[发明专利]通过加工提高聚乙二醇增塑聚乳酸材料力学性能的方法

说明书

技术领域

本发明属聚乳酸领域，特别是涉及压力加工固态成型提高聚乙二醇增塑聚乳酸力学性能的方法。

背景技术

聚乳酸作为生物可降解的高分子材料，由于可降解、可再生的生物友好性能而得到了大量的研究。但由于聚乳酸本身结晶速率慢、分子链刚性强导致了材料韧性差，只能作为包装材料而限制了广泛的应用。一般可通过增塑、共混改性的方法使得冲击性能得到改善。但改性的同时，拉伸性能下降剧烈限制了材料的使用。近年来研究共混增韧的方法很多，并出现了大量的增韧模型。

对于各种高聚物材料的应用，韧性是一个极其重要的力学性能指标，聚合物的增韧改性一直是材料改性中的重要问题。自从1927年第一个增韧PS的技术专利问世，到第一个利用橡胶增韧技术开发出的ABS塑料，高分子材料的应用领域不断扩展。并随着70、80年代各种刚性有机粒子增韧的高抗冲材料研究以及近年来无机刚性粒子增韧体系的研究，各种增韧机理相继提出。

注塑成型是最广泛应用的加工方法，近年来对注塑成型自增强的研究层出不穷。BayerR K等(Bayer R K，et al.Polymer Engineering and Science 1989，29，186)报道了拉伸流动注射成型方法，在普通注塑机上实现了聚乙烯的自增强，制得了拉伸强度达到150MPa的试样。另外，辊压成型也是一种很有效的加工方法。D.C.Sun等(D.C.Sun，E.M.Berg，J.H.Magill.Polym.Eng.Sci.，1990，30，635)报道了聚丙烯、高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和聚乙烯-聚丙烯嵌段共聚物的辊压成型，发现所有辊压成型后的试样的机械强度在三个轴向方向上都有提高，并揭示了结构与性能的关系。但材料在加工中的增韧效果和机理还很少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种压力加工固态成型提高聚乙二醇(PEG)增塑聚乳酸(PLA)材料力学性能的方法，首先按一定比例混合PEG、PLA，然后通过双螺杆挤出机造粒，最后使用注塑机得到一定尺寸的PEG增塑的PLA样条。把合适尺寸的样条放到自制的模具中在不同压力、温度和时间作用下，高分子出现三明治结构。并通过热处理消除材料内应力，形成的结构提高了材料的力学性能。

通过聚合物在压力下进行压力加工固态成型，从而在材料内部形成三明治结构，达到增韧的目的。

本发明的压力加工固态成型提高PEG增塑PLA材料力学性能的方法，包括下列步骤：

(1)PEG增塑的PLA样条制备

将初步共混的PEG和PLA通过双螺杆挤出机进行共混挤出造粒，然后注塑成型制备PEG增塑的PLA样条(80mm×10mm×4mm)，注塑温度为150℃～200℃，注射压力为60bar～160bar；

(2)PEG增塑的PLA样条的压力加工固态成型

将注塑样条加工成一定的形状，如剪切为长方体形状(35mm×10mm×4mm)，结晶不同时间，然后放入自制的模具(模具内空腔为80mm×10mm×4mm的长方体)中，在0～170℃的温度条件下，压力范围为0MPa～900MPa，压制0-150min，实现PEG增塑的PLA样条的压力加工固态成型；

(3)成型后的热处理

将成型后的PEG增塑的PLA样条放入恒温设备，设定在50℃～160℃进行热处理，时间为1min～120min，以完善材料内部的抗冲结构。

所述步骤(1)中的聚乙二醇(PEG)分子量为200～20,000，聚乳酸(PLA)的特性粘数为1.08736dL/g，熔点为168℃；

所述步骤(1)中的注塑温度优选160～180℃，注射压力优选80～120bar。

所述步骤(2)中的温度优选50～150℃，压力优选200MP～800Mpa，最优选100-800Mpa，压制时间优选5～20min；

所述步骤(2)中的流动方向和压缩比可以控制；

所述步骤(3)中的温度优选60℃～120℃，时间优选1～20min。

本发明的有益效果：

本发明通过一种压力加工固态成型的技术在PEG增塑的PLA样条中形成了高抗冲得三明治结构，该结构不仅数倍提高了材料的弯曲性能，拉伸性能提高了两倍，而且几十倍的提高了材料的冲击强度。该方法加工温度在Tg附近，降低了材料的降解程度，改善了制品的表观性能，全面提升了PEG增塑的PLA的综合性能。该方法可在硫化机、压力机等压力设备上，通过模压、冲压或连续式等方法进行加工。