[发明专利]一种高强度高韧性透明聚乳酸组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种生物基与生物可降解高分子材料技术领域，尤其涉及一种高强度高韧性透明聚乳酸组合物及其制备方法。

背景技术

聚乳酸是一种以淀粉等为原料，经过发酵、化学合成等工艺得到的一种环境友好的生物基高分子材料。生产和使用过程绿色环保、不会增加温室效应，使用后在自然环境或者堆肥条件下能够降解为二氧化碳和水，不会对环境造成破坏。因此，随着石油资源的日益紧缺和环境污染的加剧，开发聚乳酸材料以替代传统的石油基、不可降解高分子材料具有重要的战略意义。

聚乳酸(PLA)根据其旋光特性可分为三种类型：左旋聚乳酸(PLLA)，右旋聚乳酸(PDLA)和消旋聚乳酸(PDLLA)。由于光学纯度为100％的聚乳酸较为少见，本专利中将左旋乳酸为主(＞95％)并含有少量右旋乳酸的混旋聚乳酸称为左旋聚乳酸，将右旋乳酸为主(＞95％)并含有少量左旋乳酸的混旋聚乳酸称为右旋聚乳酸。左旋聚乳酸与右旋聚乳酸皆为半结晶聚合物，其熔点(170-180℃)和结晶性随光学纯度不同而有差别，当以左旋乳酸为主的混旋聚乳酸中右旋乳酸单体含量超过10％后，聚乳酸会失去结晶能力，但左旋聚乳酸和右旋聚乳酸(50/50，wt/wt)在一定条件下可通过分子间强烈的相互作用形成一种熔点为230℃的立构复合聚乳酸(sc-PLA)。

聚乳酸具有较高的拉伸强度(55～60MPa左右)和优异的透明性(90％左右)，但是还存柔韧性差(例如断裂伸长率小(2～6％)和缺口冲击强度低(2～3kJ/m²))、结晶缓慢、热变形温度低、易水解等缺陷，严重影响了聚乳酸的应用领域。为拓宽聚乳酸的应用范围，极有必要对聚乳酸进行改性。公开号为CN102924892A的中国发明专利公开了一种采用右旋乳酸与具有柔性链段结构聚合物组成的聚右旋乳酸共聚物增韧左旋聚乳酸的方法，使其断裂伸长率达到16％，同时其维卡软化温度达到94℃，拉伸强度达到47MPa。公开号为CN101392093A的中国发明专利通过在100份聚乳酸中添加5-40份氯醚橡胶使聚乳酸的断裂伸长率提高到230％，但同时拉伸强度降至36MPa。此外公开号为CN101333332A、CN101875763A和CN103183937A的中国发明专利分别公开了采用丙烯酸酯类共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物/增塑剂、聚丁二酸丁二醇酯/蛋壳粉增韧聚乳酸的方法。虽然这些增韧剂的加入能够提高聚乳酸的柔韧性，但却在一定程度上牺牲了聚乳酸的拉伸强度，而且所得到的聚乳酸组合物仅为部分生物基或/和部分生物可降解材料。此外，不相容聚合物的引入，由于微相分离易破坏聚乳酸的透明性。

聚乳酸的柔韧性还可以通过添加增塑剂的方法获得。公开号为CN101983986A的中国发明专利通过在聚乳酸中添加增韧剂和增塑剂的方法获得一种韧性透明聚乳酸树脂。公开号为CN101503565A的中国发明专利通过在聚乳酸中添加增塑剂和纳米二氧化硅、抗氧剂、润滑剂获得了一种透明的生物可降解复合材料。虽然增塑剂能够提高聚乳酸的断裂伸长率(柔韧性)，但同时显著降低了聚乳酸的拉伸强度和模量，而且小分子增塑剂存在向材料外部迁移等缺陷。

聚乳酸的强度可通过添加无机纳米粒子等方法提高，但提高强度的同时往往会损害聚乳酸材料的韧性和透明性；聚乳酸的韧性可以通过添加弹性组分得以实现，但提高韧性的同时往往会牺牲聚乳酸的强度、模量和透明性。此外，聚乳酸的耐热性可通过添加刚性离子/纤维和提高聚乳酸结晶度而得到改善，这往往也会牺牲聚乳酸的透明性，并使之进一步脆化。强度和模量高、韧性和耐热性好、透明性佳的聚乳酸材料在高档产品包装、物流包装、果蔬包装、一次性用品乃至耐用品等领域都具有广阔的应用前景。然而，目前尚无成熟技术能够同时实现上述性能要求。因此，亟待开发一种新技术，提高聚乳酸的综合性能，以满足市场需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种高强度高韧性透明聚乳酸组合物的制备方法，以获得强度和模量高、柔韧性好、透明度高、熔融加工性能好、聚乳酸含量高的聚乳酸组合物，同时组合物可完全生物降解，而且其制备方法简单、环境友好、易实现产业化。

基于上述目的，本发明提供的一种高强度高韧性透明聚乳酸组合物由以下原料按照各自重量份配比组成：左旋聚乳酸80～95份，右旋聚乳酸5～20份，抗氧剂0.05～1份，增容剂0.1～2份，其他助剂0～2份。