一种耐热聚乳酸复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种耐热聚乳酸复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。它解决了现有制备聚乳酸交联材料的方法和聚合物交联材料中存在的制品的生物可降解性差、成本较高和力学性能较差等技术问题。本耐热聚乳酸复合材料包括以下重量份的成分：低聚－Ｄ乳酸含量的聚乳酸树脂５０－９９份；成核剂０．１－１５份；淀粉或改性淀粉１－５０份；其中所述的低聚－Ｄ乳酸含量的聚乳酸树脂中聚－Ｄ乳酸含量低于５ｗｔ％。本复合材料的制备方法包括以下步骤：ａ．混料、造粒；ｂ．注塑成型；ｃ．热处理。本复合材料的力学性能优异、耐热性能好。本复合材料的制备方法的工艺流程简单、加工性能强、成本低可实现大规模的工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚乳酸材料及其制备方法，尤其涉及一种耐热聚乳酸复合材料及其制备方法；属于高分子材料

技术介绍
资源与环境是人类实现可持续发展所面临的重大问题，随着 人类对石油等矿产资源的不断开发，全球的能源呈现逐渐衰竭的 态势，此外由石油合成聚合材料的废弃物给环境带来的"白色污 染"等负面影响已经引起人们的广泛关注。为解决废弃塑料造成的"白色污染"问题，各国都提出了许 多切实可行的办法，其中最有效也是最彻底的方法就是使用可生 物降解聚合材料代替石油合成聚合材料。与石油合成聚合材料相 比，可生物降解的聚合材料在焚化时产生较少的热，并可保持自 然降解和再合成循环，从而不会对全球环境包括生态学产生有害 影响。而在众多生物可降解聚合材料中，聚乳酸由于可完全生物 降解性和植物来源性而被认为是最有可能取代石油合成聚合材料 的生物材料。但是纯聚乳酸材料的玻璃化温度较低，且结晶度不 高，使得其在此6(TC左右即开始软化，失去使用性能，极大限制 了聚乳酸的应用范围。为了提高聚乳酸的耐热性能，提出了多种方法，如使聚乳酸交 联，与纤维复合，提高结晶速率等。在中国专利申请(公开号 CN101142260A)用于制备聚乳酸交联材料的方法和聚合物交联材 料中，公开了通过将聚乳酸与包含松香衍生物或二羧酸衍生物和 /或甘油衍生物的至少一种增塑剂和交联单体混合，然后捏和所 得混合物，从而制得聚乳酸组合物；通过将组合物模塑成所需形状来制备聚乳酸模塑品；然后通过电离辐射照射使模塑品交联。虽然制得的样品在6(TC以下具有较好的韧性，并且在6(TC以上也不会明显的软化变形。但是为使其能够在强化辐射后产生交联， 材料组成中需含有乙烯基多官能团单体，这将影响制品的生物可降解性。中国专利申请(公开号CN101333331A) —种高耐热性 滑石粉填充聚乳酸复合材料及其制备方法中介绍了将聚乳酸，改 性滑石粉，润滑剂混合并热压成型后，在100-12(TC下退火得到 聚乳酸复合材料。虽然经热处理后的聚乳酸复合材料的耐热性能 明显提高；但是采用的填充材料是改性滑石粉，成本较高且力学 性能较差。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术所存在的上述问题，提供一种具有 高耐热性、成本低和力学性能好的聚乳酸复合材料。本专利技术的另一个目的在于提供上述聚乳酸复合材料的制备方法。本专利技术的第一个目的可以通过以下技术方案得以实施 一种 耐热聚乳酸复合材料，该复合材料包括以下重量份的成分低聚-D乳酸含量的聚乳酸树脂50-99份；成核剂0.1-15 份；无机填料1-50份；淀粉或改性淀粉1-50份；植物纤维 l-30份；硅垸偶联剂0.01-5份；增韧改性剂0. 1-IO份；润 滑剂0.05-1.0份；其中所述的低聚-D乳酸含量的聚乳酸树脂中聚-D乳酸含量低于5wt。/。。本专利技术的耐热聚乳酸复合材料采用低聚 -D乳酸含量的聚乳酸树脂为主要原料与来源于天然的无机填料、植物纤维以及淀粉或改性淀粉进行熔融共混制成，本专利技术人通过长期对低聚-D乳酸含量的聚乳酸树脂自身的结晶以及成核剂的 促进结晶作用的研究，再合理配伍无机填料、植物纤维、硅垸偶 联剂、增韧改性剂和润滑剂制得的聚乳酸复合材料具有优异的耐热性能，维卡软化温度高于80°C，克服由于淀粉或改性淀粉含有大量亲水性羟基，其耐老化性较差的缺陷；提高了聚乳酸复合材 料的力学和使用性能。完全可以满足一次性餐具等领域对耐热性 及其它性能等方面的要求。本专利技术采用的低聚-D乳酸含量的聚乳 酸树脂中主要为聚-L乳酸，其中聚-D乳酸含量低于5wt%。在聚 -L乳酸中D构型的聚乳酸的含量对产品的结晶行为有显著影响， 聚-L乳酸中D构型乳酸的含量越低，聚乳酸在相同温度下的结晶 速率越快。而当聚-L乳酸中的D构型含量超过15%时，聚乳酸基 本上不具备结晶能力。在上述的耐热聚乳酸复合材料中，所述的低聚-D乳酸含量的 聚乳酸树脂的重均分子量为10-30万，玻璃化温度范围为55-65 °C，熔体流动速率在190°C X2. 16Kg为4-35g/10min。在上述的耐热聚乳酸复合材料中，所述的成核剂由二氧化硅、 4， 6-二叔丁基苯基磷酸钠、苯基磷酸锌、苯基亚磷酸锌、苯基次 膦酸锌中的一种或多种组成。其中优选为4， 6-二叔丁基苯基磷 酸钠、苯基磷酸锌，苯基亚磷酸锌、苯基次膦酸锌中的一种或多 种组成，进一步优选为苯基亚磷酸锌。本专利技术采用的成核剂的重 量份为0. 1-15份；优选重量份为1-12份；进一步的优选重量 份为1-5份。成核剂的加入可以大大增加聚乳酸的结晶速率， 縮短聚乳酸的成型及后续处理时间，成核剂的用量越大，聚乳酸 的结晶速率越快，但是材料理的脆性越大，成本越高，因此通过 仔细分析对比，可以将成核剂的用量控制在合理的重量范围内。在上述的耐热聚乳酸复合材料中，所述的改性淀粉由淀粉醋 酸酯、淀粉月桂酸酯、丙烯腈淀粉、羧甲基淀粉、交联淀粉中的 一种或多种组成，其中优选为淀粉醋酸酯、交联淀粉中的一种或 两种组成，进一步优选为淀粉醋酸酯。在上述的耐热聚乳酸复合材料中，所述的植物纤维由木纤维， 竹纤维，亚麻纤维，剑麻纤维，洋麻纤维中的一种或多种组成，其中优选为亚麻纤维，剑麻纤维，洋麻纤维中的一种或多种组成， 进一步优选为亚麻纤维。本专利技术采用的淀粉或改性淀粉的重量份为1-50份，优选重 量份为10-40份，进一步优选重量份为20-30份，优选采用改 性淀粉。采用的植物纤维的重量份为1-30份，优选重量份为5-25份，进一步优选重量份为10-20份。本专利技术使用淀粉，改性淀粉以及植物纤维与聚乳酸复合， 一方面可以降低成本，'另一 方面也会增加聚乳酸某些方面的性能，例如植物纤维可以增强聚 乳酸的韧性。增加淀粉或植物纤维的用量虽然能提高复合材料的 某些性能，但用量过多会影响其流动性。在上述的耐热聚乳酸复合采用中，所述的硅垸偶联剂由Y-(2， 3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅垸，Y-氨基丙基三乙氧基硅烷，Y-(甲基丙稀酰氧基)丙基三甲氧基硅垸，Y-硫丙基三甲氧 化亚铜基硅垸，乙烯基三乙氧基硅垸，乙烯基三甲氧基硅垸中的一种或多种组成，其中优选为Y-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、Y-氨基丙基三乙氧基硅垸、Y-(甲基丙稀酰氧基)丙基三甲氧基硅垸中的一种或多种组成，进一歩优选为Y_(2， 3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷；所述的增韧改性剂由聚己内酯，聚丁烯-己二酸-对苯二甲酸、聚乙二醇中的一种或两种组成，其中优选为聚己内酯和聚乙二醇，进一步优选聚乙二醇；所述的润滑剂有硬脂酸 铝、硬脂酸钙中的一种或两种组成，其中优选为硬脂酸铝。本专利技术的第二个目的可以通过以下技术方案得以实施 一种 耐热聚乳酸复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤a、混料、造粒按比例选取低聚-D乳酸含量的聚乳酸树脂、成核剂、无机填料、淀粉或改性淀粉、植物纤维、硅垸偶联剂、 增韧改性剂和润滑剂进行混合配料，配料后搅拌使混合均匀，然后在温度为150-23(TC的条件下在转速为20-100rpm的挤出机中 挤出造粒；7b、注塑成型将上述挤出造粒后的粒子在温度为150-250°C，压力为60-160Mpa的条件下在注塑机中注塑成型；C、热处理将上述在注塑机中注塑成型的半成品在温度为60-15(TC的条件下热处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐热聚乳酸复合材料，该复合材料包括以下重量份的成分：　低聚－Ｄ乳酸含量的聚乳酸树脂：５０－９９份；成核剂：０．１－１５份；无机填料：１－５０份；淀粉或改性淀粉：１－５０份；植物纤维：１－３０份；硅烷偶联剂：０．０１－５份；增韧改性 剂：０．１－１０份；润滑剂：０．０５－１．０份；其中所述的低聚－Ｄ乳酸含量的聚乳酸树脂中聚－Ｄ乳酸含量低于５ｗｔ％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：边新超，刘炎龙，梁伟，陈学思，陈志明，王若松，
申请(专利权)人：浙江海正生物材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]