一种耐热高强的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耐热高强的聚乳酸复合材料及其制备方法。制备方法包括：将聚乳酸、生物基呋喃聚酯和抗氧剂通过双螺杆挤出机混合熔融挤出，水冷牵引得到牵伸比为100～1500:1的PLA/生物基呋喃聚酯复合材料样条，然后在90～130℃热处理10s～5min得到耐热高强的聚乳酸复合材料；双螺杆挤出机包括沿挤出方向依次设置的挤出螺杆输送段、挤出螺杆熔融段、混炼段、排气段和均化段，挤出螺杆熔融段和混炼段的温度比聚乳酸、生物基呋喃聚酯中最高的熔点高2～10℃；以聚乳酸、生物基呋喃聚酯和抗氧剂的总质量为100％计，聚乳酸质量占比为83％～99.85％，生物基呋喃聚酯质量占比为0.1％～15％，抗氧剂质量占比为0.05％～2.0％。抗氧剂质量占比为0.05％～2.0％。抗氧剂质量占比为0.05％～2.0％。

【技术实现步骤摘要】
一种耐热高强的聚乳酸复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及聚乳酸复合材料领域，具体涉及一种耐热高强的聚乳酸复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚乳酸(PLA)是一种以可再生资源为原料，且具有可完全生物降解性、良好生物相容性的环境友好型高分子聚合物，其被誉为最具有发展潜力的生物基高分子材料。
[0003]但是PLA韧结晶速率慢导致其成型周期长，能耗增加，生产成本提高，以及PLA耐热性性差(仅为55℃左右)，这严重限制了其大规模应用，PLA的结晶速率提高及耐热性的改善，可以拓宽其在食品餐具等领域的应用。
[0004]中国专利技术专利申请CN 110452330 A公开了一种可辐照交联方法制备PLA复合材料，但辐照交联会使交联的分子链难以降解，影响材料的降解性能。
[0005]中国专利技术专利申请CN201810044643.4公开了一种聚乳酸聚碳酸亚丙酯复合材料及其制备方法，虽然改性后PLA基复合材料的耐热性能有所提升，但维卡软化温度难以高于110℃。
[0006]因此，急需寻求一种耐热高强的全生物可降解PLA基复合材料，拓宽PLA的实际应用范围。

技术实现思路

[0007]针对上述技术问题以及本领域存在的不足之处，本专利技术提供了一种耐热高强的聚乳酸复合材料的制备方法，工艺简单，制备得到的聚乳酸复合材料具有优异的耐热性能及拉伸强度。
[0008]一种耐热高强的聚乳酸复合材料的制备方法，包括：将聚乳酸、生物基呋喃聚酯和抗氧剂通过双螺杆挤出机混合熔融挤出，水冷牵引得到牵伸比(即双螺杆挤出机出料口截面面积与PLA/生物基呋喃聚酯复合材料样条截面面积之比)为100～1500:1的PLA/生物基呋喃聚酯复合材料样条，然后在90～130℃热处理10s～5min得到所述耐热高强的聚乳酸复合材料；
[0009]所述双螺杆挤出机包括沿挤出方向依次设置的挤出螺杆输送段、挤出螺杆熔融段、混炼段、排气段和均化段，其中，挤出螺杆熔融段和混炼段的温度比聚乳酸、生物基呋喃聚酯中最高的熔点高2～10℃；以聚乳酸、生物基呋喃聚酯和抗氧剂的总质量为100％计，聚乳酸的质量占比为83％～99.85％，生物基呋喃聚酯的质量占比为0.1％～15％，抗氧剂的质量占比为0.05％～2.0％。
[0010]生物基呋喃聚酯是生物基聚合物，可回收和降解，具有广泛的应用。本专利技术将生物基呋喃聚酯引入到PLA中，不会影响材料的降解性能。
[0011]本专利技术制备方法的关键有：双螺杆挤出机的熔融加工温度一定要高于生物基呋喃聚酯的熔点，使生物基呋喃聚酯完全熔融，且要对挤出样品进行牵引，使挤出的样条的牵伸
比在100～1500:1，从而使得生物基呋喃聚酯在聚乳酸中的分散状态为纤维棒状，直径范围为0.1～30μm，最后在短时间特定温度的热处理后，PLA结晶形成网络，耐热性能得到极大的提高。在本专利技术制备过程中，生物基呋喃聚酯纤维棒状及PLA结晶网络的形成，使最终得到的聚乳酸复合材料的拉伸强度也得到明显提高。
[0012]在一优选例中，所述的耐热高强的聚乳酸复合材料的制备方法，聚乳酸的重均分子量为1
×
104～1
×
106g/mol，熔点范围为150～170℃。该重均分子量和熔点范围的聚乳酸可更好地与生物基呋喃聚酯的加工温度窗口匹配。
[0013]所述的耐热高强的聚乳酸复合材料的制备方法，所述生物基呋喃聚酯可降解，优选包括聚2,5
‑
呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)、聚2,5
‑
呋喃二甲酸丙二醇酯(PBF)、聚2,5
‑
呋喃二甲酸丁二醇酯(PPF)、聚2,5
‑
呋喃二甲酸新戊二醇酯(PNF)、聚2,5
‑
呋喃二甲酸己二醇酯(PHF)、聚2,5
‑
呋喃二甲酸辛二醇酯(POF)、聚2,5
‑
呋喃二甲酸癸二醇酯(PDeF)、聚2,5
‑
呋喃二甲酸十二碳二醇酯(PDoF)、聚2,5
‑
呋喃二甲酸
‑
1,20
‑
二醇酯(PE
20
F)、聚2,5
‑
呋喃二甲酸
‑2‑
甲基
‑
1,3
‑
丙二醇酯(PMePF)、聚2,5
‑
呋喃二甲酸环己烷二甲醇酯(PCF)、聚2,5
‑
呋喃二甲酸异山梨醇酯(PIsF)、聚2,5
‑
呋喃二甲酸戊二醇酯(PPeF)、聚2,5
‑
呋喃二甲酸庚二醇酯(PHepF)、聚2,5
‑
呋喃二甲酸壬二醇酯(PNoF)、聚对苯二甲酸
‑
2,5
‑
呋喃二甲酸乙二醇共聚酯(PEFT)、聚呋喃二甲酸乙二醇环己烷二甲醇酯(PECF)、聚2,5
‑
呋喃二甲酸
‑
乙二醇
‑
2,2,4,4
‑
四甲基
‑
1,3
‑
环丁二醇酯(PETF)、基于2,5
‑
呋喃二甲酸的聚酯弹性体、聚2,5
‑
呋喃二甲酸基芳香聚酯、聚2,5
‑
呋喃二甲酸基脂肪芳香共聚酯中的至少一种。
[0014]在一优选例中，所述的耐热高强的聚乳酸复合材料的制备方法，所述生物基呋喃聚酯为聚2,5
‑
呋喃二甲酸乙二醇酯，其熔点为212℃。与之相适应的，所述双螺杆挤出机的挤出螺杆输送段的温度为205～215℃，挤出螺杆熔融段、混炼段的温度为215～225℃，排气段、均化段的温度为205～220℃。
[0015]在一优选例中，所述的耐热高强的聚乳酸复合材料的制备方法，所述PLA/生物基呋喃聚酯复合材料样条的牵伸比为300～800:1。
[0016]根据所需的牵伸比，可选择相应的双螺杆挤出机的出料口直径与牵引速率。
[0017]在一优选例中，所述的耐热高强的聚乳酸复合材料的制备方法，所述双螺杆挤出机的出料口直径为0.1～3mm，牵引速率为5～100m/min。
[0018]进一步优选，所述的耐热高强的聚乳酸复合材料的制备方法，所述双螺杆挤出机的出料口直径为0.5～1mm，牵引速率为10～50m/min。
[0019]所述的耐热高强的聚乳酸复合材料的制备方法，所述PLA/生物基呋喃聚酯复合材料样条的结晶度＞40％。
[0020]所述的耐热高强的聚乳酸复合材料的制备方法，所述PLA/生物基呋喃聚酯复合材料样条中，聚2,5
‑
呋喃二甲酸乙二醇酯在聚乳酸中的分散状态为纤维棒状，直径范围为0.1～30μm。
[0021]抗氧剂的加入主要是阻止PLA在高温熔融挤出过程中的降解，可以选用常规的抗氧剂。
[0022]在一优选例中，所述的耐热高强的聚乳酸复合材料的制备方法，所述抗氧剂为抗氧剂1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐热高强的聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，包括：将聚乳酸、生物基呋喃聚酯和抗氧剂通过双螺杆挤出机混合熔融挤出，水冷牵引得到牵伸比为100～1500:1的PLA/生物基呋喃聚酯复合材料样条，然后在90～130℃热处理10s～5min得到所述耐热高强的聚乳酸复合材料；所述双螺杆挤出机包括沿挤出方向依次设置的挤出螺杆输送段、挤出螺杆熔融段、混炼段、排气段和均化段，其中，挤出螺杆熔融段和混炼段的温度比聚乳酸、生物基呋喃聚酯中最高的熔点高2～10℃；以聚乳酸、生物基呋喃聚酯和抗氧剂的总质量为100％计，聚乳酸的质量占比为83％～99.85％，生物基呋喃聚酯的质量占比为0.1％～15％，抗氧剂的质量占比为0.05％～2.0％。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，聚乳酸的重均分子量为1
×
104～1
×
106g/mol，熔点范围为150～170℃。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物基呋喃聚酯可降解，包括聚2,5
‑
呋喃二甲酸乙二醇酯、聚2,5
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呋喃二甲酸丙二醇酯、聚2,5
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呋喃二甲酸丁二醇酯、聚2,5
‑
呋喃二甲酸新戊二醇酯、聚2,5
‑
呋喃二甲酸己二醇酯、聚2,5
‑
呋喃二甲酸辛二醇酯、聚2,5
‑
呋喃二甲酸癸二醇酯、聚2,5
‑
呋喃二甲酸十二碳二醇酯、聚2,5
‑
呋喃二甲酸
‑
1,20
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二醇酯、聚2,5
‑
呋喃二甲酸
‑2‑
甲基
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1,3
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丙二醇酯、聚2,5
‑
呋喃二甲酸环己烷二甲醇酯、聚2,5
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呋喃二甲酸异山梨醇酯、聚2,5
‑
呋喃二甲酸戊二醇酯、聚2...

【专利技术属性】
技术研发人员：任倩，汪龙，朱秀宇，李婉婉，凌邑菡，吴明辉，郑文革，谢开峰，
申请(专利权)人：宁波新材料测试评价中心有限公司，
类型：发明
国别省市：