一种高韧聚乳酸复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高韧聚乳酸材料及其制备方法，具体包括增韧剂、增容溶剂和聚乳酸。将双官能团的单体或低聚合物作为增韧剂，含双官能团的单体包括丙烯酸月桂酯或丙烯酸羟乙酯或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或1,6‑己二醇二丙烯酸酯中的一种或结合；含双官能团的低聚合物包括聚乙烯‑丙烯酸乙酯‑甲基丙烯酸缩水甘油酯或乙烯‑丙烯酸丁酯—甲基丙烯酸缩水甘油酯或丙烯酸酯类中的一种或结合；增容溶剂包括甲基丙烯酸甲酯或马来酸酐或丙烯酸或丙烯酸丁酯中的一种或其结合。增韧剂、增容溶剂和聚乳酸通过熔融共混制备该高韧聚乳酸材料，显著提高聚乳酸的韧性，扩大聚乳酸在包装、膜和板材等领域的应用。

High toughness polylactic acid composite material and preparation method thereof

The invention discloses a high tenacity polylactic acid material and a preparation method thereof, in particular comprising a toughening agent, a compatibilizer solvent and polylactic acid. The bifunctional monomer or low polymer as toughening agent, containing bifunctional monomers including acrylic acid or lauryl hydroxyethyl acrylate or methacrylate trihydroxymethylenepropane three three or two 1,6 hexandiol acrylate in one or combination; low polymer containing two functional groups including polyethylene ethyl acrylate glycidyl methacrylate glycerol ester or ethylene butyl acrylate, glycidyl methacrylate or acrylate in one or a combination of solvent; compatibilization including methyl methacrylate acrylic acid or acrylic acid or maleic anhydride or one or the combination of Ding Zhizhong. Toughening agent, compatibilizer and polylactic acid were prepared by melt blending. The toughness of PLA was remarkably improved, and the application of polylactic acid in packaging, film and plate was expanded.

【技术实现步骤摘要】
一种高韧聚乳酸复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种聚乳酸材料及其制备方法，尤其涉及一种高韧聚乳酸复合材料，属于高分子材料

技术介绍
塑料制品具有质量轻，机械性能良好，化学性质稳定，外形美观，制造成本低，被广泛应用于各行业，塑料制品给人们的日常生活带来了便利。但是塑料制品具有较好的化学稳定性，在自然界中很难降解，随着应用范围和数量的增长，塑料制品造成了环境的严重污染，比如“白色污染”，污染了水源和土壤，给地球环境带来了沉重的负担。随着经济的发展，环境问题越来越受到社会的关注，尤其重视可降解高分子材料的研究开发，以减少固体废弃物，提高可持续发展。可降解材料中聚乳酸的应用较为广泛，综合性能较优。聚乳酸（PLA）是热塑性脂肪族聚酯树脂，聚乳酸是以乳酸为原料制备，来自于可再生的淀粉和糖类发酵。聚乳酸具有较好的物理、化学和加工性能，具有可降解的特性，在大自然中降解为CO2和H2O，是一种绿色材料。近年来，聚乳酸被广泛用作包装材料、农膜和板材等。聚乳酸的玻璃化温度为50-60℃，高结晶度，较纯的聚乳酸的缺口冲击强度为2.56kJ/m2，断裂伸长率为10.7%，拉伸强度为61.2MPa，常温下，PLA硬而脆，韧性差，极大的限制了其应用。现有的改性聚乳酸的技术一方面改变了聚乳酸材料的可降解性能，另一方面改性的手段单一，没有综合考虑各改性剂之间的协同作用，这些问题限制了聚乳酸在包装、膜和板材等领域的应用。本专利技术提供了一种高韧性的聚乳酸复合材料及其制备方法，采用共混的方法改性聚乳酸，操作方法简单，共混改性剂采用双功能团的单体或低聚物，在高温下熔融共混，同时加入增容溶剂，高温状态下进行继续反应，而不仅仅是物理共混。其中共混双功能团的单体或低聚物引入柔性杂链，从而降低聚乳酸的结晶度、聚乳酸的玻璃化温度，制备出高韧性的聚乳酸复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高韧性的聚乳酸复合材料及其制备方法，改性聚乳酸硬而脆、韧性差的问题。具体包括增韧剂、增容溶剂和聚乳酸，用含双官能团的单体或低聚合物作为增韧剂与聚乳酸通过熔融共混制备。熔融高温状态下共混物进行反应，而不仅仅是物理共混。通过熔融共混双功能团的单体或低聚物引入柔性杂链，从而降低聚乳酸的结晶度、聚乳酸的玻璃化温度，制备出高韧性的聚乳酸复合材料。本专利技术的技术方案主要包括以下步骤：步骤（1），将一定质量的聚乳酸与增容溶剂在转矩流变仪中共混，共混温度为100-200℃，转速为60-80r/min，时间为5-15min得到共混物A；步骤（2），将含双官能团的单体或低聚合物加入步骤（1）中A共混物继续共混10-30min，得到共混物B；步骤（3），将步骤（2）中的共混物在平板硫化机中压片，操作温度为160-230℃，压力为4-15MPa，压制为薄片。所述的反应物的质量份为：聚乳酸：100份；含双官能团的单体或低聚合物：10-60份；增容溶剂：2-15份。所述的含双官能团的单体可以为丙烯酸月桂酯包括丙烯酸羟乙酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或1,6-己二醇二丙烯酸酯中的一种或几种。官能团可以为羧基可以为酯基可以为羟基可以为酰胺基中的一种或几种。所述的含双官能团的低聚合物包括含羟基或羧基或酯基或酰胺基中任一种或几种的双官能团的单体的低聚物，包括聚乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-丙烯酸丁酯—甲基丙烯酸缩水甘油酯或丙烯酸酯类中的一种或几种。较纯的聚乳酸的缺口冲击强度为2.56kJ/m2，断裂伸长率为10.7%，拉伸强度为61.2MPa，纯聚乳酸力学性能参数表明纯聚乳酸脆而硬，韧性差。这主要是因为聚乳酸玻璃化温度为50-60℃，高结晶度。通过在聚乳酸中共混双功能团的单体或低聚物引入柔性杂链，从而降低聚乳酸的结晶度、聚乳酸的玻璃化温度，制备出高韧性的聚乳酸复合材料，改善聚乳酸的缺陷，扩大聚乳酸在包装、膜和板材等领域的应用。所述的增容溶剂可以为甲基丙烯酸甲酯可以为马来酸酐或丙烯酸可以为丙烯酸丁酯。增容溶剂一方面要可以增容聚乳酸另一方面可以参加聚合反应，所含官能团利于改善聚乳酸的硬而脆韧性差的问题。本专利技术的优点在于：（1）得到的聚乳酸复合材料仍然可降解，没有破坏聚乳酸基体的可降解特性，属于绿色材料；（2）将增韧剂与聚乳酸在高温共混下反应，增韧效果明显，操作简单，高温共混条件下，聚乳酸通过与双功能团共混改性剂反应引入杂原子分子链，有效的提高分子链的柔性，同时降低聚乳酸的结晶度，最终制备出高韧的聚乳酸材料；（3）添加功能性增容溶剂一方面可以提高增容效果，另一方面增容溶剂参与反应提高聚乳酸的韧性。附图说明无。具体实施方式实施例1取100g的聚乳酸（3051D）与10g增容溶剂丙烯酸丁酯在转矩流变仪中共混，共混温度为160℃，转速为60r/min，时间为5min得到共混物；加入20g丙烯酸十二酯继续共混20min。将共混物在平板硫化机中压片，操作温度为180℃，压力为6MPa，压制为薄片，制备出聚乳酸复合材料1。复合材料的力学性能按GB1843在万能冲击试验机和电子拉力机上测试冲击和拉伸性能。聚乳酸复合材料1的缺口冲击强度为10.1kJ/m2，断裂伸长率为145.3%，拉伸强度为50.1MPa；较纯的聚乳酸的缺口冲击强度为2.56kJ/m2，断裂伸长率为10.7%，拉伸强度为61.2MPa；与纯聚乳酸的力学性能对比可以清晰的看到改性后的聚乳酸复合材料1的拉伸强度降低，断裂伸长率和缺口冲击强度明显增加，制备出了高韧性的聚乳酸复合材料。高温共混条件下，聚乳酸通过与双功能团共混改性剂丙烯酸十二酯、增容溶剂丙烯酸丁酯反应在聚乳酸的分子链中引入杂原子分子链，有效的提高了聚乳酸分子链的柔性，同时降低聚乳酸的结晶度，最终制备出高韧的聚乳酸复合材料。实施例2取100g的聚乳酸（3051D）与10g增容溶剂丙烯酸丁酯在转矩流变仪中共混，共混温度为160℃，转速为60r/min，时间为5min得到共混物；加入15g三嵌段弹性聚合物聚乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯（AX8900）继续共混20min。将共混物在平板硫化机中压片，操作温度为180℃，压力为6MPa，压制为薄片，制备出聚乳酸复合材料2。聚乳酸复合材料2的缺口冲击强度为12.2kJ/m2，断裂伸长率为170.2%，拉伸强度为45.1MPa；较纯的聚乳酸的缺口冲击强度为2.56kJ/m2，断裂伸长率为10.7%，拉伸强度为61.2MPa；与纯聚乳酸的力学性能对比可以清晰的看到改性后的聚乳酸复合材料1的拉伸强度降低，断裂伸长率和缺口冲击强度明显增加，制备出了高韧性的聚乳酸复合材料。高温共混条件下，聚乳酸通过与双功能团共混改性剂三嵌段弹性聚合物聚乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯（AX8900）、增容溶剂丙烯酸丁酯反应在聚乳酸的分子链中引入杂原子分子链，有效的提高了聚乳酸分子链的柔性，同时降低聚乳酸的结晶度，最终制备出高韧的聚乳酸复合材料。以上所述，仅是本专利技术的较佳实施例，但本专利技术不限于上述实施例，还可以根据本专利技术的专利技术创造的目的做出多种变化，凡依据本专利技术技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，都属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高韧聚乳酸复合材料，包括增韧剂和聚乳酸，其特征在于，用含双官能团的单体或低聚合物作为增韧剂与聚乳酸熔融共混。

【技术特征摘要】
1.一种高韧聚乳酸复合材料，包括增韧剂和聚乳酸，其特征在于，用含双官能团的单体或低聚合物作为增韧剂与聚乳酸熔融共混。2.根据权利要求1所述的一种高韧聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：步骤（1），将一定质量的聚乳酸与增容溶剂在转矩流变仪中共混，共混温度为100-200℃，转速为60-80r/min，时间为5-15min得到共混物A；步骤（2），将含双官能团的单体或低聚合物加入步骤（1）中A共混物继续共混10-30min，得到共混物B；步骤（3），将步骤（2）中的共混物在平板硫化机中压片，操作温度为160-230℃，压力为4-15MPa，压制为薄片。3.根据权利要求1所述的一种高韧聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，反应物的质...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱鸿浩，
申请(专利权)人：成都博美实润科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51