[发明专利]一种超韧耐热聚乳酸/橡胶合金及其制备方法

说明书

本发明属于聚乳酸材料及其制备技术领域，具体涉及一种具有类网络结构的超韧耐热聚乳酸/橡胶合金及其制备方法。本发明提供一种超韧耐热聚乳酸/橡胶合金的制备方法，所述制备方法为：将左旋聚乳酸、右旋聚乳酸和橡胶粒子通过熔融共混法制得聚乳酸/橡胶合金；其中，左旋聚乳酸和右旋聚乳酸中至少一种为多臂星型聚乳酸，橡胶粒子为具有核壳结构的橡胶粒子。本发明指出，当所选左旋聚乳酸与右旋聚乳酸的一种选择多臂星型聚乳酸，其与橡胶粒子通过熔融共混能够大大提高聚乳酸的缺口冲击强度；即可制得超韧耐热聚乳酸/橡胶合金；并且，本发明方法工艺简单、易于工业化。

技术领域

本发明属于聚乳酸材料及其制备技术领域，具体涉及一种具有类网络结构的超韧耐热聚乳酸/橡胶合金及其制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)是以玉米、小麦等可再生资源发酵得到的乳酸为原料，经化学聚合制备而成的高分子材料，其可在自然环境中完全降解为无毒无害的二氧化碳和水，是一种典型的可再生可生物降解的环境友好型高分子材料。PLA具有生物相容性好、透明性高、力学强度好、加工成型容易等优点，在日用品、包装、医疗、纺织、电子电器等诸多领域有着广泛的应用前景，因此，大力开发可生物降解的PLA产品对解决能源危机、实现可持续发展具有重大意义。但遗憾的是，PLA本身存在脆性大(其断裂伸长率仅有5％，冲击强度只有2.5kJ/m²)以及耐热性差(PLA结晶速度缓慢，其加工制品往往呈非晶态，热变形温度通常只有50-55℃左右)的致命缺陷，这极大限制了其作为通用塑料和工程塑料的广泛应用。

利用橡胶对PLA进行增韧改性因效果好、成本低、易于实现工业化生产而成为PLA增韧工作中最为常用、研究也最为广泛和深入的方法。但该方法的严重不足之处在于橡胶与PLA的热力学不相容性使得两者之间的界面粘结强度很差，从而导致橡胶对PLA的增韧作用得不到充分发挥，所得共混物的冲击性能远低于预期值。在此背景下，由橡胶核和塑料壳构成的核壳型橡胶应运而生。核壳橡胶的核层是交联的橡胶相，主要起提高聚合物韧性的作用；接枝壳层为坚硬的塑料相，其作用是赋予橡胶与基体良好的相容性，同时避免橡胶粒子的团聚。核壳橡胶可以有效解决PLLA增韧改性过程中的两相相容性问题，并且其结构形态可以根据需求进行设计和调控，是一种更加理想的增韧改性剂，在制备高性能PLA材料方面具有更为广阔的应用前景。

虽然核壳橡胶相比于普通橡胶具有诸多优势，但其增韧效率也不理想，其大量添加还易导致PLA本身较差的耐热性进一步降低。最近的研究表明，通过构筑橡胶类网络结构(橡胶粒子非均匀地分布在聚合物基体中，形成局部的网络结构)可有效提高橡胶对聚合物的增韧效率，其原因在于类网络结构更有利于橡胶粒子附近的应力场发生叠加，在较低的橡胶含量下即可实现基体的剪切屈服在整个材料中的逾渗，共混物的韧性因而得到大幅提高。然而，对于具有良好相容性的PLA/核壳橡胶体系，核壳橡胶一般均匀分布在基体中，构筑类网络结构十分困难。此外，核壳橡胶粒子在增韧PLA的同时并不能有效改善PLA的结晶性能，所得制品中PLA基体仍呈非晶态，并且制品的耐热性还因低模量核壳橡胶的加入而进一步降低。

综上所述，急需开发一种简单有效的方法来同时促使核壳橡胶粒子形成具有高增韧效率的类网络结构以及提高PLA的结晶速率，进而获得超韧、耐热的PLA/橡胶合金材料。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供一种具有类网络结构的聚乳酸/橡胶合金的制备方法；该方法工艺简单、易于工业化；并且所得聚乳酸/橡胶合金具有优异的韧性和耐热性。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种超韧耐热聚乳酸/橡胶合金的制备方法，所述制备方法为：将左旋聚乳酸、右旋聚乳酸和橡胶粒子通过熔融共混法制得聚乳酸/橡胶合金；其中，左旋聚乳酸和右旋聚乳酸中至少一种为多臂星型聚乳酸；所述橡胶粒子为具有核壳结构的橡胶粒子。

进一步，所述左旋聚乳酸和右旋聚乳酸中的一种为线型聚乳酸，另一种为多臂星型聚乳酸，并且，线型聚乳酸和多臂星型聚乳酸的质量比为：100：5～50；优选为100：10～50。