[发明专利]一种高韧生物基聚乳酸/反应型改性橡胶热塑性硫化胶共混材料及其二次反应挤出制备方法

说明书

本发明公开了采用两步反应挤出工艺制备高韧性聚乳酸/反应型改性橡胶硫化胶共混物，第一步通过反应增容熔融共混挤出制备聚乳酸/反应型改性天然橡胶预硫化物，第二步通过反应挤出过程中的动态硫化制备聚乳酸/反应型改性天然橡胶硫化胶共混物，两步反应挤出工艺法比一步反应挤出制备的共混物中橡胶相的相畤尺寸更小，界面作用更强，综合性能优异，其缺口冲击强度和断裂伸长率更优于一次反应挤出的聚乳酸热塑性性硫化胶共混物，实现高韧性生物基聚乳酸改性共混材料的工业连续化生产，该工艺方法操作简单，所制备的高韧的生物基聚乳酸共混物可用于包装材料、汽车内饰材料、电子电器、3D打印等塑料工业领域。

技术领域

本发明涉及到一种高韧聚乳酸共混物材料的反应挤出制备，具体涉及到采用两步反应挤出的生产工艺制备一种高韧性聚乳酸基/反应型改性橡胶热塑性硫化胶共混物。

研究背景

随着人类社会能源危机的加剧和环境保护意识的日益增强，生物可降解材料和生物基聚合物在高分子领域的工业应用得到了极大的关注。聚乳酸(PLA)是一种可生物降解的聚酯类高分子材料，具有优异的生物相容性。目前聚乳酸已经被广泛地用于生物医药，如外科手术线、药物输送系统等。聚乳酸的生产原料乳酸来源于木薯、甘蔗、甜高梁等粮食作物，聚乳酸通过生物酶直接降解生成二氧化碳和水，是完全可生物降解和生物基材料，符合国内外对环境可持续发展的需要。聚乳酸具有良好的机械性能和加工性，随着聚乳酸在市场上的价格日趋合理，聚乳酸可作为一种在可取代得石油基塑料中最有潜力和发展前景的生物基塑料，但是其力学性能非常脆，其断裂伸长率只有5％，缺口冲击强度为3-4k J/m²，热变形温度仅有60℃。聚乳酸差的韧性和低的热变形温度是阻碍其在包装和汽车领域的应用发展的瓶颈。所以发展理想的PLA材料的首先任务是提高PLA材料的韧性。近年来，高韧性的聚乳酸(PLA)基材料吸引了很多研究者的注意，特别急需要发展一种高性能聚乳酸材料，它在包装和汽车内饰材料等塑料工业领域中有非常重要的潜在应用价值。

聚合物制品的生产，一般是需要经过聚合反应与加工成型两个过程，这导致了聚合物制品生产工艺流程长、能耗高、浪费大等缺点，增加了制造成本。反应加工技术的出现，丰富了聚合物的生产工艺，所谓反应挤出(reactive extrusion)，是指把挤出机作为连续化的反应器，将混合物在熔融挤出过程中同时完成指定的化学反应。反应挤出技术在工业应用上会有明显的优势。反应技术含量高，产品的成本比较低，反应挤出技术具有可连续大规模进行生产，在工业上会有明显的应用优势，因此反应挤出研究是科学家们的研究热点。

王佩章在热塑性淀粉的挤出过程中通过对淀粉的接枝改性，提高淀粉与低密度聚乙烯两相的相容性，降低了淀粉基发泡材料的密度，使泡孔均匀度提高。于人同采用聚乳酸与马来酸酐(MAH)接枝共聚物，有效改善了聚乳酸与淀粉的相容性，使淀粉较好地分散在聚乳酸中。本发明采用反应型改性橡胶为聚乳酸的增韧剂，加入硫化剂和抗氧化剂，分别采用第一次反应增容熔融共混挤出和第二次橡胶动态硫化挤出的两次反应挤出工艺连续化生产制备高韧生物基聚乳酸/反应型改性橡胶热塑性硫化胶共混材料。

发明内容

为解决现有技术中聚乳酸存在的韧性差、延展性差的缺点，实现高韧PLA共混物的连续化生产。本发明的目的是提供一种高韧生物基聚乳酸/改性橡胶热塑性硫化胶及其反应挤出制备。即将改性的反应型橡胶与PLA通过一段反应增容的熔融共混挤出和二段硫化反应挤出的工艺两步工艺制备高韧聚乳酸共混物材料。一方面，在第一段挤出熔融共混中加入反应性弹性体作为改性剂，通过反应性增容改善PLA与改性材料的相容性；另一方面，在第二段挤出过程中，加入硫化剂，在挤出过程中实现改性橡胶的硫化，通过硫化的改性橡胶提高聚乳酸的韧性，因此通过两步挤出过程制备高韧生物基聚乳酸/改性橡胶热塑性硫化胶共混物。

一种高性能聚乳酸/改性天然橡胶热塑性硫化物，其特征在于，分别进行第一段反应增容熔融共混挤出制备聚乳酸/改性橡胶预硫化物和第二段动态硫化反应挤出的两段挤出方法制备聚乳酸/改性天然橡胶热塑性硫化胶共混物；