專利名稱：一種高韌性聚乳酸基復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高韌性聚乳酸基復合材料及其制備方法，屬于生 物降解高分子領域
背景技術：
隨高分子材料的發(fā)展，石油基高分子材料在人類生活和工作中得 到廣泛的應用。但這些材料來源于不可再生資源，而且在自然環(huán)境中 難以降解，造成生態(tài)環(huán)境惡化和資源緊缺，不符合人類可持續(xù)發(fā)展的 戰(zhàn)略，給人類帶來危害。近年來，來源于可再生資源的可為生物降解 材料引起人們廣泛的注意。
聚乳酸(PLA)是唯一以生物資源為原料，通過化學方法合成的 可生物降解的線性脂肪族聚脂。它來源于可再生資源，具有良好的生 物相容性、降解性，較高的拉伸強度和壓縮模量，因此聚乳酸被認為 是石油基塑料的理想替代品；將其應用于通用塑料領域，對于減少環(huán) 境污染、節(jié)省石油資源以及減輕地球溫室效應方面具有十分重要的意 義。近年來，隨著成本的降低以及生產規(guī)模的增大，聚乳酸基塑料產 品已經逐漸市場上在出現，例如纖維，雙向拉伸薄膜等。但聚乳酸性 脆，缺乏柔性和彈性，抗沖擊性能差，這極大限制了它的廣泛應用， 特別是包裝領域。為克服上述缺點，改善PLA材料的機械性能和加工 性能，降低PLA的成本，人們己經在PLA化學改性和物理共混改性方 面做了許多的工作。通過化學改性的方法可以有效地改善PLA的性
能，但是工藝復雜，成本較高，至今沒有工業(yè)化的產品出現。小分子 增塑劑可以有效地降低聚乳酸的玻璃化轉變溫度，提高聚乳酸分子鏈
的活動能力，從而改善聚乳酸的脆性(中國專利CN00112783.7; CN02123145. 1; CN03117482. 5);但是小分子增塑劑易遷移，導致材 料老化(Polymer 44 (2003) 7679-7688)，而且增塑聚乳酸材料的強 度和耐熱性在某些應用領域達不到要求。橡膠增韌是改善塑料脆性的 有效方法，在塑料中添加少量的橡膠能夠有效的提高材料的沖擊強 度，而且橡膠增韌的工藝成熟，設備簡單，因此通過橡膠增韌聚乳酸 不失是一種簡單有效的方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現有技術的不足，提供一種髙韌性聚乳酸基 復合材料及其制備方法。
一種高韌性聚乳酸基復合材料的組成成分和重量份數配比為聚
乳酸100份、彈性體增韌劑5 — 40份和熱穩(wěn)定劑0. 01-5份； 所述的聚乳酸的數均分子量為5 — 20萬道爾頓；
所述的彈性體增韌劑為環(huán)氧氯丙烷一環(huán)氧乙垸二元共聚氯醚橡
膠或三元共聚的氯醚橡膠；
所述的環(huán)氧氯丙烷一環(huán)氧乙垸二元共聚氯醚橡膠的結構式為
<formula>formula see original document page 5</formula>其重均分子量為800， ooo i， ooo， ooog扁r';
所述的環(huán)氧氯丙烷一環(huán)氧乙烷三元共聚型氯醚橡膠結構式為
<formula>formula see original document page 6</formula>其重均分子量為800， 000~1， 000， 000g.mol";
其中，以分子鏈中氯的摩爾含量為12 — 27。^為最優(yōu)； 所述的為熱穩(wěn)定劑為四[3-(3',5' —二叔丁基)丙酸]季戊四醇(抗氧 劑1010)、三(2， 4一二叔丁基苯基)亞磷酸酯(抗氧劑168)或雙 (2， 4一二叔丁基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯(AT—626抗氧劑)。
一種高韌性聚乳酸基復合材料的制法如下
按配比將聚乳酸、彈性體和抗氧劑進行機械混合，時間3 — 10分 鐘，然后將混好的材料加入到密煉機中，在175 — 195。C、 50—80轉/ 分的條件下混合5 —8分鐘；再在開煉機上于175 —195。C拉出片材， 冷卻后的片材再用切粒機切成粒料；或者，將混好的材料直接用雙螺 桿擠出機擠出造粒得到目標材料；擠出造粒的條件為雙螺桿擠出機 的設定溫度為 一區(qū)120-140°C， 二區(qū)160-180°C，三區(qū)170-190 。C，四區(qū)175-200°C，五區(qū)180-200°C，六區(qū)180-210°C，七區(qū) 180-200°C，機頭170-195°C;螺桿轉速100-300 rpm。
有益效果本發(fā)明通過選擇合適的彈性體與聚乳酸進行復合，配 合加入一定量的抗氧劑，調節(jié)配比，結合加工工藝，制備出具有高韌 性的聚乳酸基復合材料。本發(fā)明選用的彈性體增韌劑加入到聚乳酸中 不僅使其韌性顯著提高，而且可以改善材料的流變行為，提高聚乳酸
的成型加工性能，材料斷裂伸長率由純聚乳酸的5。％增加至230%，沖 擊強度由4.6 KJ/m2提高至66.7 KJ/m2，使其適于多種成形加工工
藝。且原料易得，工藝簡單，價格低廉。
具體實施例方式
實施例l:按以下配方和重量份稱取各組分
分子量5萬道爾頓的聚乳酸 100份
重均分子量為800000g.mo1—1的二元共聚型氯醚橡膠 5份 抗氧劑1010 l.O份 然后先將各組分機械混合5-10分鐘，再將混合好的材料加入到 密煉機中，在175°C_195°C， 60轉/分鐘的條件下混合5_8分鐘，再 在175 — 195"C的開煉機上拉出片材，冷卻后的片材再用切粒機切成 粒料，得到目標材料。目標材料的拉伸強度為55 Mpa，斷裂伸長率 15%，缺口沖擊強度為12Mpa。
實施例2:按以下配方和重量份稱取各組分 分子量20萬道爾頓聚乳酸 100份
重均分子量為800000g.mo1—1的二元共聚型氯醚橡膠 40份 抗氧劑AT-626 0. 6份
然后先將各組分進行機械混合5分鐘，再將混合好的材料加入到 擠出機中擠出造粒，得到目標材料。擠出改性造粒過程雙螺桿擠出 機的設定溫度為 一區(qū)120-140°C， 二區(qū)160-180°C，三區(qū)170-190 。C，四區(qū)175-200°C，五區(qū)180-200°C，六區(qū)180-210°C，七區(qū) 180-200°C，機頭170-195°C;螺桿轉速100-300 rpm。所得到的 目標材料力學性能如下拉伸強度為20Mpa，斷裂伸長率102%，缺口 沖擊強度為29KJ/m2。
實施例3:按以下配方和重量份稱取各組分
分子量10萬道爾頓聚乳酸 100份
重均分子量為lOOOOOOg.mol"的二元共聚型氯醚橡膠20份 抗氧劑168 O.Ol份 工藝條件如實施例2，得到目標材料。目標材料力學性能如下
拉伸強度為36Mpa，斷裂伸長率230.22%,缺口沖擊強度為66. 7KJ/m2。
實施例4:按以下配方和重量份稱取各組分
分子量10萬道爾頓聚乳酸 100份
重均分子量為800000g.mor1的三元共聚型氯醚橡膠 30份 抗氧劑AT-626 2份 工藝條件如實施例l，得到目標材料。目標材料力學性能如下 拉伸強度為27Mpa，斷裂伸長率104%，缺口沖擊強度為31KJ/m2。 實施例5:按以下配方和重量份稱取各組分 分子量5萬道爾頓聚乳酸 100份
重均分子量為800000g.mor1的三元共聚型氯醚橡膠5份
抗氧劑618 0.01 {
「分
工藝條件如實施例2，得到目標材料。目標材料力學性能如下:
拉伸強度為52Mpa，斷裂伸長率11%，缺口沖擊強度為13KJ/m2。 實施例6:按以下配方和重量份稱取各組分 分子量5萬道爾頓聚左旋乳酸 100份
重均分子量為900000g.mor1的三元共聚型氯醚橡膠 15份
抗氧劑AT — 626 0.6份
工藝條件如實施例2，得到目標材料。目標材料力學性能如下
斷裂伸長率174%，拉伸強度41Mpa，沖擊強度29KJ/nf 實施例7:按以下配方和重量份稱取各組分 分子量20萬道爾頓聚乳酸 100份
重均分子量為1000000g.mor1的三元共聚型氯醚橡膠 40份 抗氧劑AT—626 l.O份 工藝條件如實施例l，得到目標材料。目標材料力學性能如下
斷裂伸長率150%，拉伸強度27MPa，沖擊強度35KJ/m2 實施例8:按以下配方和重量份稱取各組分 分子量8萬道爾頓聚乳酸 100份
重均分子量為900000g.mor1的二元共聚型氯醚橡膠 15份 抗氧劑1010 0. 5份
工藝條件如實施例2，得到目標材料。目標材料力學性能如下
拉伸強度為46Mpa，斷裂伸長率176%，缺口沖擊強度為55KJ/m2。 實施例9:按以下配方和重量份稱取各組分 分子量8萬道爾頓聚乳酸 100份
重均分子量為900000g.mor1的二元共聚型氯醚橡膠 30份 抗氧劑618 0.3份 工藝條件如實施例l，得到目標材料。目標材料材料力學性能如
下拉伸強度為29Mpa，斷裂伸長率133.%，缺口沖擊強度為46KJ/m2。
實施例10:按以下配方和重量份稱取各組分
分子量8萬道爾頓聚乳酸 100份
重均分子量為90000(^.11101"的三元共聚型氯醚橡膠20份 抗氧劑1010 5份
工藝條件如實施例l，得到目標材料。目標材料力學性能如下:拉 伸強度40Mpa，斷裂伸長率142%，缺口沖擊強度為53KJ/m2。
權利要求
1. 一種高韌性聚乳酸基復合材料，其特征是其配方的組成成分和重量份數配比為聚乳酸100份、彈性體增韌劑5—40份和熱穩(wěn)定劑0.01-5份組成；所述的聚乳酸的數均分子量為5—20萬道爾頓；所述的彈性體增韌劑為環(huán)氧氯丙烷一環(huán)氧乙烷二元共聚氯醚橡膠或三元共聚的氯醚橡膠；所述的環(huán)氧氯丙烷一環(huán)氧乙烷二元共聚氯醚橡膠的結構式為其重均分子量為800,000～1,000,000g.mol-1；所述的環(huán)氧氯丙烷一環(huán)氧乙烷三元共聚型氯醚橡膠結構式為其重均分子量為800,000～1,000,000g.mol-1；所述的為熱穩(wěn)定劑為四[3-(3′，5′—二叔丁基)丙酸]季戊四醇、三(2，4—二叔丁基苯基)亞磷酸酯或雙(2，4—二叔丁基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯。
2、 按照權利要求1所述的一種高韌性聚乳酸基復合材料，其特 征在于，所述的彈性體增韌劑的環(huán)氧氯丙烷一環(huán)氧乙垸二元共聚氯醚 橡膠或三元共聚的氯醚橡膠，分子鏈中氯的摩爾含量為12—27%。
3、按照權利要求1所述的一種高韌性聚乳酸基復合材料的制法， 其特征在于包括以下步驟按配比將聚乳酸、彈性體和抗氧劑進行機械混合，時間3 — 10分鐘，然后將混好的材料加入到密煉機中，在175 — 195。C、 50—80轉/ 分的條件下混合5 — 8分鐘；再在開煉機上于175 — 195。C拉出片材， 冷卻后的片材再用切粒機切成粒料；或者，預混合后直接用雙螺桿擠 出機擠出造粒得到目標材料；擠出造粒的條件為雙螺桿擠出機的設 定溫度為 一區(qū)120-140°C， 二區(qū)160-180°C，三區(qū)170-190°C， 四區(qū)175-200°C，五區(qū)- 180-200°C，六區(qū)180-210°C，七區(qū)180-200°C，機頭170-195°C;螺桿轉速100-300 rpm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高韌性聚乳酸基復合材料及其制備方法。該復合材料由重量份數100份的聚乳酸、5-45份的彈性體增韌劑，0.01-5份熱穩(wěn)定劑組成。將聚乳酸與彈性體以及熱穩(wěn)定劑先機械混合成預混料，再用密煉機或螺桿擠出機熔融加工。本發(fā)明材料易得，生產工藝簡單，有效改善聚乳酸的韌性，材料斷裂伸長率由純聚乳酸的5％增加至230％，沖擊強度由4.6KJ/m²提高至66.7KJ/m²，解決聚乳酸材料脆性嚴重的缺陷，從而拓寬聚乳酸的應用范圍。
文檔編號B29B9/00GK101392093SQ20081005137
公開日2009年3月25日 申請日期2008年11月4日 優(yōu)先權日2008年11月4日
發(fā)明者冉祥海, 莊宇剛, 張坤玉, 董麗松, 韓常玉 申請人:中國科學院長春應用化學研究所