[发明专利]一种耐高温抗冲击高强度的改性聚乳酸材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐高温抗冲击高强度的改性聚乳酸材料及其制备方法。所述改性聚乳酸材料由包括以下重量百分比的各原料组分制得：聚乳酸材料，88～98%，优选92～97%；端环氧基硅油，0.5～5%，优选1～4%；硅烷偶联剂，0.1～3%，优选0.3～2%；填料，0.5～5%，优选1～4%。本发明可以得到热变形温度高、抗冲击性好、强度高，同时成型性好、可降解度高的改性聚乳酸材料。

技术领域

本发明涉及一种改性聚乳酸材料，尤其涉及一种耐高温抗冲击高强度的改性聚乳酸材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)，又称聚丙交酯，是以乳酸为原料聚合得到的聚酯类聚合物，是一种可完全生物降解的材料。聚乳酸的热稳定性好，加工窗口宽170～230℃，有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸、注射吹塑等，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。但是由于PLA本身存在脆性大(其断裂伸长率5％左右，IZOD缺口冲击强度小于4kJ/m²)和高温性差(玻璃化转变温度50～80℃，热变形温度小于60℃)的问题，限制了其在耐高温和冲击有要求领域的使用，如一次性吸管，餐盒，纤维纺丝等。

为了解决聚乳酸的耐高温和抗冲击问题常用的方法是加入成核剂、填料、与高热变形温度聚合物共混、交联、加入弹性体等，但是单纯加入成核剂和填料对热变形温度的提升不明显，与高热变形温度聚合物共混会因加入量过大，导致PLA降解困难，交联会导致PLA流动性降低，做薄壁制品困难，且上述方案不能解决抗冲击差的问题；加入弹性体增韧一方面加入量较大，影响PLA的降解，另一方面会使PLA的热变形温度降低。因此，目前行业内对于如何解决可降解PLA材料高热变形温度、高强度和高抗冲击性能的平衡问题还是一个棘手的研究课题。

专利CN102206406A通过使用成核剂改变聚乳酸结晶状态、扩链剂交联改变分子状态、将PLA与高玻璃化转变温度聚合物共混的方法制备了热变形温度超过100℃的改性聚乳酸材料。但该方法不能改善聚乳酸抗冲击性能差的问题，且会导致聚乳酸制品成型困难，可降解程度也会降低。

专利CN113717510A通过将左旋聚乳酸、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，但是一方面目前右旋的PLA无法量产，另一方面使用的橡胶制备过程复杂，且添加比例最高达30％，严重影响了聚乳酸材料的降解。

专利CN103724958A采用丁二烯/丙烯酸丁酯嵌段共聚物作为增韧剂，能够提高聚乳酸复合材料的综合力学性能。但该类增韧剂通过共价交联的形式存在于体系中，会严重影响PLA的降解能力，而且添加量高达20％，也会影响整体材料的可降解性。此外，交联后PLA熔体的流动性降低，影响制品的成型，且需要额外加入大量的填充料来弥补强度的降低，此外也未能解决PLA热变形温度低的问题。

以上专利技术制备的改性聚乳酸材料存在不能同时解决高热变形温度和高抗冲，弹性体用量过高，影响PLA降解，制备过程复杂，影响制品成型等诸多问题，需要寻找新的解决方案以解决改性聚乳酸材料热变形温度低、抗冲击性能差等问题的同时保持PLA较高的强度。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提出一种耐高温抗冲击高强度的改性聚乳酸材料及其制备方法。本发明将端环氧基硅油与聚乳酸材料共混挤出，可通过端环氧基与羟基的反应将硅油分子接枝到聚乳酸分子链中，并通过硅油分子的缠绕作用限制聚乳酸分子链的运动，提高其热变形温度；另一方面，在受到外界冲击力时，缠结的硅油分子会吸收部分冲击能量，有助于提高聚乳酸材料的抗冲击性，并且该方式仅通过硅油分子的物理缠绕作用限制聚乳酸分子链的运动，并未引入交联键，不会影响聚乳酸的可降解能力，在注塑成型的高温操作条件下也会解缠绕从而恢复聚乳酸的成型能力，因此得到的聚乳酸材料不仅热变形温度高、抗冲击性好，并且成型性好，可降解度高。