[发明专利]一种高韧性聚乳酸合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物降解高分子合金及其制备技术领域，具体涉及一种可以全生物降解的高韧性聚乳酸合金及其制备方法。

背景技术

传统石油基高分子材料正在面临两大挑战：一是石油资源日益减少造成的成本持续上涨；二是传统石油基高分子材料使用废弃后难降解造成的严重环境污染。以可再生资源为原料制备生物基且可生物降解的高分子材料是解决上述两大问题最有效的途径。但大多数生物基与生物降解高分子材料综合性能(比如机械性能、热性能、加工性能等)均较差，严重地限制了这类材料的产业化应用。

聚乳酸是以可再生物质如淀粉与蔗糖等为原料，通过微生物发酵转化为乳酸单体，再经过进一步地化学聚合而成的热塑性脂肪族聚酯。聚乳酸具有较高的熔点、优异的力学强度、生物相容性和生物降解性，被誉为最有发展潜力的生物基与生物降解高分子材料。但由于聚乳酸固有脆性大，拉伸韧性与冲击韧性均很差的缺陷严重地限制了其应用范围的拓展。

为了拓展聚乳酸的应用范围，国内外研究者围绕聚乳酸的增韧改性开展了大量研究工作，主要体现为以下几个方面：(1)通过在聚乳酸中加入聚乙二醇(Polymer,2005,46:10290-10300)、聚丙二醇(Biomacromolecules,2006,7:2128-2135)等增塑剂共混改性，这种方式虽然可以在很大程度上改善聚乳酸的拉伸韧性，但是加入的增塑剂会严重降低聚乳酸的强度，且在长期使用过程中增塑剂会迁移析出，其稳定性较差。(2)将聚乳酸与其它柔顺性好的脂肪族聚酯，如聚丁二酸丁二醇酯(Biomaterials,2003,24:4181-4190)、聚己内酯(Eur Polym J,2008,44(3):677-685)等共混改性，这种方式虽然也可以在很大程度上改善聚乳酸的拉伸韧性，但是由于聚乳酸与其它脂肪族聚酯的相容性通常较差，共混后对聚乳酸的冲击韧性改善非常有限。(3)将聚乳酸与其它一些乙烯基高分子弹性体材料，如EMAA(Polymer,2009,50:745-751)、E-BA-GMA和EMAA-Zn(Macromolecule,2010,43:6058-6066)等共混，也能够获得高抗冲击韧性的聚乳酸共混物，但由于上述乙烯基高分子弹性体本身难以降解，引入后会影响聚乳酸共混物的降解性能。(4)通过添加由具有生物降解性能的丙烯酸乙酯-丙烯酸丁酯-丙烯酸组成的三元共聚物作为增韧剂来改善聚乳酸树脂的力学性能(CN101338069B)，虽然该专利称聚乳酸与增韧剂有较好的相容性，通过调整增韧剂用量，可以获得增韧材料，但是从其增韧效果看，断裂伸长率仅为10～122％，Izod冲击强度仅为7.4～11.9KJ/m²，实际增韧效果并不显著。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，首先提供一种高韧性聚乳酸合金。

本发明的另一目的在于提供一种上述高韧性乳酸合金的制备方法。

为了实现本发明的目的，本发明人致力于寻找一种材料，该材料既能够生物降解，又能够很好的改善聚乳酸的力学性能，同时与聚乳酸也有较好的相容性，且成本低并能避免对环境造成的严重污染。

在研究寻找过程中，经过大量的研究探索，本发明人发现不饱和脂肪族聚酯(含有碳-碳双键的脂肪族聚酯)能够生物降解。在熔融共混过程中，添加的自由基引发剂能够引发不饱和脂肪族聚酯上的碳-碳双键聚合交联，且受到螺杆旋转过程中的剪切作用时，可以在聚乳酸基体熔体中较好分散，并在聚乳酸合金体系内，形成一种不饱和脂肪族聚酯与聚乳酸相互缠结的类似半互穿网络结构；同时，添加的自由基引发剂可以引发聚乳酸主链产生自由基，便于不饱和脂肪族聚酯接枝到聚乳酸上，起到界面增容作用，提高了两相之间的界面结合力，进一步提高不饱和脂肪族聚酯在聚乳酸基体中的分散稳定性。由于上述两方面原因，不饱和脂肪族聚酯在外力作用下可以起到类似传统橡胶增韧体系的应力集中点作用，引发其周围韧带区发生剪切屈服，进而促进了聚乳酸基体的屈服变形，使之能吸收大量的拉伸能量和冲击能量，因此所得合金能够很好的改善单纯聚乳酸的力学性能(包括拉伸韧性和冲击韧性)，也解决了由于采用的不饱和脂肪族聚酯中碳-碳双键存在可能引起的体系耐热性和耐油性差等问题。

由此，本发明提供的高韧性聚乳酸合金是由聚乳酸、不饱和脂肪族聚酯和自由引发剂经熔融共混反应挤出制成，其中聚乳酸与不饱和脂肪族聚酯的质量比为70:30～98:2，自由基引发剂的用量为聚乳酸与不饱和脂肪族聚酯总质量的0.01～1％，该聚乳酸合金的拉伸强度为35～64MPa，断裂伸长率为32～373％，冲击强度为36～637J/m。