[发明专利]一种高熔体强度聚乳酸的制备方法及挤出机

说明书

技术领域

本发明涉及本发明涉及一种高熔体强度聚乳酸的制备方法及设备。

背景技术

由于传统塑料对环境造成的负面影响和石油基塑料资源开发的有限性，能完全生物降解和利用可再生资源为原料合成的绿色生物塑料受到了人们的密切关注。其中聚乳酸(PLA)是一种以可再生的植物资源为原料，经过开环聚合法和直接缩聚法化学合成制备的热塑性脂肪族聚酯，是目前应用较为广泛的一种绿色生物材料。可在微生物、水、酸、碱等作用下完全分解，分解产物为水和二氧化碳，或者在特定酶的作用下降解为乳酸，不造成环境污染；还可以像传统石油基塑料一样进行回收加工利用。此外，PLA能够同普通高分子一样进行各种成型加工，如挤出、流延、吹膜、注塑等。经过加工后得到的产品可以广泛应用在服装、包装、农业、林业、土木建筑、医疗卫生用品、日常生活用品等领域。经过耐久性，耐热性改性的PLA材料还可以作为工程塑料应用于IT、汽车领域。

PLA的性能介于PET和PS之间，在室温下是一种处于玻璃态的硬质高分子。然而，PLA同时具有一些性能上的缺点，如抗冲击性能不良、高温使用性和气体阻隔性较差限制了其应用范围和市场化发展进程。特别是熔体强度值过低。根据研究发现，PLA的熔体强度值仅为10mN。使得PLA不适应于发泡、吹膜和纺丝等工艺。对于针对PLA如何提高熔体强度的改性研究引起了研究人员的广泛兴趣。

通常提高PLA熔体强度的方法主要有：反应挤出法、辐射交联法和填加纳米粘土。而其中反应挤出法是利用具有塑化和混合能力的挤出机将聚乳酸粒子和扩链剂进行熔融共混，在一定的条件下，由于二者之间的反应官能团相互作用，使PLA分子链形成长链支化结构从而提高熔体强度。中国专利CN101151310公开了一种制造聚乳酸发泡体的方法，主要利用是聚乳酸与聚烯烃类树脂、聚烯烃类树脂共聚物进行共混改善聚乳酸的熔体强度，以达到制备聚乳酸发泡体的目的。不过该方法对聚乳酸熔体强度提高有限，同时加入石油基聚合物不利于聚乳酸自身的绿色环保优点。中国专利CN101619158公开了一种聚乳酸发泡材料的制造方法，通过将聚乳酸、增韧剂、成核剂、发泡剂、助剂等按比例进行加工制得发泡材料。但是聚乳酸本身熔体强度值很低，不适合直接发泡，所以只能得到密度为0.45g/cm³的低倍率、不良泡孔结构的聚乳酸发泡材料。中国专利CN101362833公开了一种聚乳酸发泡材料的制备方法。主要是通过模压式对聚乳酸进行间歇式发泡，这种方法虽然控制精确，但是效率低下，不能满足连续的规模化生产。

如图1所示为传统双螺杆反应挤出机，其具有进料口11，物料通过进料口11进入机筒12中进行括链反应，物料A由进料口11进入，B和C为反应扩链剂注入口，从B、C位置可以加入扩链剂，物料流向为从左向右，经机头挤出。PLA粒料在温度可控机筒中进行扩链反应。然而，这种反应挤出机由于结构的特点，物料在机筒中停留时间很短，过短的反应时间不能保证PLA分子链的充分接枝，所制得的长链支化PLA分子量低、支化程度低，扩链效率低。即使加大普通反应挤出机的长径比，也不能显著提高物料的停留时间。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种采用双-单串联反应挤出机结构制备高熔体强度的，且适合连续化规模生产的长链支化结构的聚乳酸材料的生产方法及设备。

本发明一种挤出机，其包含一阶挤出机和二阶挤出机，该一阶挤出机和二阶挤出机均设有温度传感器和加热装置，该一阶挤出机为双螺杆挤出机，该二阶挤出机为单螺杆挤出机，该一阶挤出机具有第一入料口和第一出料口，第二挤出机具有第二入料口和第二出料口，第一出料口连接第二入料口。

一阶挤出机径长比为1∶45，二阶挤出机径长比为1∶65；该挤出机能够在5-30min内调节停留时间。

一种高熔体强度聚乳酸的制备方法，其原料为聚乳酸树脂100重量份、反应扩链剂1-3重量份、抗氧剂0.1-3重量份；将聚乳酸树脂烘干后，与反应扩链剂和抗氧剂按照上重量份混合后，加入挤出机，经挤出机反应挤出得到高熔体强度聚乳酸；该挤出机包含一阶挤出机和二阶挤出机，该一阶挤出机和二阶挤出机均设有温度传感器和加热装置，该一阶挤出机为双螺杆挤出机，该二阶挤出机为单螺杆挤出机，该一阶挤出机具有第一入料口和第一出料口，第二挤出机具有第二入料口和第二出料口，第一出料口连接第二入料口。

该聚乳酸树脂为普通线性结构聚乳酸树脂，熔体流动速率为1-10g/10min，分子量为50000-15000g/mol。

反应扩链剂为有机过氧化物、含环氧官能团聚合物、多异氰酸酯化合物的一种或多种的混合物。