本发明专利技术提供了兼具延展性和冲击韧性的聚乳酸组合物及其制备方法，所述聚乳酸组合物由60～90wt％的聚乳酸和10～40wt％的聚乙二醇‑柔性聚酯多嵌段共聚物，或由10～90wt％的聚乳酸、10～90wt％的柔性聚酯以及质量为聚乳酸和柔性聚酯总量1～10％的聚乙二醇‑柔性聚酯多嵌段共聚物熔融共混而成。该聚乙二醇‑柔性聚酯多嵌段共聚物的存在能使聚乳酸的断裂伸长率提高到100～330％的同时还具有10～44kJ/m2的冲击强度，可显著改善聚乳酸的脆性，从而满足更广泛的使用要求，拓宽聚乳酸的应用领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高分子材料
，具体涉及兼具延展性和冲击韧性的聚乳酸组合物及其制备方法。
技术介绍
塑料已经成为人们生活中不可或缺的材料，传统的塑料主要是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等石油基塑料，这些塑料使用废弃之后在环境中难以降解，导致全球白色污染日益增加。另一方面，随着石化资源日渐消耗，传统塑料行业难以可持续发展。可生物降解塑料在自然环境中最终会分解成对环境无毒害作用的水和二氧化碳，回归到生态环境中，是替代传统塑料的环境友好型绿色材料，具有广阔的发展应用前景。在众多的可生物降解塑料中，以聚乳酸(PLA)受到的关注最多。聚乳酸以植物淀粉等发酵而成的乳酸单体为原料合成得到，具有优良的生物相容性、生物降解性、透明性、力学强度和热塑加工性，因此在医用材料、薄膜、塑料包装等领域具有广阔的应用前景。但是聚乳酸材料呈脆性，缺乏延展性和冲击韧性，断裂伸长率、冲击强度低，因此应用受到限制。通常将聚乳酸与增塑剂共混可以提高材料的延展性，但是往往难以同时有效地提高其冲击韧性，且导致材料强度明显下降。另外这些增塑剂会随着时间的流逝逐渐从聚乳酸基体中迁移出来，导致材料重新变硬变脆。中国专利CN103194052A通过制备聚乙二醇-二元酸共聚物、聚乙二醇-二元酸-丙交酯三元共聚物或聚乙二醇-二元酸-乳酸三元共聚物等聚醚聚酯并将其与聚乳酸进行熔融共混来增韧改性聚乳酸，通过增加分子量有效地克服了聚乙二醇的迁出行为，而三元共聚物中聚乳酸链段的存在，增加了与聚乳酸基体之间的相容性，聚乳酸材料具有更高的断裂伸长率，但该专利并未提及改性聚乳酸的冲击韧性。中国专利CN102181136A中使用由聚醚二元醇、二异氰酸酯和小分子二元醇制得的聚醚聚氨酯弹性体来熔融共混改性聚乳酸，利用与聚乳酸相容性良好的聚乙二醇，使得材料在聚氨酯含量为20％及以上时可同时并有效提高聚乳酸的断裂伸长率和冲击强度。但该专利中聚氨酯弹性体的制备过程比较繁琐，而且在使用二元醇进行扩链阶段需要使用有机溶剂，不够环保，后续还需增加溶剂除去步骤。JournalofAppliedPolymerScience(123:2360-2367,2012)中则直接使用二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)先对聚乙二醇扩链，然后用扩链的PEG共混改性PLA，步骤简单，材料的断裂伸长率也有明显提高，但是文章当中也没有提及改性材料的冲击强度。将聚乳酸与可生物降解柔性聚酯直接共混，可在一定程度上提高聚乳酸的冲击韧性以及延展性，但由于二者往往不相容，导致冲击韧性和延展性提高程度有限，或难以同时有效提高冲击韧性和延展性。例如，Biomacromolecules(7:199-207,2006)中，聚乳酸与20％的PBAT共混后，断裂伸长率虽然可以提高到100％左右，但是冲击强度仅为4.3kJ/m2。BioresourceTechnology(101:8406-8415,2010)报道，将25％PBAT与PLA进行共混，冲击强度增加到50.4J/m，而断裂伸长率仅为6.8％。中国塑料(20:39-42,2006)以及JournalofNanomaterials(9:1-8,2010)中均有类似的结果。共混时通过外加相容剂可以改善聚乳酸与柔性聚酯的相容性，例如，AppliedMaterials&Interfaces(5:4266-4276,2013)中将PLA与30wt％PBSA熔融共混时，材料的断裂伸长率仅为19.7％，冲击强度为8.21kJ/m2。通过在熔融共混时加入2phr的三苯基磷(TPP)作为酯交换偶联剂，PLA/PBSA(70/30)共混材料的断裂伸长率提高到了220％，冲击强度也增加到了11.4kJ/m2。JournalofPolymersandtheEnvironment(21:286-292,2013)、JournalofMaterialsScience(44:250-256,2009)、Polymer(80:1-17,2015)、JournalofAppliedPolymerScience(106:1813-1820,2007)、PolymerEngineeringandScience(48:1359-1368,2008)以及中国专利CN103450649B中则使用环氧类扩链剂或异氰酸酯类扩链剂增加PLA与PBAT、PBSA等柔性聚酯之间的相容性，使共混材料的断裂伸长率以及冲击强度明显提高。增加两相相容性对提高PLA共混材料延展性以及冲击韧性具有重要作用。含有聚乳酸链段和柔性聚酯链段的无规共聚物或者嵌段共聚物中，聚乳酸链段可以深入聚乳酸连续相，而柔性聚酯链段则可以深入相应聚酯的分散相，从而可以作为聚乳酸与柔性聚酯共混时的相容剂，提高两者的相容性。专利CN101245178A中使用二异氰酸酯类扩链剂，通过熔融扩链反应制备聚乳酸与可降解聚酯的嵌段共聚物，再将嵌段共聚物用于聚乳酸与相应聚酯的共混体系。实验结果显示聚乳酸复合材料断裂伸长率与冲击强度相对于聚乳酸与柔性聚酯的直接共混物均有提高，但是效果欠佳，断裂伸长率均没有超过100％，而冲击强度最高也只有14.6kJ/m2。虽然该嵌段共聚物中的聚乳酸链段确实能够起到增容的作用，但是使用这种方法制备聚乳酸与可降解聚酯的嵌段共聚物时，为了能够实现扩链，需先在已经合成的聚乳酸基础上，再进一步使用小分子二元醇扩链制备羟基封端的聚乳酸二元醇，效率较低。含有聚乳酸链段和柔性聚酯链段的无规共聚物或者嵌段共聚物也可以直接用作PLA的改性剂，提高聚乳酸的冲击韧性和延展性。PolymerChemistry(6:8112-8123,2015)中，使用实验室自己合成的带有聚乳酸链段的新型共聚酯(PLBSI)对聚乳酸进行改性，使冲击强度达到了35kJ/m2，而此时断裂伸长率高达310％。但是，所采用的PLBSI中含有带双键的衣康酸重复单元，双键的存在使得共混过程中产生了适量交联，可能对提高力学性能有利，但也可能对其生物降解性产生不利影响。而且，含有聚乳酸链段的共聚物并不能保证必定产生优良的改性效果。例如EuropeanPolymerJournal(49:914-922,2013)报道了P(CL-co-LA)共聚酯共混改性聚乳酸，利用共聚酯当中聚乳酸链段与聚乳酸基体的相容性从而提高PLA材料的冲击强度，但是断裂伸长率仅为21％。Industrial&EngineeringChemistryResearch中使用PLA与PBS的多嵌段共聚物与高分子量PLLA进行共混，虽然断裂伸长率可以提到到320％，但是冲击强度最高仅为2.8kJ/m2。该类多嵌段共聚物中聚乳酸链段缺乏柔性，不能像聚酯链段一样起到增韧或者增塑作用，因而改性效果不佳。可见相容剂或改性剂结构对共混物性能也存在很大影响，因此，设计结构合理而能产生良好改性效果的相容剂或改性剂，从而研究开发兼具优良延展性和冲击韧性的可生物降解聚合物材料仍是需要进一步解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种兼具延展性和冲击韧性的聚乳酸组合物及其简单、无污染的制备方法。一种兼具延展性和冲击韧性的聚乳酸组合物，由60～90wt％的聚乳酸和10～40wt％的聚乙二醇-柔性聚酯多嵌段共聚物组成，所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种兼具延展性和冲击韧性的聚乳酸组合物，其特征在于，由60～90wt％的聚乳酸和10～40wt％的聚乙二醇‑柔性聚酯多嵌段共聚物组成，所述聚乳酸组合物的断裂伸长率不低于100％，冲击韧性不低于10kJ/m2。
【技术特征摘要】
1.一种兼具延展性和冲击韧性的聚乳酸组合物，其特征在于，由60～90wt％的聚乳酸和10～40wt％的聚乙二醇-柔性聚酯多嵌段共聚物组成，所述聚乳酸组合物的断裂伸长率不低于100％，冲击韧性不低于10kJ/m2。2.根据权利要求1所述的兼具延展性和冲击韧性的聚乳酸组合物，其特征在于，由10～90wt％的聚乳酸、10～90wt％的高分子量柔性聚酯和聚乙二醇-柔性聚酯多嵌段共聚物组成，所述聚乙二醇-柔性聚酯多嵌段共聚物的质量为所述聚乳酸和高分子柔性聚酯总质量的1～10％，所述聚乳酸组合物的断裂伸长率不低于100％，其冲击韧性不低于10kJ/m2。3.根据权利要求1或2所述的兼具延展性和冲击韧性的聚乳酸组合物，其特征在于，所述聚乙二醇-柔性聚酯多嵌段共聚物由20～80wt％的数均分子量为1000～6000g/mol的聚乙二醇链段、20～80wt％的数均分子量为1000～10000g/mol且玻璃化温度不超过-15℃的柔性聚酯链段以及连接链段构成，所述聚乙二醇-柔性聚酯多嵌段共聚物的结构通式如式(Ⅰ)所示，其中，R1为二异氰酸酯的烃基残基。4.根据权利要求1或2所述的兼具延展性和冲击韧性的聚乳酸组合物，其特征在于，所述聚乙二醇-柔性聚酯多嵌段共聚物中的柔性聚酯链段由二元酸二元醇酯重复单元组成，所述二元酸二元醇酯重复单元的结构通式如式(Ⅱ)所示，其中，R2为C2～C12的烷基，R3为C2～C10的烷基、5.根据权利要求2所述的兼具延展性和冲击韧性的聚乳酸组合物，其特征在于，所述高分子量柔性聚酯是由至少一种二元酸二元醇酯重复单元组成的均聚酯或共聚酯，所述二元酸二元醇酯重复单元与所述聚乙二醇-柔性聚酯多嵌段共聚物中的柔性聚酯链段的重复单元一致，所述高分子量柔性聚酯的玻璃化温度不超过-15℃，重均分子量为60000～200000g/mol。6.根据权利要求2所述的兼具延展性和冲击韧性的聚乳酸组合物，其特征在于，所述高分子柔性聚酯为聚己二酸丙二醇...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴林波，李若云，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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