專利名稱：聚乳酸基熱可塑性木塑復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚乳酸基熱可塑性木塑復(fù)合材料的制備方法，制得的復(fù)合材料可用作包裝材料、環(huán)保材料和裝飾材料等。本發(fā)明屬于聚合物加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
合成高分子材料在給人們生活帶來便利的同時，因其大部分材料源于石油而致能源短缺，另外由于大多數(shù)合成高分子不具備生物降解的特性，廢棄后引起了嚴重的環(huán)境污染問題。而可降解高分子材料的應(yīng)用能從根本上解決環(huán)境污染問題，因此生物可降解高分子材料這一領(lǐng)域的研究也變得活躍起來。其中，聚乳酸(PLA)就是一種具有優(yōu)良生物相容性并可完全生物降解的脂肪族聚酯類高分子材料，它在自然界中的微生物、水、酸、堿等的作用下能完全分解。最終產(chǎn)物是CO2和H2O，對環(huán)境無污染，可作為環(huán)保材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的聚合物材料。聚乳酸不僅可以生物降解，而且制備它的原料也來源于環(huán)境可再生資源，它可由玉米淀粉發(fā)酵生成乳酸后聚合得到，目前已可以大量生產(chǎn)，但是也存在價格昂貴、材料較脆等缺點，因而限制了其廣泛應(yīng)用。
木粉是指木屑粉、秸稈粉、果殼粉、竹粉、糠殼粉或花生殼粉等自然界農(nóng)作物的廢棄物，價格低廉，源于自然，使用后又可歸于自然。熱可塑性木塑復(fù)合材料是利用木粉和熱塑性塑料為主要原料，經(jīng)混合和加工而制備的一種新型復(fù)合材料。該材料的研制緩解了石油資源和木材與林產(chǎn)品需求的日益增長所帶來的資源和能源短缺問題，是保護環(huán)境和降低能耗的有效手段，而且熱可塑性木塑復(fù)合材料還有耐用、比木材尺寸穩(wěn)定性好、易成型、吸水性小、耐腐蝕和可回收再利用等特點，因此成為材料領(lǐng)域研究的熱點。目前常用于制備木塑材料的熱塑性塑料主要有聚氯乙烯(PVC)(CN200610034685.7)、聚乙烯(PE)(方征平等，中國塑料，1999，13(11)，44；吳遠楠，武軍，北京印刷學(xué)院學(xué)報，2006，15(5)，9；CN99111051.X)、聚丙烯(PP)(CN02104432.5)等幾類，木粉和塑料的相容性也只是針對這幾類材料的，通常應(yīng)用于護欄、室外路板、托架等，雖然有一定的應(yīng)用，但種類有限，品種少，限制了木塑材料的發(fā)展，使其不能廣泛應(yīng)用。如果利用木粉和聚乳酸進行復(fù)合，不僅可以降低聚乳酸的成本，還能改善聚乳酸的加工性能和韌性，同時具有生物降解特性，可以得到價廉物美的綠色環(huán)保復(fù)合材料。目前尚未有這方面技術(shù)的公開報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種聚乳酸基熱可塑性木塑復(fù)合材料的制備方法，工藝簡單，得到的復(fù)合材料綜合性能優(yōu)良，綠色環(huán)?？山到?，能擴大材料的應(yīng)用范圍。
為實現(xiàn)這樣的目的，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，采用雙螺桿擠出機將聚乳酸(PLA)、木粉、相容劑、光亮劑、增塑劑、成核劑、分散劑和穩(wěn)定劑進行反應(yīng)共混，制得具有綜合性能優(yōu)良、表面光潔和可環(huán)境降解等優(yōu)點的半硬質(zhì)聚乳酸基木塑復(fù)合材料。
本發(fā)明的方法具體為按重量計，原料組分為聚乳酸(PLA)30-90份、木粉5-65份、相容劑0.5-30份、光亮劑0.1-5份、增塑劑0.5-10份、成核劑0.5-5份、分散劑0.5-10份和穩(wěn)定劑0.2-5份，各原料組成總和為100份。首先將聚乳酸(PLA)、木粉、相容劑、光亮劑、增塑劑、成核劑、分散劑和穩(wěn)定劑在高速攪拌機上混合均勻，高速攪拌機的轉(zhuǎn)速為3000-9000轉(zhuǎn)/分鐘，然后將混合物料在雙螺桿擠出機中擠出制成粒料，螺桿溫度為70-240℃，轉(zhuǎn)速為90-600轉(zhuǎn)/分鐘，物料在螺桿中的停留時間為0.5-15分鐘，擠出的物料冷卻后，經(jīng)切粒機切粒，得到粒料，在真空烘箱中60-120℃干燥5-48小時，得到聚乳酸基熱可塑性木塑復(fù)合材料。
本發(fā)明所述的聚乳酸是乳酸或丙交酯的縮聚物。
本發(fā)明所述的木粉是木屑粉、花生殼粉、果殼粉、糠殼粉、秸稈粉或竹粉，或是它們的混合物。
本發(fā)明所述的相容劑是一類可以與聚乳酸和木粉都有較好親和力的物質(zhì)，為4，4’-異丙叉雙(苯酚水楊酸酯)、十八烷基溴化胺、十八烷基氯化胺、硼酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、二異氰酸酯(TDI)、對羥基苯甲酸酯、十六烷基氯化胺、2，2’-(1，3-亞苯基)-二惡唑啉、2-巰基苯并惡唑、1，4雙2-二惡唑啉苯、十六烷基溴化胺、鄰羥基苯甲酸苯酯、環(huán)氧樹脂、氯化聚乙烯、環(huán)氧化苯乙烯共聚物、聚酯型聚氨酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、乙烯-丙烯酸酯共聚物(EAA)、苯乙烯-馬來酸酐共聚物(SMA)、環(huán)氧化乙烯共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、丙烯酰胺接枝聚乙烯、丙烯酰胺接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、馬來酸酐接枝聚乙烯共聚物(PE-g-MAH)、馬來酸酐接枝聚丙烯共聚物(PP-g-MAH)、聚乙烯丙烯酸接枝物(PE-g-AA)、甲基丙烯酸縮水甘油酯-聚丙烯接枝共聚物(PP-g-GMA)、丙烯酸聚丙烯接枝物(PP-g-AA)、醇酸樹脂、馬來酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS-g-MAH)、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA)、馬來酸酐接枝丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS-g-MAH)、丙烯酸鹽離子聚合物、順丁烯二酸二丁酯接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-DBM)、馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)、馬來酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA-g-MAH)、甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA-g-GMA)、甲基丙烯酸縮水甘油酯-聚乙烯接枝共聚物(PE-g-GMA)或酚醛樹脂，或是由它們組成的混合物。
本發(fā)明所述的光亮劑是甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸丁酯共聚物、N，N-雙乙撐硬脂酸酰胺、聚醚改性聚硅氧烷、丙烯酸酯共聚物或極性基團改性的乙撐雙脂肪酸酰胺，或是由它們組成的混合物。
本發(fā)明所述的增塑劑可以是硬脂酸鋇、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸二乙酯(DOP)、乙酰檸檬酸三丁酯(ATBC)、氯化石蠟、順丁烯二酸二丁酯、硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、己二酸二辛酯(DOA)、聚酯型增塑劑或聚氨酯增塑劑，或是由它們組成的混合物。
本發(fā)明所述的成核劑為碳酸鈣、滑石粉、硅灰石、山梨醇、粘土、云母、長石、二氧化硅、玻璃微珠、石墨、碳黑、檸檬酸鈉、二氧化鈦、氫氧化鎂、氫氧化鋁、氧化鎂、山梨酸鉀、氧化鋁、氧化鋅、晶須或高嶺土，或是由它們組成的混合物。
本發(fā)明所述的分散劑可以是硅酯、油酸酰胺、低分子量聚乳酸、硅酮、有機硅烷、高分子有機硅烷、液體石蠟、芥酸酰胺、硅油或白蠟油，或是由它們組成的混合物。
本發(fā)明所述的穩(wěn)定劑是4，4’-(β，β’-二羥基二丙氧苯基)2，2-丙烷(雙酚A)、三鹽基硫酸鉛、二鹽基硬脂酸鉛、三(2，4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯(抗氧劑168)、N，N′-雙[3-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酰]肼(抗氧劑1098)、四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧劑1010)、二鹽基鄰苯二甲酸鉛、馬來酸辛基錫、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚(抗氧劑264)、硫代二丙酸二月桂酯(抗氧劑DLTP)、季戊四醇雙亞磷酸酯二(2，4-二特丁基苯基)酯(抗氧劑626)、甲基錫、4，4′-甲撐雙(2，6-二叔丁基苯酚)(抗氧劑4426)或2，6-二叔丁基對甲酚(抗氧劑T501)，取其中兩種或兩種以上的復(fù)配物。
本發(fā)明的聚乳酸基熱可塑性木塑復(fù)合材料的制備方法，利用環(huán)境可再生的聚乳酸(PLA)和木粉為主要原料，配以相容劑、光亮劑、增塑劑、成核劑、分散劑和穩(wěn)定劑等各種助劑進行反應(yīng)共混，工藝簡單，得到的復(fù)合材料具有優(yōu)良的綜合性能和可環(huán)境降解等優(yōu)點，可用作包裝材料、環(huán)保材料和裝飾材料等，一方面降低了聚乳酸的成本、擴大了其應(yīng)用范圍，另一方面也增加了熱可塑性木塑復(fù)合材料的新品種，有著廣闊的應(yīng)用及工業(yè)化前景。
具體實施例方式
以下通過具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步描述。以下實施例是對本發(fā)明的進一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。
實施例1原料組分按重量計為聚乳酸90份、果殼粉5份、苯乙烯-馬來酸酐共聚物1份、丙烯酸酯共聚物0.3份、硬脂酸鋇1份、氧化鋅1份、硅油1.5份、二鹽基硬脂酸鉛0.1份、抗氧劑168為0.1份。
先將聚乳酸、果殼粉、苯乙烯-馬來酸酐共聚物、丙烯酸酯共聚物、硬脂酸鋇、氧化鋅、硅油、二鹽基硬脂酸鉛、抗氧劑168在高速攪拌機上混合均勻，高速攪拌機的轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘，然后將混合物料放入雙螺桿擠出機中擠出制成粒料，螺桿溫度為70/90/120/150/160/165℃，轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分鐘，物料在螺桿中的停留時間為0.5分鐘，擠出的物料冷卻后，經(jīng)切粒機切粒，得到粒料，在真空烘箱中60℃干燥48小時，得到綜合性能優(yōu)良、表面光潔度高和可生物降解的聚乳酸基熱可塑性木塑復(fù)合材料。
實施例2原料組分按重量計為聚乳酸30份、竹粉65份、鈦酸酯偶聯(lián)劑2份、N，N-雙乙撐硬脂酸酰胺0.5份、硬脂酸0.5份、晶須0.5份、硅酮0.5份、0.3份抗氧劑1010、0.7份抗氧劑264。
先將聚乳酸、竹粉、鈦酸酯偶聯(lián)劑、N，N一雙乙撐硬脂酸酰胺、硬脂酸、晶須、硅酮、抗氧劑1010、抗氧劑264在高速攪拌機上混合均勻，高速攪拌機的轉(zhuǎn)速為8000轉(zhuǎn)/分鐘，然后將混合物料放入雙螺桿擠出機中擠出制成粒料，螺桿溫度為160/180/200/220/240/235℃，轉(zhuǎn)速為90轉(zhuǎn)/分鐘，物料在螺桿中的停留時間為15分鐘，擠出的物料冷卻后，經(jīng)切粒機切粒，得到粒料，在真空烘箱中80℃干燥24小時，得到綜合性能優(yōu)良、表面光潔度高和可生物降解的聚乳酸基熱可塑性木塑復(fù)合材料。
實施例3原料組分按重量計為聚乳酸50份、木屑粉30份、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物10份、聚醚改性聚硅氧烷3份、氯化石蠟2份、硅灰石1份、油酸酰胺2份、1份抗氧劑1098、1份抗氧劑626。
先將聚乳酸、木屑粉、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、聚醚改性聚硅氧烷、氯化石蠟、硅灰石、油酸酰胺、抗氧劑1098、抗氧劑626在高速攪拌機上混合均勻，高速攪拌機的轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)/分鐘，然后將混合物料放入雙螺桿擠出機中擠出制成粒料，螺桿溫度為160/180/200/200/200/205℃，轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘，物料在螺桿中的停留時間為2分鐘，擠出的物料冷卻后，經(jīng)切粒機切粒，得到粒料，在真空烘箱中120℃干燥5小時，得到綜合性能優(yōu)良、表面光潔度高和可生物降解的聚乳酸基熱可塑性木塑復(fù)合材料。
從實施例的結(jié)果可以看出，本發(fā)明得到的聚乳酸基木塑復(fù)合材料具有優(yōu)良的綜合性能和可環(huán)境降解等優(yōu)點，可用作包裝材料、環(huán)保材料和裝飾材料等，有著廣闊的應(yīng)用及工業(yè)化前景。
權(quán)利要求
1.一種聚乳酸基熱可塑性木塑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于按重量計，原料組分為聚乳酸30-90份、木粉5-65份、相容劑0.5-30份、光亮劑0.1-5份、增塑劑0.5-10份、成核劑0.5-5份、分散劑0.5-10份和穩(wěn)定劑0.2-5份，各原料組成總和為100份；首先將上述原料在高速攪拌機上混合均勻，高速攪拌機的轉(zhuǎn)速為3000-9000轉(zhuǎn)/分鐘，然后將混合物料在雙螺桿擠出機中擠出制成粒料，螺桿溫度為70-240℃，轉(zhuǎn)速為90-600轉(zhuǎn)/分鐘，物料在螺桿中的停留時間為0.5-15分鐘，擠出的物料冷卻后，經(jīng)切粒機切粒，得到粒料，在真空烘箱中60-120℃干燥5-48小時，得到聚乳酸基熱可塑性木塑復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的聚乳酸基熱可塑性木塑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的聚乳酸是乳酸或丙交酯的縮聚物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的聚乳酸基熱可塑性木塑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的相容劑為4，4’-異丙叉雙(苯酚水楊酸酯)、十八烷基溴化胺、十八烷基氯化胺、硼酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、二異氰酸酯、對羥基苯甲酸酯、十六烷基氯化胺、2，2’-(1，3-亞苯基)-二惡唑啉、2-巰基苯并惡唑、1，4雙2-二惡唑啉苯、十六烷基溴化胺、鄰羥基苯甲酸苯酯、環(huán)氧樹脂、氯化聚乙烯、環(huán)氧化苯乙烯共聚物、聚酯型聚氨酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚乙二醇、聚乙烯-乙烯醇共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-馬來酸酐共聚物、環(huán)氧化乙烯共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、丙烯酰胺接枝聚乙烯、丙烯酰胺接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、馬來酸酐接枝聚乙烯共聚物、馬來酸酐接枝聚丙烯共聚物、聚乙烯丙烯酸接枝物、甲基丙烯酸縮水甘油酯-聚丙烯接枝共聚物、丙烯酸聚丙烯接枝物、醇酸樹脂、馬來酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、馬來酸酐接枝丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯酸鹽離子聚合物、順丁烯二酸二丁酯接枝乙烯-辛烯共聚物、馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、馬來酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、甲基丙烯酸縮水甘油酯-聚乙烯接枝共聚物或酚醛樹脂，或是由它們組成的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的聚乳酸基熱可塑性木塑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的的光亮劑是甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸丁酯共聚物、N，N-雙乙撐硬脂酸酰胺、聚醚改性聚硅氧烷、丙烯酸酯共聚物或極性基團改性的乙撐雙脂肪酸酰胺，或是由它們組成的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的聚乳酸基熱可塑性木塑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的增塑劑是硬脂酸鋇、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二乙酯、乙酰檸檬酸三丁酯、氯化石蠟、順丁烯二酸二丁酯、硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、己二酸二辛酯、聚酯型增塑劑或聚氨酯增塑劑，或是由它們組成的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的聚乳酸基熱可塑性木塑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的成核劑為碳酸鈣、滑石粉、硅灰石、山梨醇、粘土、云母、長石、二氧化硅、玻璃微珠、石墨、碳黑、檸檬酸鈉、二氧化鈦、氫氧化鎂、氫氧化鋁、氧化鎂、山梨酸鉀、氧化鋁、氧化鋅、晶須或高嶺土，或是由它們組成的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的聚乳酸基熱可塑性木塑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的分散劑可以是硅酯、油酸酰胺、低分子量聚乳酸、硅酮、有機硅烷、高分子有機硅烷、液體石蠟、芥酸酰胺、硅油或白蠟油，或是由它們組成的混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的聚乳酸基熱可塑性木塑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的穩(wěn)定劑是4，4’-(β，β’-二羥基二丙氧苯基)2，2-丙烷(雙酚A)、三鹽基硫酸鉛、二鹽基硬脂酸鉛、抗氧劑168、抗氧劑1098、抗氧劑1010、二鹽基鄰苯二甲酸鉛、馬來酸辛基錫、抗氧劑264、抗氧劑DLTP、抗氧劑626、抗氧劑4426或抗氧劑T501，取其中兩種或兩種以上的復(fù)配物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚乳酸基熱可塑性木塑復(fù)合材料的制備方法，利用環(huán)境可再生的聚乳酸(PLA)和木粉為主要原料，配以相容劑、光亮劑、增塑劑、成核劑、分散劑和穩(wěn)定劑等各種助劑進行反應(yīng)共混；首先將原料在高速攪拌機上混合均勻，然后將混合物料在雙螺桿擠出機中擠出制成粒料，擠出的物料冷卻后，經(jīng)切粒機切粒，得到粒料，置于真空烘箱中干燥后，得到聚乳酸基熱可塑性木塑復(fù)合材料。本發(fā)明制得的復(fù)合材料綜合性能優(yōu)良，可環(huán)境降解，可以做為包裝材料、環(huán)保材料和裝飾材料使用。
文檔編號C08K5/54GK101020780SQ20071003805
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月15日
發(fā)明者王艷玲, 戚嶸嶸, 毛亞鵬, 李君 , 劉林波 申請人:上海交通大學(xué)