同时克服了相容性差的缺陷。另外，赋予材料一定的阻燃性能对复合材料的抗熔滴性能具有积极影响，应用于聚乳酸阻燃改性的磷系阻燃剂可通过气相和凝聚相两种阻燃机理对PLA进行阻燃改性，并由于其无卤环保、阻燃效率高得到了广泛关注和快速发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗熔滴PLA/PVA复合材料及其制备方法，以克服现有技术的不足，赋予材料抗熔滴性能并改善材料的力学性能。本发明所采用的抗熔滴体系无卤无毒性，对环境和人体的污染程度和危害程度低。
本发明抗熔滴PLA/PVA复合材料，其原料按质量份数构成如下：
聚乳酸(PLA)50-80，聚乙烯醇(PVA)1-30，交联剂0.1-10，增塑剂0.1-10，界面相容剂1-10，二乙基次磷酸铝0.1-5，双酚A-双(二苯基)磷酸酯0.1-10。
所述聚乳酸为普通市售聚乳酸。
所述聚乙烯醇为聚乙烯醇1788。
所述交联剂为环氧基POSS和双马来酰亚胺，添加质量比为1:1。
所述增塑剂为乙二醇、三乙二醇或聚乙二醇200中的一种与甘油组成的复配增塑剂，复配质量比为1:1。
所述界面相容剂为甲苯二异氰酸酯(TDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)中的至少一种。
本发明抗熔滴PLA/PVA复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：按配比量称取所需各原料；
步骤2：对聚乳酸、聚乙烯醇、交联剂和增塑剂进行预处理；
步骤3：将预处理产物、界面相容剂、二乙基次磷酸铝、双酚A-双(二苯基)磷酸酯充分混合均匀后，通过反应挤出得抗熔滴PLA/PVA复合材料。
步骤2中，所述预处理过程为：将聚乳酸和环氧基POSS挤出共混得组分1；将聚乙烯醇、增塑剂和双马来酰亚胺挤出共混得组分2。
进一步地，步骤2中，挤出机挤出温度为160-180℃，螺杆转速为50-80rpm。
步骤3中，将组分1、组分2、界面相容剂、二乙基次磷酸铝、双酚A-双(二苯基)磷酸酯通过高速混合机共混均匀，然后利用双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒制备获得PLA/PVA复合材料，然后用平板硫化仪压制成标准试样。
进一步地，步骤3中，高速混合机的熔融共混温度为80-100℃，混合时间为10-25min；挤出机挤出温度为160-180℃，螺杆转速为50-80rpm；平板硫化仪热压温度为160-185℃，热压时间为5-10min，压力为10-20MPa。
本发明中，交联剂环氧基POSS、双马来酰亚胺分别与聚乳酸、聚乙烯醇形成超支化结构来提高其分子量并提高熔体强度，在界面相容剂的作用下反应挤出，制备出含交联网络结构的抗熔滴PLA/PVA复合材料。分子量的提升和交联结构的形成提供了一定的熔体强度，并在燃烧后形成了致密的炭层，使复合材料具备了优异的抗熔滴性质。与此同时，PVA分子链的高温脱水特性和含硅元素的环氧基POSS作为潜在的硅系阻燃剂与磷系阻燃剂协同作用，提高了复合材料的阻燃性能，进一步使PLA/PVA复合材料的抗熔滴性质得到增强。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明组分比较简单，配比合理有效；制备工艺简单，安全环保，高效，便于工业化生产；复合材料的熔体强度得到有效增强，抗熔滴性能明显提高；复合材料的力学性能未受影响，且得到增强。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对本发明技术方案作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1：
本实施例按如下步骤制备抗熔滴PLA/PVA复合材料：
1、先将50％(500g)的PLA与2％(20g)的环氧基POSS在挤出机内挤出共混，得组分1备用；
2、将30％(300g)的PVA粉末、3％(30g)的甘油，3％(30g)的乙二醇和2％(20g)的双马来酰亚胺在挤出机内挤出共混，得组分2备用；
3、将组分1、组分2和5％(50g)的二乙基次磷酸铝，5％(50g)的双酚A-双(二苯基)磷酸酯置于高速混合机中，于80℃高速混合15min；
4、将混合料置于双螺杆挤出机中，熔融共混挤出造粒；挤出机挤出温度为170℃，螺杆转速为60rpm；
5、将粒料PLA共混物用平板硫化仪在模具中压制成标准样条，热压温度为170℃，热压时间为5min，制得抗熔滴PLA/PVA复合材料。
实施例2：
本实施例采用与实施例1相同的方法制备抗熔滴PLA/PVA复合材料，区别仅在于：将步骤1中的“50％(500g)的PLA”换成“60％(600g)的PLA”，将步骤2中的“30％(300g)的PVA粉末”换成“20％(200g)的PVA粉末”。
实施例3：
本实施例采用与实施例1相同的方法制备抗熔滴PLA/PVA复合材料，区别仅在于：将步骤1中的“50％(500g)的PLA”换成“70％(700g)的PLA”，将步骤2中的“30％(300g)的PVA粉末”换成“10％(100g)的PVA粉末”。
实施例4：
本实施例采用与实施例1相同的方法制备抗熔滴PLA/PVA复合材料，区别仅在于：将步骤4中的“挤出机挤出温度为170℃”换成“挤出机挤出温度为180℃”，将步骤5中的“热压温度为170℃”换成“热压温度为180℃”。
实施例5：
本实施例采用与实施例1相同的方法制备抗熔滴PLA/PVA复合材料，区别仅在于：将步骤4中的“挤出机挤出温度为170℃”换成“挤出机挤出温度为160℃”，将步骤5中的“热压温度为170℃”换成“热压温度为160℃”。
对比例：
将600gPLA、300gPVA粉末、30g甘油、30g乙二醇、20g双马来酰亚胺50g二乙基次磷酸铝，50g双酚A-双(二苯基)磷酸酯置于高速混合机中，于80℃高速混合15min。混合料置于双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出造粒，挤出机挤出温度为170℃，螺杆转速为60rpm。将造好的粒料在平板硫化仪中压制成标准样条，热压温度为170℃，热压时间为5min，制得对比样PLA/PVA复合材料。
为表征上述所得产品的抗熔滴性能、力学性能，按照ASTM标准，对以上实施例及对比例所得产品进行抗熔滴性能和综合力学性能测试，测试结果如下表1所示：
表1测试结果
Figure BDA0002986283550000041
通过上表的测试结果可以看出，本方法可有效的提高聚乳酸的抗熔滴性能。通过交联剂的作用来提高聚乳酸分子量并形成交联网络结构，使PLA复合材料的熔体强度得到增强，配合含磷阻燃剂来赋予其优异的抗熔滴性能，实施例1-4在UL-94测试中均达到了V-0等级，且在燃烧过程中无熔滴现象。对比例进一步说明，由于相容性差导致单纯直接混合聚乳酸和聚乙烯醇并不能有效提高复合材料的熔体强度，结果在燃烧实验中产生熔滴现象。
实施例1-3的结果表明，在PLA与PVA形成的交联网络结构的作用下，使PLA复合材料的拉伸强度、冲击强度等力学性能有了显著增强。
另外，在实施例5中，由于加工温度较低使交联反应进行的不完全，导致复合材料不能有效地抑制熔滴现象，并且力学性能较实施例1有明显降低。实施例4中，加工温度较高导致PVA有少量分解，使复合材料的力学性能较实施例1有小幅降低。

Claims (9)

1.一种抗熔滴PLA/PVA复合材料，其特征在于其原料按质量份数构成如下：
聚乳酸50-80，聚乙烯醇1-30，交联剂0.1-10，增塑剂0.1-10，界面相容剂1-10，二乙基次磷酸铝0.1-5，双酚A-双(二苯基)磷酸酯0.1-10。
2.根据权利要求1所述的抗熔滴PLA/PVA复合材料，其特征在于：
所述聚乙烯醇为聚乙烯醇1788。
3.根据权利要求1所述的抗熔滴PLA/PVA复合材料，其特征在于：
所述交联剂为环氧基POSS和双马来酰亚胺。
4.根据权利要求1所述的抗熔滴PLA/PVA复合材料，其特征在于：
所述增塑剂为乙二醇、三乙二醇或聚乙二醇200中的一种与甘油组成的复配增塑剂。
5.根据权利要求1所述的抗熔滴PLA/PVA复合材料，其特征在于：
所述界面相容剂为甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种。
6.一种权利要求1-5所述的任一种抗熔滴PLA/PVA复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：按配比量称取所需各原料；
步骤2：对聚乳酸、聚乙烯醇、交联剂和增塑剂进行预处理；
步骤3：将预处理产物、界面相容剂、二乙基次磷酸铝、双酚A-双(二苯基)磷酸酯充分混合均匀后，通过反应挤出得抗熔滴PLA/PVA复合材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：
步骤2中，所述预处理过程为：将聚乳酸和环氧基POSS挤出共混得组分1；将聚乙烯醇、增塑剂和双马来酰亚胺挤出共混得组分2。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：
步骤3中，将组分1、组分2、界面相容剂、二乙基次磷酸铝、双酚A-双(二苯基)磷酸酯通过高速混合机共混均匀，然后利用双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒制备获得PLA/PVA复合材料，然后用平板硫化仪压制成标准试样。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：
步骤3中，高速混合机的熔融共混温度为80-100℃，混合时间为10-25min；挤出机挤出温度为160-180℃，螺杆转速为50-80rpm；平板硫化仪热压温度为160-185℃，热压时间为5-10min，压力为10-20MPa。
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