[发明专利]一种抗冲击、耐形变的改性聚乳酸材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学中的高分子复合材料领域，涉及一种利用增韧剂及增塑剂对聚乳酸进行改性，并通过对填料配比、挤出中助剂的添加及挤出及注塑工艺控制，制备出抗冲击、耐热性好且回收处理方便的复合材料的方法。本发明方法所制备的聚乳酸复合材料，改善了聚乳酸的脆性、易断裂性、耐热性，解决了PLA与填料的分散性及相容性差的问题。本发明所涉及为聚乳酸的共混改性，操作方法简便，适用于实验室制备及产业化生产，所制备材料具有优良的韧性，扩大了聚乳酸的使用范围。

背景技术

聚乳酸(PLA)具有优良的生物相容性和可生物降解性。PLA这种线型热塑性生物可降解脂肪族聚酯是以玉米、小麦、木薯等一些植物中提取的淀粉为最初原料,经过酶分解得到葡萄糖,再经过乳酸菌发酵后变成乳酸,然后经过化学合成得到高纯度聚乳酸。聚乳酸制品废弃后在土壤或水中，30天内会在微生物、水、酸和碱的作用下彻底分解成CO₂和H₂O,不会对环境产生污染，因而是一种完全自然循环型的可生物降解材料。

聚乳酸（PLA）相比于其它生物可降解材料，PLA力学强度较高，生物相容性好，生物降解后产物对环境友好。然而，PLA本身为线性均聚物，存在质脆、韧性差等缺陷，即使通过对分子量及其分布的调节，单纯PLA分子结晶度仍然较低，材料的耐热性和力学性能不够。另外，由于聚乳酸材料属于脂肪族聚酯，端基含有大量的-COOH及-OH基团，活泼氢容易导致分子量降低，在光、热及潮湿环境下容易发生材料降解，因此使用寿命也是限制PLA材料的应用范围的因素之一。单独的聚乳酸受力发生形变时易断裂，柔性较差，限制了其应用范围，因此对聚乳酸的耐形变性及韧性的改进，亦十分有必要。

目前，PLA改性的研究主要集中在将纤维作为增强增韧材料填充在PLA中，形成相容性好的复合材料。通过接枝、偶联等化学方法，在提高PLA均聚物结晶度的同时，有效改善PLA的力学性能。

发明内容

针对聚乳酸的韧性低的问题，本发明提出了一种抗冲击的改性PLA材料的制备方法。通过添加增塑剂及增韧剂、以及对挤出成型工艺的控制，最终获得抗冲击的改性聚乳酸材料。

具体技术方案如下：

一、配方组分配比：

一种抗冲击的改性PLA材料，物料及配比如下（质量比）：聚乳酸（分子量80000~200000，烘干）65~75%；增塑剂10~20%；增韧剂10~15%；抗氧剂（主抗氧剂：胺类的一种，辅助抗氧剂：亚磷酸酯、含硫协效剂中的一种）0.6~1.2%；偶联剂0.5%。

二、增塑剂的选取：

本专利聚乳酸的增塑采用在体系中引入增塑剂的方法，包括不同分子量的聚乙二醇、邻苯二甲酸二辛酯、聚乳酸的低聚物、三乙酸甘油酯、杆檬酸甘油酯等。本专利选取乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)增塑聚乳酸，增塑剂的加入使得聚乳酸的吸水率降低，不但可以提高材料塑性，而且改性后聚乳酸的降解性也有所下降。

三、增韧剂的选取：

本专利通过引入第二组分的方法增韧聚乳酸，乙稀-醋酸乙稀共聚物(EVA)由于其独特的韧性特性而被选用作为多种聚合物的增韧剂。而作为热塑性弹性体之一的乙烯-辛烯(POE)共聚物也被认为是较好的增韧剂。聚乳酸的增韧在引入第二组分的情况下，较大程度的提高聚乳酸的韧性，主要体现在冲击强度与延展性的增加，而这恰好改变了聚乳酸韧性较差，脆性较大的不足之处。但增韧聚乳酸由于引入了第二组分，增加了相界面，第二组分也同样为高分子聚合物，故二者的相容性差异也是需要考虑与解决的问题。本专利选择加入接枝共聚物（马来酸酐接枝POE），即共有与两种聚合物亲合力较大的两性物质，可以改变两相相容性较差的问题，可起到良好的相容增韧作用。

四、挤出及后处理：

将一定配比的物料经高混机共混均匀后经双螺杆挤出机挤出、水冷、风冷、切粒及脱水、均化。料粒挤出后，在80~120℃条件下烘干2~3小时。

具体应用实例：

具体实例1

1、取聚乳酸70%、乙酰柠檬酸三正丁酯14.5%、抗氧剂（1010：168=2：3）1%、KH-5500.5%、JPOE14%经高混机进行共混；

2、将混合均匀的物料加入主料口进行挤出，挤出工艺参数如下：

料筒温度：35℃