本发明专利技术公开了一种全生物基聚乳酸复合材料及其制备方法，该复合材料由以下重量百分比的原料制成：聚乳酸55～89％、填料10～40％、衣康酸酐接枝聚乳酸1～5％。全生物基聚乳酸复合材料的制备方法包括：将聚乳酸、填料加入到混合机中，干燥处理，并混合均匀；然后加入衣康酸酐接枝聚乳酸共聚物，并混合均匀；再次，利用双螺杆挤出机熔融挤出、拉条、风冷、造粒，得到全生物基聚乳酸复合材料。本发明专利技术采用衣康酸酐接枝聚乳酸共聚物作为复合材料的界面偶联剂，大大增强界面处的粘附力，能够显著提高复合材料的力学性能。
A whole biobased poly (lactic acid) composite and its preparation method
【技术实现步骤摘要】
一种全生物基聚乳酸复合材料及其制备方法
本专利技术涉及聚乳酸复合材料
，具体涉及一种全生物基聚乳酸复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着高分子材料的日益发展，其带来的问题也日渐显现，其中最大的问题是其可持续性以及所带来的生态环境破坏。目前高分子材料主要来源于不可再生的石化资源，高分子材料将面临可持续发展的巨大挑战。另外，绝大部分石油基高分子材料属于不可降解材料，带来严峻的“白色污染”，并严重破坏陆地生态环境及海洋生态环境。废弃高分子材料的堆埋处理，严重影响土壤通透性，破坏土质，使植物和农作物难以生长。并且，废弃高分子的焚烧处理，进一步加剧“温室气体”排放、“雾霾”天气和“酸雨”气候。随着人们对于环境保护的意识日益增强，发展环境友好型生物基可降解高分子材料也越来越受到重视。聚乳酸(PLA)是目前全世界产能最大、综合性能最佳且能接近于聚苯乙烯的塑料，价格相对于其他生物塑料(如PBS、PBAT、PHA)最低，并能完全实现生物降解的一种生物基塑料。但是，相对于PP和PS等石油基通用塑料，聚乳酸价格仍然较高，大大的限制了聚乳酸的大规模应用。近年来，为了降低聚乳酸的生产成本和保持其生物可降解，利用价格低廉、来源广泛、可生物降解和可再生的生物资源如木质素纤维素、竹粉和淀粉等填充复合聚乳酸已经成为环保塑料中发展最为迅速的一个方向。然而，直接利用生物质填料对聚乳酸填充改性将会进一步增加聚乳酸(PLA)本身的脆性，降低聚乳酸(PLA)的断裂拉伸强度、冲击强度和拉伸韧性。这主要是由于表面亲水的生物质填料和表面疏水的聚乳酸的界面相容性差，导致二者的界面粘结性差。因此，只有改善生物质填料与聚乳酸的界面相容性，才能彻底改善聚乳酸基复合材料的力学性能，达到满足实际应用需求。现阶段，人们主要通过添加增塑剂(聚乙二醇，柠檬酸酯及其衍生物，乳酸及其低聚物等)、界面反应偶联剂(二异氰酸酯类MDI、TDI等)、马来酸酐接枝聚乳酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乳酸等来改善聚乳酸基复合材料的机械性能。然而，增塑剂导致聚乳酸强度和模量降低，并存在长时间之后析出的风险；界面反应偶联剂一般毒性较大，不适合甚至禁止应用于一次性餐具和食品包装等与食品接触的领域；马来酸酐接枝聚乳酸一般接枝率较低，导致偶联效果较低；甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乳酸的环氧基团反应活性较低，导致其应用领域受限制。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种全生物基聚乳酸复合材料及其制备方法，采用衣康酸酐接枝聚乳酸共聚物作为复合材料的界面偶联剂，大大增强界面处的粘附力，能够显著提高复合材料的力学性能。一种全生物基聚乳酸复合材料，由以下重量百分比的原料制成：聚乳酸55％～89％；填料10％～40％；衣康酸酐接枝聚乳酸1％～5％；所述的聚乳酸为L型聚乳酸、D型聚乳酸和LD混合型聚乳酸中一种或者多种组合；所述的填料包括玉米淀粉、竹粉、纤维素、麻纤维等生物质填料和滑石粉、碳酸钙、蒙脱土等无机填料中的一种或两种以上(包括两种)。即所述的填料为玉米淀粉、竹粉、纤维素、麻纤维、滑石粉、碳酸钙、蒙脱土中的一种或两种以上(包括两种)。进一步优选，所述的全生物基聚乳酸复合材料，由以下重量百分比的原料制成：聚乳酸55％～79％；填料15％～40％；衣康酸酐接枝聚乳酸1％～5％。更进一步优选，所述的全生物基聚乳酸复合材料，由以下重量百分比的原料制成：所述的生物质填料为玉米淀粉、竹粉、纤维素、麻纤维中的一种或两种以上(包括两种)。所述的无机填料为滑石粉、碳酸钙、蒙脱土中的一种或两种以上(包括两种)。一种衣康酸酐接枝聚乳酸共聚物，通过熔融自由基接枝反应将衣康酸酐接枝到聚乳酸的分子链上，由以下重量百分比的原料制成：聚乳酸90％～99％；衣康酸酐0.5％～8％；引发剂0.1％～5％。作为优选，所述的衣康酸酐接枝聚乳酸共聚物，由以下重量百分比的原料制成：聚乳酸93％～99％；衣康酸酐0.7％～6％；引发剂0.3％～3％。进一步优选，所述的衣康酸酐接枝聚乳酸共聚物，通过熔融自由基接枝反应将衣康酸酐接枝到聚乳酸的分子链上，由以下重量百分比的原料制成：聚乳酸93.5％～98.7％；衣康酸酐1％～5％；引发剂0.3％～1.5％。所述的聚乳酸为L型聚乳酸、D型聚乳酸、LD混合型聚乳酸中一种或两种以上(包括两种)；所述的衣康酸酐来源于柠檬酸，具有可再生性，其纯度≥99％；所述的引发剂为有机过氧化物，主要包括过氧化二异丙苯，双(2-叔丁基过氧化异丙基)苯，叔丁基过氧化苯甲酸酯和2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷中的一种或两种以上。即所述的引发剂为过氧化二异丙苯、双(2-叔丁基过氧化异丙基)苯、叔丁基过氧化苯甲酸酯、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷中的一种或两种以上(包括两种)。所述的衣康酸酐接枝聚乳酸共聚物的接枝效率为78％～92％。较高的接枝效率能够更进一步提高复合材料的力学性能。所述的衣康酸酐接枝聚乳酸共聚物的制备方法，包括以下步骤：将干燥后的聚乳酸冷却至20-35℃，加入衣康酸酐和引发剂并混合均匀，之后将混合均匀的物料利用双螺杆挤出机熔融挤出、拉条、风冷、造粒，得到衣康酸酐接枝聚乳酸共聚物。干燥后的聚乳酸的制备包括：将聚乳酸在90～120℃下干燥处理30-70min。进一步，干燥后的聚乳酸的制备包括：将聚乳酸在100～110℃下干燥处理30-60min，保证聚乳酸含水率低于200ppm。所述的双螺杆挤出机的螺杆长径比为36:1～48:1，所述的双螺杆挤出机熔融的温度为170℃～190℃。在该制备方法中，聚乳酸、衣康酸酐和引发剂三者经过双螺杆熔融挤出之后，得到衣康酸酐接枝聚乳酸共聚物，主要涉及的反应如下：其中，n为400-4000的整数，m为1-100的整数。所述的衣康酸酐接枝聚乳酸共聚物，可广泛应用于高分子材料加工领域，适合在制备聚酯基复合材料及聚酯共混物中用作偶联剂。特别是在聚乳酸复合材料和聚乳酸共混物中，衣康酸酐接枝聚乳酸共聚物的偶联效果更为有效。衣康酸酐接枝聚乳酸共聚物作为聚酯基复合材料的界面偶联剂，大大增强界面处的粘附力，显著提高复合材料的力学性能。所述的全生物基聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤：将聚乳酸、填料加入到混合机中，干燥处理，并混合均匀；然后加入衣康酸酐接枝聚乳酸共聚物，并混合均匀；再次，利用双螺杆挤出机熔融挤出、拉条、风冷、造粒，得到全生物基聚乳酸复合材料。所述的干燥处理的条件为：在95℃～120℃下干燥处理20-80min，进一步优选，在105℃下干燥处理30-60min，保证聚乳酸含水率低于200ppm。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术中衣康酸酐接枝聚乳酸共聚物，其聚乳酸和衣康酸酐完全来源于生物质，具有可再生性，摆脱对石油的依赖。在引发剂作用下，衣康酸酐通过自由基方式接枝到聚乳酸分子链上，具有接枝率高、反应活性高、制备方法简单的优势，可作为一种新型的高效偶联剂(界面相容剂)，在高分子材料改性领域。本专利技术全生物基聚乳酸复合材料中，采用衣康酸酐接枝聚乳酸共聚物，可广泛应用于高分子材料加工领域，特别是在聚乳酸复合材料和聚乳酸共混物中，衣康酸酐接枝聚乳酸共聚物的偶联效果更为有效。衣康酸酐接枝聚乳酸共聚物作为聚酯基复合材料的界面偶联剂，大大本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种全生物基聚乳酸复合材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：聚乳酸 55％～89％；填料 10％～40％；衣康酸酐接枝聚乳酸 1％～5％。
【技术特征摘要】
1.一种全生物基聚乳酸复合材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：聚乳酸55％～89％；填料10％～40％；衣康酸酐接枝聚乳酸1％～5％。2.根据权利要求1所述的全生物基聚乳酸复合材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：聚乳酸55％～79％；填料15％～40％；衣康酸酐接枝聚乳酸1％～5％。3.根据权利要求1或2所述的全生物基聚乳酸复合材料，其特征在于，所述的填料为玉米淀粉、竹粉、纤维素、麻纤维、滑石粉、碳酸钙、蒙脱土中的一种或两种以上。4.根据权利要求1或2所述的全生物基聚乳酸复合材料，其特征在于，所述的衣康酸酐接枝聚乳酸共聚物，通过熔融自由基接枝反应将衣康酸酐接枝到聚乳酸的分子链上，由以下重量百分比的原料制成：聚乳酸90％～99％；衣康酸酐0.5％～8％；引发剂0.1％～5％。5.根据权利要求4所述的全生物基聚乳酸复合材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：聚乳酸93％～99％；衣康酸酐0.7％～6％；引发剂0.3％～3％。6.根据权利要求4所述的全生物基聚乳酸复合材料，其特征在于，所述的引发剂为过氧化二异丙苯、双(2-叔丁基过氧化异丙基)苯、叔丁基过氧化苯甲酸酯、2,5-二甲基-2...
【专利技术属性】
技术研发人员：王熊，李鹏，陈虎啸，路丹，
申请(专利权)人：宁波家联科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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