[发明专利]一种高韧性耐热型全生物降解聚乳酸材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是一种高韧性全生物降解聚乳酸材料及其制备方法，属于高分子材料加工改性领域。

背景技术

聚乳酸(PLA)是一种重要的乳酸衍生物，是以乳酸为单体经化学合成或生物合成得到的一类高分子材料，无毒无刺激性，具有优良的生物相容性，可被生物分解吸收，可塑性强，易加工成型。它易被自然界中的多种微生物或动植物体内的酶分解代谢，最终形成水和二氧化碳，不污染环境，因而被认为是最有前途的可生物降解的高分子材料之一。其最大的优点是可再生性和可降解性。可再生性使得它的生产不依赖于石油，不会随石油价格而过度波动，使得聚乳酸工业有很好的可持续发展能力；而可降解性则保证了聚乳酸是一种环境友好材料，可减缓目前塑料制品所带来的白色污染问题，因此聚乳酸材料的研究受到产业界的广泛关注。

虽然聚乳酸材料具有良好的成型加工性能，但聚乳酸分子链柔性较差，运动能力较弱，因此加工过程在剪切的作用下分子链取向不易解除，所以聚乳酸制品虽然强度较高，但韧性较差，制品较脆，易开裂。且由于聚乳酸结晶度低，使得其耐热温度只有60℃。

为了提高聚乳酸制品的韧性，拓宽其应用领域，不同的弹性体常用来与聚乳酸共混，现在主要可用于增韧的弹性体有：生物降解聚酯、共聚酯、核壳共聚物、丙烯酸丁酯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸环氧丙酯三元共聚物等。但随着增韧剂的加入，聚乳酸材料的强度也随之下降，特别是当增韧剂的用量超过30％时，聚乳酸材料的拉伸强度会大幅下降。专利CN104559097A以乳酸-二元酸二元醇共聚物为增韧剂来提高聚乳酸的韧性，添加量为5-20wt％，但随着乳酸-二元酸二元醇共聚物用量的增加，材料的断裂伸长率在增加的同时其拉伸强度迅速下降到30MPa左右，且乳酸-二元酸二元醇共聚物目前并不是工业化的产品。专利CN102942772A制备了一种核壳共聚物为增韧剂，它是由丁二烯-苯乙烯共聚物为核，甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸环氧丙酯共聚物为壳的核壳结构共聚物。但当增韧后的聚乳酸断裂伸长率达到200％时，其拉伸强度已下降到40MPa，且此核壳结构共聚物不是可完全生物降解的材料，因此会影响聚乳酸的降解能力。专利CN105315632A制备了一种以对苯二甲酸乙二醇酯为基体的共聚酯，并以此共聚酯为增韧改性来提高聚乳酸的韧性，但改性后的聚乳酸材料的断裂伸长率仅为50％，韧性依然较差。

综上所述，以前所公开的专利中增韧聚乳酸所采用的增韧剂部分是不可降解的有机物或是增韧效果较不佳，这将导致聚乳酸材料的环境友好性下降；或是增韧改性后其强度会大幅下降，限制了用途。本发明所公开的是一种高韧性耐热型全生物降解聚乳酸材料及其制备方法。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种具有良好效果的增韧聚乳酸的制备方法，

本发明提供了一种高韧性耐热型全生物降解聚乳酸材料，由下列重量份数的原料组成：

其中所述的扩链剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯

其中所述的右旋聚乳酸分子量为4000-7000g/mol。

上述一种增韧聚乳酸的制备方法，按照如下步骤进行：将聚乳酸、右旋聚乳酸、的聚(对苯二甲酸丁二醇-co-己二酸丁二醇)酯、扩链剂通过特制的双螺杆挤出熔融共混，挤出造粒，挤出温度为160-195℃。

该挤出机经过改良，主要是加强了螺杆在熔融段的混合强度，降低螺杆后段的剪切强度。这种方法可使得聚乳酸的结晶速率大幅提升，增加其结晶度，细化聚乳酸的晶粒尺寸，提高其尺寸稳定性能和耐热性能，并提高聚乳酸制品的力学性能。用该方法所制备的增韧聚乳酸依然具备完全生物降解特性，使得该增韧聚乳酸更具有吸引力。

在双螺杆中挤出时温度为160-195℃，所采用的是一个特制的挤出机，螺杆的剪切元件经过重新组合，主要是加强了螺杆在熔段的混合强度，降低螺杆后段的剪切。

本发明的有益效果：