[发明专利]一种增韧超高流动性聚乳酸的制备方法及应用

说明书

本发明利用高能射线如X射线、电子束或γ‑射线辐照的方法，在一定的辐照剂量下使得聚乳酸及增韧树脂分子链断裂，从而获得低分子量的树脂或组合物，该树脂具有超高流动性，并且韧性突出，用于熔融纺丝非织造布以及淋膜产品的生产，无毒无害，可以生物降解。

技术领域

本发明涉及一种聚乳酸的增韧改性，具有超高流动性的增韧级聚乳酸，应用于熔融纺丝及淋膜等高分子材料材料加工领域。

背景技术

聚乳酸树脂（PLA）是一种生物基高分子材料，其具有良好的生物降解性，在自然界中可以被微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，对环境非常有利。随着人们环保意识的提高，全球推进“碳中和”的目标，对于化石基高分子材料的应用提出严峻考验，特别是一次性用品方面PLA具有优良好发展前景，比如儿童餐具，一次性牙刷，一次性餐盒，医用口罩，化妆面膜，水汽滤芯等领域正将逐步被完全生物降解材料所取代。当前PLA熔喷及淋膜产品方面的应用因为其分子量高，流动性差的问题，还有一定的局限性。化学改性及合金改性都过多地引入了第三组分，导致产品的生物降解及安全性受到质疑。

虽然说高流动性的PLA可以在聚合物的合成阶段，进行分子量的调节来实现，但实际产业化的PLA的熔融指数大都在100g/10min以下,而200g/10min以上的商业化PLA牌号很难获得。而且PLA的自身韧性不足，当分子量过低时，加剧其脆性，在实际应用中存在很多缺陷，产品的实际应用价值并不高。因此如何提高PLA的流动性，并且提高其韧性，使得制品具有更好柔软的特性，可以解决许多应用问题。针对当前技术的不足，本发明制备了高韧性的超高流动性的PLA材料，可以应用于熔喷和流延制造工艺。

公布号CN110396289A 超高熔融指数聚乳酸树脂及其制备方法和应用，把催化剂氯化亚锡或钛酸四丁酯与过氧化物引发剂及抗氧剂溶解到二氯甲烷溶剂中，与高分子量的聚乳酸混合均匀后，在长径比L/D=44的双螺杆挤出机上，160-190℃下进行反应挤出，通过不同的螺杆转速及助剂调节，获得熔指在300g/10min以上的聚乳酸。此种工艺是在聚乳酸高温熔融状态，依靠催化剂引发化学反应，使得聚乳酸分子链断裂，从而降低分子量。此过程所用到二氯甲烷溶剂、催化剂及过氧化物，在高温过程挥发、反应，有环境污染及中毒风险，而且残留催化剂在熔喷织物的后期应用场景也会有所限制。公布号CN109537075A 通过辐照降解超高分子量聚乙烯表层分子的方法及其在熔融纺丝中的应用，采用高频段X射线辐照的方法，调整辐照剂量将分子量为100万-500万的超高分子量聚乙烯进行裂解，降低熔体粘度，满足熔融纺丝工艺。公布号CN111571855A 一种通过辐照提升聚丙烯塑料粒子熔体指数的方法，采用输送机将聚丙烯粒子送入辐照区域，采用电子束、X射线或γ-射线，进行剂量分布实验，然后经过振动筛分散，通过流化床加热老化并降低辐照后的气味，获得熔喷级PP，降低了化学改性法的环境危害。以上专利利用聚合物辐照降解原理，通过一定条件将聚烯烃的分子量降低，满足使用要求，并未涉及聚酯特别是聚乳酸PLA的辐照降解条件及工艺对性能的影响，也没有对熔喷PLA提高增韧进行研究。

发明内容

针对上述技术问题，本发明利用高能射线如X射线、电子束或γ-射线辐照的方法，在一定的辐照剂量下使得聚乳酸及增韧树脂分子链断裂，从而获得低分子量的树脂或组合物，用于熔融纺丝非织造布以及淋膜产品的生产，无毒无害，完全生物降解。

该方法有两种技术方案可以满足：

方案一：树脂独立辐照降解后再改性共混。第一步：将主基料聚乳酸树脂（PLA），增韧组份聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯(PBAT)，聚己内酯（PCL），聚羟基脂肪酸酯（PHA）、聚丁二酸-己二酸-丁二醇酯（PBSA）树脂，脂肪族聚碳酸酯（PPC），均为市售牌号，分别通过电子束或γ射线辐照，使得原树脂分子量降低达到期望水平；第二步：将第一步所得到的低分子量主基料PLA及增韧剂组份与成核剂、抗氧剂、润滑剂按照一定比例均混，经双螺杆挤出机熔融塑化挤出造粒；