一种聚乳酸复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种聚乳酸复合材料，涉及高分子材料技术领域，本发明专利技术的聚乳酸复合材料，主要由以下重量份数的原料制成：75‑90份聚乳酸、5‑20份弹性体A、2‑15份弹性体B；弹性体A为带有甲基丙烯酸缩水甘油酯基团的聚合物，其结构式为

A polylactic acid composite material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种聚乳酸复合材料及其制备方法
本专利技术涉及高分子材料
，具体涉及一种聚乳酸复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚乳酸(PLA)是一种由淀粉和糖类等可再生物质经过一系列过程制备得到的高分子材料，具有良好的生物相容性和生物可降解性；以及足以媲美聚苯乙烯的机械强度等力学性能；这使得其在包装材料、生物医用材料等领域都优先得到了较为广泛的应用。聚乳酸材料的综合性能优越，但存在韧性较差的性能缺陷。现有技术中，聚乳酸的增韧改性主要是两种方法。一种是共聚改性，该方法由于步骤较为复杂，产量很低，很难实际应用。另一种是共混改性，该方法是提高韧性最经济有效的方法。传统的聚乳酸共混改性所使用的增塑剂有聚乙二醇、甘油、柠檬酸甘油酯等，但是这些增塑剂分子量较小，容易导致聚乳酸共混物玻璃化转变温度下降，不易于聚乳酸材料加工，而且随着使用时间增长，增塑剂容易迁移和析出，最终导致材料发脆等问题。在这种情况下，反应性弹性体或许是一个选择，聚乳酸与反应性弹性体会发生界面反应，可以降低不相容组分之间的界面张力并提高界面强度，显著改善聚乳酸韧性。马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯、异氰酸和环氧官能团是在聚乳酸增韧中使用最广泛功能单体。但是这种方法通常要加入20％以上的弹性体或者在弹性体中加入无机刚性粒子才能达到增韧效果，这不仅增加了生产成本，也限制了这种方法的应用。例如研究人员发现在聚乳酸/聚醚氨酯85/15共混物中加入5％二氧化硅粒子后，该复合材料的冲击强度可以达到65KJ/m2(XiuH,HuangC,BaiH,etal.Improvingimpacttoughnessofpolylactide/poly(ether)urethaneblendsviadesigningthephasemorphologyassistedbyhydrophilicsilicananoparticles[J].Polymer,2014,55(6):1593-1600.)。聚酰胺(PA)作为一种热塑性树脂，也曾被用于聚乳酸的增韧改性研究，但是增韧效果不佳。例如在对PLA/PA11共混物进行拉伸性能测试时，测试结果表明PLA/PA11共混物拉伸断裂伸长率和拉伸强度与纯PLA相比，并没有明显提高，PLA/PA11共混物仍是脆性材料(StocletG,SeguelaR,LefebvreJM.Morphology,thermalbehaviorandmechanicalpropertiesofbinaryblendsofcompatiblebiosourcedpolymers:Polylactide/polyamide11[J].Polymer,2011,52(6):1417-1425.)。研究人员还发现，将PA树脂作为基体材料与PLA树脂进行共混，只有当聚酰胺的含量增加到15％时，PLA/PA共混物的拉伸断裂伸长率才能从8％增长到70％(Feng,Fei,Ye,Lin.StructureandPropertyofPolylactide/PolyamideBlends[J].JournalofMacromolecularSciencePartB,49(6):1117-1127.)。虽然可以在一定程度上提高聚乳酸韧性，但是聚酰胺树脂的用量一般较大，通常达到15％左右才能提高聚乳酸韧性，而且增韧效果不显著。同时，由于聚酰胺树脂和聚乳酸树脂的界面作用较差，基体间的分散性和相容性并不突出，聚酰胺的大量添加还会使得聚乳酸材料的强度和刚性等性能受到较大影响。此外，常规的聚酰胺树脂的大量添加，对共混组合物的生物降解性能也会产生影响，使得聚乳酸材料的环保性能大大降低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于现有的聚乳酸复合材料的刚性和强度较低，提供一种聚乳酸复合材料，提高聚乳酸复合材料的刚性和强度。本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种聚乳酸复合材料，主要由以下重量份数的原料制成：75-90份聚乳酸、5-20份弹性体A、2-15份弹性体B；所述弹性体A为带有甲基丙烯酸缩水甘油酯基团的聚合物，其结构式为其中5≤n1≤1500；所述弹性体B为生物基聚酰胺聚合物，其结构式为其中5≤n≤5000，R1和R3为脂肪族主链结构；R2为带有酯基官能团的侧链结构，R4为带有硫醚的主链结构。优选的，所述聚乳酸复合材料主要由以下重量份数的原料制成：75份聚乳酸、20份弹性体A、5份弹性体B。优选的，所述聚乳酸复合材料主要由以下重量份数的原料制成：85份聚乳酸、10份弹性体A、5份弹性体B。将一种带有甲基丙烯酸缩水甘油酯基团的聚合物和一种由植物油等物质合成的生物基聚酰胺聚合物作为聚乳酸的增韧剂，构建了一个三元超韧共混体系，反应共混过程中，弹性体A中的甲基丙烯酸缩水甘油酯基团可以和聚乳酸末端的羟基和羧基反应，另外聚乳酸与增韧剂间可以形成很好的氢键作用，生物基聚酰胺聚合物主链中氨基上的氢与聚乳酸羰基上的氧形成氢键，生物基聚酰胺聚合物中R2侧链酯基上的氧可以与聚乳酸上羟基上氢形成氢键。氢键含量比传统聚乳酸与聚酰胺共混物材料中氢键含量高很多，这些氢键导致聚酰胺增韧剂与聚乳酸形成很好的界面作用，而且氢键的形成有利于增韧剂在聚乳酸中的分散。同时，该聚酰胺聚合物为一种弹性体，聚酰胺弹性体以微纳米尺度均匀分散在聚乳酸基体中，可以起到吸收能量的作用，提升组合物的机械性能。聚乳酸与反应性弹性体A发生界面反应，可以降低不相容组分之间的界面张力并提高界面强度。良好的界面作用和分散效果是提高聚乳酸材韧性的关键原因。有益效果：将带有甲基丙烯酸缩水甘油酯基团的聚合物和生物基聚酰胺聚合物作为增韧剂使用，可以在显著降低增韧剂用量的基础上，在对材料的刚性和强度影响较小的情况下，大幅度提升聚乳酸组合物的韧性、断裂伸长率和抗冲击强度等机械性能。本专利技术中的弹性体B是由植物油合成的生物基材料，原料来源广泛，产品的生物降解性能较好，对生态环境更加友好。本专利技术中的弹性体B本身具有更好的生物降解性能，并且在聚乳酸复合材料基体中的添加量相对较小，因此对聚乳酸复合材料的生物降解性能影响较小，具有更好的绿色环保效益。优选的，所述R1和R3的结构式为以下任一种：优选的，所述R2的结构式为以下任一种：优选的，所述R4的结构式为以下任一种：优选的，所述聚乳酸复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)将上述重量份数的聚乳酸、弹性体A和弹性体B分别在真空烘箱中以40-100℃的温度预处理4-12h；(2)将步骤(1)中预处理后的物料加入到密炼机中，以160-220℃的温度，40-500r/min的转速，混炼3-20min，制得聚乳酸复合材料。优选的，将步骤(2)中混炼后的物料送入压片机中，以160-220℃的温度压制成型。本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种聚乳酸复合材料的制备方法。本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种聚乳酸复合材料的制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚乳酸复合材料，其特征在于：主要由以下重量份数的原料制成：75-90份聚乳酸、5-20份弹性体A、2-15份弹性体B；/n所述弹性体A为带有甲基丙烯酸缩水甘油酯基团的聚合物，其结构式为

【技术特征摘要】
1.一种聚乳酸复合材料，其特征在于：主要由以下重量份数的原料制成：75-90份聚乳酸、5-20份弹性体A、2-15份弹性体B；
所述弹性体A为带有甲基丙烯酸缩水甘油酯基团的聚合物，其结构式为其中5≤n1≤1500；
所述弹性体B为生物基聚酰胺聚合物，其结构式为其中5≤n≤5000，R1和R3为脂肪族主链结构；R2为带有酯基官能团的侧链结构，R4为带有硫醚的主链结构。


2.根据权利要求1所述的聚乳酸复合材料，其特征在于：所述聚乳酸复合材料主要由以下重量份数的原料制成：75份聚乳酸、20份弹性体A、5份弹性体B。


3.根据权利要求1所述的聚乳酸复合材料，其特征在于：所述聚乳酸复合材料主要由以下重量份数的原料制成：85份聚乳酸、10份弹性体A、5份弹性体B。


4.根据权利要求1所述的聚乳酸复合材料，其特征在于：所述R1和R3的结构式为以下任一种：





5.根据权利要求1所述的聚乳酸复合材料，其特征在于：所述R2的结构式为以下任一种：





6.根据权利要求1所述的聚乳酸复合材料，其特征在于：所述R4的结构式为以下任一种：


...

【专利技术属性】
技术研发人员：章亚琼，陈佳伟，汪钟凯，邢明欣，孔维铭，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34