CN1995136A - 一种高韧性生物可降解复合材料的制备方法 - Google Patents

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顾书英
詹辉
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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高韧性生物可降解复合材料的制备方法。其主要原料为：聚乳酸、生物可降解聚酯和抗氧剂。本发明方法是利用双螺杆挤出机，将聚乳酸、生物可降解聚酯熔融共混挤出制得一种新型的生物可降解复合材料。本方法工艺简单，获得的复合材料具有较好的力学性能，其冲击强度、断裂伸长率、以及耐热性都得到显著提高，且具有可完全生物降解性，在许多领域有着广泛的应用。

Description

一种高韧性生物可降解复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高韧性生物可降解复合材料的制备方法。
背景技术
聚乳酸(PLA)是一种具有优良的生物相容性的聚合物，其来源于可再生资源农作物(如玉米)，最突出的优点是生物可降解性，其使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，对保护环境非常有利。聚乳酸具有良好的力学性质、热塑性、成纤性、透明度高，适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便，被产业界定为新世纪最有发展前途的新型包装材料。聚乳酸在有诸多优良性质的同时，也存在一些不能很好满足包装制品需要的缺点，如抗冲性能、热稳定性等。因此，探寻一种将聚乳酸与其他材料进行复合，改善它的某些性能，使聚乳酸能真正得到更广泛应用是本领域技术人员的研究目标。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可连续生产，操作易控制，产品质量和生物降解性能优良的高韧性生物可降解复合材料的制备方法。
本发明提出的一种高韧性生物可降解复合材料的制备方法，是将聚乳酸、生物可降解聚酯、抗氧剂、润滑剂通过双螺杆挤出机熔融共混挤出即得产品，具体条件是：
将聚乳酸、生物可降解聚酯真空干燥(水分含量＜50ppm)后，加入抗氧剂、润滑剂混合均匀，再用双螺杆挤出机进行熔融挤出，挤出温度为155-200℃，螺杆转速为50-200rpm，物料的停留时间为4-8分钟，得到产品，其中各组成的重量百分比是：
聚乳酸：        50-95％
生物可降解聚酯：5-50％
抗氧剂：        0.5-1％
润滑剂：        0.5-1％。
本发明中，所述生物可降解聚酯可采用含苯环的多元共聚酯、聚乙二醇、聚己内酯、聚(丁二酸-丁二醇)酯、聚氧化乙烯或聚乙烯基吡咯烷酮等中的一种或多种。
本发明中，所述抗氧剂可以采用亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、亚磷酸三(2，4-二特丁基苯基)酯、亚磷酸苯二异癸酯、三(壬基代苯基)亚磷酸酯或亚磷酸三(壬基苯酯)、季戊四醇双亚磷酸酯二(2，4-二特丁基苯基)酯、多烷基双酚A亚磷酸酯的双聚体或三聚体的复合物等中的一种或多种。
本发明中，所述润滑剂可以采用脂肪酸酰胺类化合物、脂肪酸金属皂类化合物、长碳链脂肪酸中的一种或多种，如油酸酰胺、硬脂酸酰胺、乙撑双油酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸等中的一种或多种。
本发明中，所述多元共聚酯可以采用对苯二甲酸、己二酸、丁二醇的三元共聚物(PBAT)。
本发明中，挤出过程在抽真空以及氮气保护的条件下进行。
本发明中，所采用的双螺杆挤出机，其长径比为25∶1～45∶1，具有特殊螺杆组合、带有排气及高剪切混炼塑化效果。
本发明的优点在于：
(1)用于制备复合材料的两种组分聚乳酸与生物可降解聚酯均具有良好的生物降解性，所得制品能有效解决“白色污染”问题，是一种环保材料，有利于人类社会的可持续发展。
(2)所用的生物可降解聚酯(如PBAT)具有良好的拉伸性能和柔韧性，密度与聚乳酸接近，强度比聚乳酸稍低，断裂伸长率高达820％，远高于聚乳酸的3％，用PBAT来增韧聚乳酸可以较大的改善聚乳酸的力学性能。制得的产品用途广泛，适合作农用地膜、垃圾袋、购物袋、食品包装袋等包装材料。
(3)采用了大长径比、带有排气及高剪切混炼塑化效果的双螺杆挤出机，并在抽真空以及氮气保护的条件下进行挤出，确保了树脂的质量。
(4)制备方法简单有效，得到的复合材料具有良好的综合性能。冲击强度提高了100％以上，断裂伸长率提高了250％以上，维卡软化点也有不同程度的提高。其性能见表1。
具体实施方式
实施例1
将190g聚乳酸和10gPBAT真空干燥后，与2g抗氧剂亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、2g硬脂酸钙混合均匀，用双螺杆挤出机挤出，挤出温度为155-200℃，螺杆转速为50-200rpm，物料的停留时间为4-8分钟，得产品。其性能见表1。
实施例2
将180g聚乳酸、20gPBAT、2g抗氧剂亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、2g油酸酰胺混合均匀，用双螺杆挤出机挤出，挤出温度为155-200℃，螺杆转速为50-200rpm，物料的停留时间为4-8分钟，得产品。其性能见表1。
实施例3
将170g聚乳酸、30g聚己内酯真空干燥后，与2g抗氧剂亚磷酸三(2，4-二特丁基苯基)酯、2g硬脂酸混合均匀，用双螺杆挤出机挤出，挤出温度为155-200℃，螺杆转速为50-200rpm，物料的停留时间为4-8分钟，得产品。其性能见表1。
实施例4
将140g聚乳酸、60g聚己内酯真空干燥后，与2g抗氧剂亚磷酸三(2，4-二特丁基苯基)酯、2g乙撑双油酸酰胺混合均匀，用双螺杆挤出机挤出，挤出温度为155-200℃，螺杆转速为50-200rpm，物料的停留时间为4-8分钟，得产品。其性能见表1。
实施例5
将100g聚乳酸、100g(聚丁二酸-丁二醇)酯真空干燥后，与2g抗氧剂亚磷酸三(壬基苯酯)、2g硬脂酸镁混合均匀，用双螺杆挤出机挤出，挤出温度为155-200℃，螺杆转速为50-200rpm，物料的停留时间为4-8分钟，得产品。其性能见表1。
表1  聚乳酸/生物可降解聚酯复合材料的性能
  实施例  聚乳酸含量(g)  生物可降解聚酯含量(g)  拉伸强度(MPa)   断裂伸长率(％)   弹性模量(MPa)   弯曲强度(MPa)   弯曲模量(MPa)   冲击强度(KJ/m2)   维卡软化点(℃)
  1   190     10     49.6     3.5     1315.6     96.7    2938.7    6.7    58.9
  2   180     20     44.6     5.2     1205.3     75.9    3324.1    8.0    59.6
  3   170     30     38.2     6.4     1131.4     67.2    2355.4    10.4    61.2
  4   140     60     24.2     9.1     734.6     44.1    1665.8    12.1    60.6
  5   100     100     12.2     12.9     394.1     30.9    903.5    20.6    62.3

Claims (6)

1、一种高韧性生物可降解复合材料的制备方法，其特征是将聚乳酸、生物可降解聚酯、抗氧剂、润滑剂通过双螺杆挤出机熔融共混挤出即得产品，具体条件是：
将聚乳酸、生物可降解聚酯真空干燥后，加入抗氧剂、润滑剂混合均匀，再用双螺杆挤出机进行熔融挤出，挤出温度为155-200℃，螺杆转速为50-200rpm，物料的停留时间为4-8分钟，得到产品，其中各组成的重量百分比是：
聚乳酸：          50-95％
生物可降解聚酯：  5-50％
抗氧剂：          0.5-1％
润滑剂：          0.5-1％。
2、根据权利要求1所述的高韧性生物可降解复合材料的制备方法，其特征是生物可降解聚酯为含苯环的多元共聚酯、聚醇、聚己内酯、聚(丁二酸-丁二醇)酯、聚氧化乙烯或聚乙烯基吡咯烷酮中的一种或多种。
3、根据权利要求1所述的高韧性生物可降解复合材料的制备方法，其特征是抗氧剂是亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、亚磷酸酯三(2，4-二特丁基苯基)酯、亚磷酸苯二异癸酯、三(壬基代苯基)亚磷酸酯或亚磷酸三(壬基苯酯)、季戊四醇双亚磷酸酯二(2，4-二特丁基苯基)酯、多烷基双酚A亚磷酸酯的双聚体或三聚体的复合物中的一种或多种。
4、根据权利要求1所述的高韧性生物可降解复合材料的制备方法，其特征是润滑剂是脂肪酸酰胺类化合物、脂肪酸金属皂类化合物或长碳链脂肪酸中的一种或多种。
5、根据权利要求2所述的高韧性生物可降解复合材料的制备方法，其特征是含苯环的多元共聚酯为对苯二甲酸、己二酸、丁二醇的三元共聚物。
6、根据权利要求1所述的高韧性生物可降解复合材料的制备方法，其特征是挤出过程在抽真空以及氮气保护的条件下进行。
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