[发明专利]一种高韧聚乳酸复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚乳酸材料及其制备方法，尤其涉及一种高韧聚乳酸复合材料，属于高分子材料技术领域。

背景技术

塑料制品具有质量轻，机械性能良好，化学性质稳定，外形美观，制造成本低，被广泛应用于各行业，塑料制品给人们的日常生活带来了便利。但是塑料制品具有较好的化学稳定性，在自然界中很难降解，随着应用范围和数量的增长，塑料制品造成了环境的严重污染，比如“白色污染”，污染了水源和土壤，给地球环境带来了沉重的负担。随着经济的发展，环境问题越来越受到社会的关注，尤其重视可降解高分子材料的研究开发，以减少固体废弃物，提高可持续发展。可降解材料中聚乳酸的应用较为广泛，综合性能较优。聚乳酸（PLA）是热塑性脂肪族聚酯树脂，聚乳酸是以乳酸为原料制备，来自于可再生的淀粉和糖类发酵。聚乳酸具有较好的物理、化学和加工性能，具有可降解的特性，在大自然中降解为CO₂和H₂O，是一种绿色材料。近年来，聚乳酸被广泛用作包装材料、农膜和板材等。聚乳酸的玻璃化温度为50-60℃，高结晶度，较纯的聚乳酸的缺口冲击强度为2.56kJ/m²，断裂伸长率为10.7%，拉伸强度为61.2MPa，常温下，PLA硬而脆，韧性差，极大的限制了其应用。现有的改性聚乳酸的技术一方面改变了聚乳酸材料的可降解性能，另一方面改性的手段单一，没有综合考虑各改性剂之间的协同作用，这些问题限制了聚乳酸在包装、膜和板材等领域的应用。本发明提供了一种高韧性的聚乳酸复合材料及其制备方法，采用共混的方法改性聚乳酸，操作方法简单，共混改性剂采用双功能团的单体或低聚物，在高温下熔融共混，同时加入增容溶剂，高温状态下进行继续反应，而不仅仅是物理共混。其中共混双功能团的单体或低聚物引入柔性杂链，从而降低聚乳酸的结晶度、聚乳酸的玻璃化温度，制备出高韧性的聚乳酸复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高韧性的聚乳酸复合材料及其制备方法，改性聚乳酸硬而脆、韧性差的问题。具体包括增韧剂、增容溶剂和聚乳酸，用含双官能团的单体或低聚合物作为增韧剂与聚乳酸通过熔融共混制备。熔融高温状态下共混物进行反应，而不仅仅是物理共混。通过熔融共混双功能团的单体或低聚物引入柔性杂链，从而降低聚乳酸的结晶度、聚乳酸的玻璃化温度，制备出高韧性的聚乳酸复合材料。

本发明的技术方案主要包括以下步骤：

步骤（1），将一定质量的聚乳酸与增容溶剂在转矩流变仪中共混，共混温度为100-200℃，转速为60-80r/min，时间为5-15min得到共混物A；

步骤（2），将含双官能团的单体或低聚合物加入步骤（1）中A共混物继续共混10-30min，得到共混物B；

步骤（3），将步骤（2）中的共混物在平板硫化机中压片，操作温度为160-230℃，压力为4-15MPa，压制为薄片。

所述的反应物的质量份为：聚乳酸：100份；含双官能团的单体或低聚合物：10-60份；增容溶剂：2-15份。

所述的含双官能团的单体可以为丙烯酸月桂酯包括丙烯酸羟乙酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或1,6-己二醇二丙烯酸酯中的一种或几种。官能团可以为羧基可以为酯基可以为羟基可以为酰胺基中的一种或几种。

所述的含双官能团的低聚合物包括含羟基或羧基或酯基或酰胺基中任一种或几种的双官能团的单体的低聚物，包括聚乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-丙烯酸丁酯—甲基丙烯酸缩水甘油酯或丙烯酸酯类中的一种或几种。

较纯的聚乳酸的缺口冲击强度为2.56kJ/m²，断裂伸长率为10.7%，拉伸强度为61.2MPa，纯聚乳酸力学性能参数表明纯聚乳酸脆而硬，韧性差。这主要是因为聚乳酸玻璃化温度为50-60℃，高结晶度。通过在聚乳酸中共混双功能团的单体或低聚物引入柔性杂链，从而降低聚乳酸的结晶度、聚乳酸的玻璃化温度，制备出高韧性的聚乳酸复合材料，改善聚乳酸的缺陷，扩大聚乳酸在包装、膜和板材等领域的应用。

所述的增容溶剂可以为甲基丙烯酸甲酯可以为马来酸酐或丙烯酸可以为丙烯酸丁酯。增容溶剂一方面要可以增容聚乳酸另一方面可以参加聚合反应，所含官能团利于改善聚乳酸的硬而脆韧性差的问题。

本发明的优点在于：

（1）得到的聚乳酸复合材料仍然可降解，没有破坏聚乳酸基体的可降解特性，属于绿色材料；