[发明专利]一种具有增容功能的生物可降解聚酯复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种具有增容功能的生物可降解聚酯复合材料的制备方法。

背景技术

聚乳酸(Poly lactic acid，PLA)来源于可再生的天然植物，如红薯，玉米及其他谷物都可作为它的原料。聚乳酸以其良好的生物降解性和可吸收性，以及良好的力学性能，适用于吹塑、注塑、挤出等多种加工方法。成为生物材料研究的重点，可应用于农用薄膜、水产用材、纸袋用品、农药化肥缓释材料等工农业生产领域。然而PLA质硬而韧性较差，断裂延伸率、冲击强度低，缺乏柔性和弹性，极易弯曲变形；聚乳酸的这些缺点极大地限制了其用途及使用效果。

聚合物共混是获得综合性能优良的聚合物及聚合物改性的最简便、最有效方法，然而大多数聚合物之间不相容，直接混合得不到性能优良的共混物。人们已通过在共混体系中引入嵌段共聚物或接枝共聚物成功地制备出了一系列性能卓越的共混物。目前，用来与聚乳酸共混又不丢失其可降解性的聚酯主要是一些脂肪族聚酯或脂肪族-芳香族共聚酯。首先，脂肪族聚酯或脂肪族-芳香族共聚酯一般都有较长的-(CH₂)_n-链段，柔顺性比较好，所以混入聚乳酸中可以改善聚乳酸的脆性；其次，不同性质的链段的引入，会破坏聚乳酸中分子链的有序性，影响其结晶性能，这也会部分的降低聚乳酸材料的脆性。但是脂肪族聚酯或脂肪族-芳香族共聚酯与聚乳酸共混的相容性不好，致使聚乳酸/可降解聚酯共混材料的机械性能提高并不明显。当在由两种互不相容的均聚物所组成的共混体系中加入少量相应的嵌段共聚物后，嵌段共聚物能起到增容剂的作用，类似于传统意义上的表面活性剂。它们分散在两种互不相容的均聚物相界面上，降低界面张力，增强界面粘结力，使相区尺寸减小，使相结构变得更稳定，共混后可得到较好机械性能的共混物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、易控制，易于工业化生产具有增容功能的生物可降解聚酯复合材料的制备方法。

本发明提出的具有增容功能的生物可降解聚酯复合材料的制备方法，采用熔融扩链的方法制备出聚乳酸与生物可降解聚酯的嵌段共聚物，然后使用双螺杆挤出机制备聚乳酸与生物可降解聚酯的共混物，在共混过程中使用合成的聚乳酸与生物可降解聚酯的嵌段共聚物作为增容剂。具体步骤如下：

(1)将聚乳酸真空干燥(水分含量＜50ppm)，加入反应釜中，加入小分子二元醇，抽真空，在催化剂作用下进行反应，反应釜中的压力为0.01～2000Pa，反应温度为160～180℃，反应3～5h，得到聚乳酸的羟基封端产物聚乳酸二元醇；其中，小分子二元醇与聚乳酸的摩尔比为1∶1～6∶1；

(2)可降解聚酯真空干燥(水分含量＜50ppm)，加入反应釜中，加入小分子二元醇，抽真空，在催化剂作用下进行反应，反应釜中的压力为0.01～2000Pa，反应温度为170～270℃，反应3～5h，得到生物可降解聚酯的羟基封端产物可降解聚酯二元醇；其中，小分子二元醇与可降解聚酯的摩尔比为1∶1～6∶1；

(3)将步骤(1)得到的聚乳酸二元醇和步骤(2)得到的可降解聚酯二元醇按照比例加入到反应釜中，并同时加入催化剂。充氮气，抽真空，反复3次，在搅拌下，将反应釜温度升至聚乳酸和可降解聚酯两者中熔融温度较高者的熔点以上5-25℃，保持该温度下反应5～30min，直至体系完全熔融；然后在氮气保护下，加入扩链剂进行熔融扩链反应，反应釜中的压力为0.01～2000Pa，反应温度为两者中熔融温度较高者的熔点以上5-25℃，反应时间为20～50min；反应结束后，氮气保护条件下，冷却至室温，得到聚乳酸和可降解聚酯的嵌段共聚物；其中，聚乳酸二元醇和可降解聚酯二元醇摩尔比为1∶10～10∶1；

(4)将步骤(3)中得到的嵌段共聚物制成粒料，作为增容剂，与用于共混的聚乳酸和可降解聚酯的粒料一起混合均匀，并加入抗氧剂和润滑剂混合均匀后加入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，挤出温度150-200℃，螺杆转速50-300rpm，得到所需产品，其中各组分的重量百分比是：

聚乳酸：48-97％

可降解聚酯：1-50％

增容剂：1-10％

抗氧剂：0.5-1％

润滑剂：0.5-1％。

本发明中，步骤(1)中所述小分子二元醇为乙二醇、丁二醇或己二醇等中任一种。

本发明中，步骤(1)中所述催化剂为辛酸亚锡、氯化亚锡、多聚磷酸、甲苯-4-璜酸、醋酸锡或醋酸锰等中的一至多种，催化剂的加入量为加入聚乳酸质量的0.1-1％。