一种耐热聚乳酸材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于高分子材料技术领域，具体公开了一种耐热聚乳酸材料，同时还公开了一种耐热聚乳酸材料的制备方法。该耐热聚乳酸材料原料组成：PLLA 80‑99份、PDLA 1‑20份、塑化剂0.5‑2份、抗氧剂0.2‑1份、成核剂0.2‑1份、扩链剂0.4‑1.0份、石墨烯0.01‑0.1份。通过在PLLA中添加适量的PDLA，再配合其它助剂，制得的聚乳酸材料比通用级PLA的耐热温度明显提升，因此扩大了PLA的应用范围。制成的耐热聚乳酸颗粒制品未改变原料本身可降解的特性，制造、使用和废弃后均不污染环境，且制备方法简单，使用成本低，适合工业化生产推广。

A heat resistant polylactic acid material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种耐热聚乳酸材料及其制备方法
本专利技术涉及高分子材料
，特别是涉及一种耐热聚乳酸材料，同时还涉及其制备方法。
技术介绍
随着科学与社会的发展，环境和资源问题越来越受到人们的重视。目前以石油为原料的塑料材料的广泛应用，造成了非常严重的“白色污染”，成为全球问题。而且石油这一类资源不可再生，大量的不合理使用给人类带来了严重的资源短缺问题。降解材料的出现，尤其是降解材料的原材料的可再生性为解决这一问题提供了有效手段。聚乳酸(PLA)又称聚丙交酯，是目前研究应用相对较多的一种降解材料，它是以淀粉发酵(或化学合成)得到的乳酸为基本原材料制得的一种环境友好的材料。聚乳酸材料不仅具有良好的物理性能，还具有良好的生物相容性和降解性能，且对人体无毒无刺激。丙交酯合成前体为乳酸，乳酸具有手性，因此聚乳酸有3种立体构型：PLLA(聚左旋乳酸)、PDLA(聚右旋乳酸)和PDLLA(聚消旋乳酸)。在不同的旋光纯度下，聚乳酸表现出一系列性能上的差异。目前针对聚乳酸材料已经有了广泛的研究，但是现有的聚乳酸材料耐热温度不理想，影响了聚乳酸材料的使用，需要进一步提升。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种耐热聚乳酸材料，同时还提供了一种制备方法，本专利技术的耐热聚乳酸材料的耐热温度比通用级PLA的耐热温度明显提升。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：一种耐热聚乳酸材料，由以下重量份数的原料制成：作为一种优选的实施方式，所述PLLA的重均分子量为5～20万，光学纯度95％～99.5％；所述PDLA的重均分子量为5～30万，光学纯度95％～99.5％。优选所述PLLA的重均分子量为10～20万，所述PDLA的重均分子量为10～30万。作为一种优选的实施方式，所述塑化剂为邻苯二甲酸类酯和/或柠檬酸类酯；所述邻苯二甲酸类酯选自邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二戊酯(DAP)中的任一种或多种，所述柠檬酸类酯为柠檬酸三正丁酯(TBC)和/或乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)。作为一种优选的实施方式，所述抗氧剂选自环氧大豆油(ESO)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)、苯基对苯二胺(DNP)、亚磷酸三(壬基苯基)酯(TNP)、硫代二丙烯二硬脂基酯(DSTP)、硫代二丙酸双月桂酯(DLTP)中的任一种或多种。作为一种优选的实施方式，所述成核剂选自脂肪酸、滑石粉、纳米碳酸钙、硬脂酸钙、苯基膦酸锌中的任一种或多种。作为一种优选的实施方式，所述扩链剂选自ADR4370、ADR4368CS、CE2101中的任一种或多种。作为一种优选的实施方式，所述石墨烯为增强型石墨烯，石墨烯比表面积为100～300m2/g，粒径1～8μm，碳含量50～80％。更优选地，所述塑化剂为邻苯二甲酸二甲酯或乙酰柠檬酸三丁酯；和/或，所述抗氧剂为环氧大豆油或环氧大豆油与四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯的混合物；和/或，所述成核剂为纳米碳酸钙；和/或，所述扩链剂为CE2101。本专利技术还提供了一种耐热聚乳酸材料的制备方法，包括以下步骤：将PLLA、PDLA、塑化剂、抗氧剂、成核剂、扩链剂和石墨烯输送至双螺杆挤出机的进料混合器，混合后进入双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机挤出，之后风冷、造粒，得到耐热聚乳酸颗粒。优选地，进料混合器搅拌转速为10～20r/min。采用双螺杆挤出机挤出，所述双螺杆挤出机的加热区分为8～12个区，各区温度设定在160～175℃，其中第1～2区为熔融段，可有效将物料熔融；第3～6区为混构、塑化段，PLLA、PDLA在此段进行混构，同时混构的PLLA\PDLA在此段塑化；第7～8或7～12区，用于第3～6段的加工补充，同时混构颗粒在此段保温稳定料性。螺杆转速50～300rpm，造粒直径2～5mm。优选地，PLLA、PDLA在混合前经烘干处理。烘干后所述PLLA、PDLA的水分含量为50～500ppm，优选为200～300ppm。在本申请的原料组成中，所述PLLA的重均分子量为10～20万，PDLA的重均分子量为10～30万。该范围内的聚乳酸材料拉伸强度、弯曲强度和抗冲击强度性能优异，可满足日常类消费终端产品的使用；同时通过混构，可赋予聚乳酸颗粒更高的耐热性能，扩大使用范围。为了保证混构效果，选用的PLLA、PDLA的光学纯度均为95％～99.5％。塑化剂选用邻苯二甲酸类酯和/或柠檬酸类酯。该类塑化剂可提高PLA分子链的活性，使得材料保持高强度的同时拥有较好的韧性。优选地，邻苯二甲酸类酯为邻苯二甲酸二甲酯，所述柠檬酸类酯为乙酰柠檬酸三丁酯。非食品接触类产品选用邻苯二甲酸二甲酯，食品接触类产品选用乙酰柠檬酸三丁酯。乙酰柠檬酸三丁酯，为环保型增塑剂。抗氧剂的使用可有效抑制聚合物的氧化降解，延长制品的使用期限。优选地，非食品接触类产品选用抗氧剂1010(粉体)与ESO或DNP等(液体)组合。食品接触类产品选用食品安全度较高的环氧大豆油(ESO)，环氧值为6～10，酸值0.2～0.6mgKOH/g。成核剂为脂肪酸、滑石粉、纳米碳酸钙、硬脂酸钙、苯基膦酸锌中的任一种或多种组合。添加成核剂可以提高PLA的结晶速度，配合热处理工艺可明显提升PLA制品的耐热性，优选的成核剂为纳米碳酸钙，粒度0.05～0.1μm。扩链剂具体选自ADR4370、ADR4368CS、CE2101。该类扩链剂均含有羟基和羧基基团，可有效的修复PLA在加工过程中因降解导致的物理性能下降。其中ADR4370、ADR4368CS为BASF生产，CE2101为国内供应商生产。石墨烯的添加使用，主要为借助单层石墨烯具有的原子厚度的二维晶体结构，该结构具有高韧性、高断裂强度、热传导性，可有效改善PLA的导热性、耐候性、气密性和耐腐蚀性，同时有助于提升材料的韧性、断裂强度等物理性能。优选SE1430增强型石墨烯，比表面积为100～300m2/g，粒径1～8μm，碳含量50～80％。在制备耐热聚乳酸材料时，首先要对原料PLLA和PDLA进行干燥，干燥温度60～80℃，干燥时间60～90min，干燥至水分含量在50～500ppm范围内。干燥的原因是，PLA具有较强的吸水性，尤其在高温环境其吸湿性更加明显，较高的水分含量在加工过程中会导致PLA的热降解，导致产品缺陷，废品率较高。因此需要控制PLLA、PDLA的含水量在合适范围内。在制备过程中，使用计量泵或喂料器，按比例将原辅料单独输送至螺杆入料口的混合器中，进行在线混合，混合器搅拌转速为10～25r/min，混合后物料进入双螺杆机组制粒，得到耐热聚乳酸颗粒。本专利技术提供的耐热聚乳酸材料，通过在PLLA中添加适量的PDLA，再配合其它助剂，在不降低原PLLA颗粒拉伸强度、弯曲强度和抗冲击强度的同时，比通用级PLA的耐热温度提升了20～70℃，该耐热聚乳酸材料制备的产品最高耐热温度可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐热聚乳酸材料，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：/n

【技术特征摘要】
1.一种耐热聚乳酸材料，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：





2.根据权利要求1所述的耐热聚乳酸材料，其特征在于，所述PLLA的重均分子量为5～20万，光学纯度95％～99.5％；所述PDLA的重均分子量为5～30万，光学纯度95％～99.5％。


3.根据权利要求1所述的耐热聚乳酸材料，其特征在于，所述塑化剂为邻苯二甲酸类酯和/或柠檬酸类酯；所述邻苯二甲酸类酯选自邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二戊酯中的任一种或多种，所述柠檬酸类酯为柠檬酸三正丁酯和/或乙酰柠檬酸三丁酯。


4.根据权利要求1所述的耐热聚乳酸材料，其特征在于，所述抗氧剂选自环氧大豆油、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、苯基对苯二胺、亚磷酸三(壬基苯基)酯、硫代二丙烯二硬脂基酯、硫代二丙酸双月桂酯中的任一种或多种。


5.根据权利要求1所述的耐热聚乳酸材料，其特征在于，所述成核剂选自脂肪酸、滑石粉、纳米碳酸钙、硬脂酸钙、苯基膦酸锌中的任一种或多种。


6.根据权利要求1所述的耐热聚乳酸材料，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李荣杰，冯杰，何玉春，单勇，丁华刚，
申请(专利权)人：安徽丰原乳酸聚酯材料有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34