專利名稱：一種高抗沖的聚乳酸復合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高抗沖的聚乳酸復合材料及其制備方法，屬于高 分子材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高分子材料由于其自身優(yōu)異的性能，在國民經(jīng)濟和人們生活中得 到廣泛應用。然而現(xiàn)在使用的大多數(shù)高分子材料在自然環(huán)境中都難以 降解，大量塑料廢棄物造成嚴重的白色污染，導致人類生存環(huán)境的惡 化。而且合成此類高聚物的原料大多來源于有限不可再生的石油資 源，這不符合人類可持續(xù)發(fā)展的要求。近年來，為解決塑料垃圾問題， 擺脫對石油資源的依賴，開發(fā)來源于可再生資源的完全可生物降解材 料已成為學術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點。
在眾多已開發(fā)的生物降解高分子材料中，聚乳酸是最有發(fā)展?jié)摿?的一種。聚乳酸是一種以可再生資源為原料經(jīng)過化學合成制備的生物 降解高分子。它以生物資源為原料，擺脫了對石油資源的依賴，同時 其具有良好的生物降解性、相容性和可比擬通用塑料的力學強度，因 此它被認為是石油基聚合物的理想替代品。近年來，隨著價格的降低， 聚乳酸的應用逐漸擴展到通用塑料領(lǐng)域，特別是包裝材料方面。這對 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。然而，聚乳酸柔軟性和抗沖擊性能較差，常溫下是一種
硬而脆的材料，這直接導致其不適宜用于韌性要求較高的領(lǐng)域，限制 聚乳酸的廣泛應用。為克服上述缺點，改善PLA材料的力學性能和加
工性能,人們已經(jīng)在PLA化學改性和物理共混改性方面做了許多的工
作。化學共聚改性可提高聚乳酸的韌性或柔軟性。中國專利
CN1367189A將聚乙烯醇、丙烯酸等接枝到聚乳酸主鏈中，明顯改善 了聚乳酸的柔韌性，但是工藝復雜，成本較高，商業(yè)上成功通過共聚 合技術(shù)提高聚乳酸韌性的例子較少。相對于化學改性，物理共混改性 更為經(jīng)濟有效。中國專利CN 03117482. 5和CN0212345. 1通過向聚乳 酸添加小分子增塑劑有效地降低聚乳酸的玻璃化轉(zhuǎn)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。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(lǐng)域達不到要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有聚乳酸所存在的問題，提供一種高抗沖 的聚乳酸復合材料及其制備方法。
本發(fā)明提供的一種高抗沖聚乳酸復合材料的配方的組成成分和 重量份數(shù)為聚乳酸100份、聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體5 — 40份
和熱穩(wěn)定劑0.01-5份組成；
所述的聚乳酸數(shù)均分子量為5—20萬；
所述的聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體為端羧基脂肪族聚酰胺嵌段 與端羥基聚醚二元醇通過酯化反應制備的多嵌段共聚物，其結(jié)構(gòu)
<formula>formula see original document page 6</formula>式中，PA為硬段聚酰胺段，PE為軟段聚醚段；
硬段聚酰胺段包括尼龍6、尼龍ll、尼龍12、尼龍4/6、尼龍 6/6、尼龍6/10、尼龍6/11或尼龍6/12;
軟段的聚醚二元醇包括聚環(huán)氧乙垸、聚環(huán)氧丙烷或聚四氫呋喃；
硬段聚酰胺(PA)和軟段聚醚(PE)嵌段的相對分子質(zhì)量分別為 500 1000和1000 3000，聚醚軟段的質(zhì)量分數(shù)應為60% 80%;
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 —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)。
一種高抗沖的聚乳酸復合材料制備方法如下
按配比將預先干燥的聚乳酸、聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體和抗 氧劑進行機械混合，混合時間3 — 5分鐘，然后將混好的材料加入到 密煉機中，在180 —2CXTC、 50—80轉(zhuǎn)/分鐘的條件下混合5_8分鐘； 再在開煉機上于180 — 20(TC拉出片材，冷卻后的片材再用切粒機切 成粒料；或者，
預混合的材料后直接用雙螺桿擠出機擠出造粒得到目標材料；所 述的擠出造粒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(zhuǎn)速100-300rpm。
本發(fā)明的優(yōu)點是選用的彈性體增韌劑有效提高了聚乳酸的抗沖
擊強度，沖擊強度高達66KJ/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；選用的抗氧劑可以防止加工過程中聚乳 酸的熱降解。且加工原料易得，生產(chǎn)工藝簡單；用物理共混的手段降 低材料的脆性，成本低廉，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
具體實施例方式
實施例l:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數(shù)均分子量5萬 100份
聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體 5份
抗氧劑1010 O.Ol份 所述的聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體聚醚軟段為聚四氫呋喃，分 子量為3000，其質(zhì)量分數(shù)為60%;硬段材料是尼龍12，其分子量為 500;
先將各組分在行機械混合5-10分鐘，再將混合好的原料加入到 密煉機中，在18CTC-20(TC， 60轉(zhuǎn)的條件下混合6分鐘，再迅速在 180 — 20(TC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56Mpa，斷裂伸長率20%， 缺口沖擊強度為12KJ/m2。 實施例2:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數(shù)均分子量20萬 100份
聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體 40份
抗氧劑AT-626 5份
所述的聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體聚醚軟段為聚四氫呋喃，分
子量為3000，軟段質(zhì)量分為80%;硬段為尼龍12，分子量為500; 先將各組分進行機械混合合5-10分鐘，再將混合好的原料加入
到雙螺桿擠出機擠出造粒得到目標材料；擠出機的設定溫度為加料
段50 — 120。C，混合段175 — 195。C，塑化段溫度180 — 200。C，機頭
溫度175 — 195。C。目標材料的拉伸強度為29Mpa，斷裂伸長率269%，
缺口沖擊強度為45KJ/m2。
實施例3:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數(shù)均分子量20萬 100份
聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體 40份
抗氧劑AT626 0. 01份
所述的聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體軟段為聚四氫呋喃，分子量
為IOOO，軟段質(zhì)量分為80%;硬段為尼龍12，分子量為1000;
制備條件如實施例2，所得到的材料力學性能如下拉伸強度為
33Mpa，斷裂伸長率110%，缺口沖擊強度為19KJ/m2。
實施例4:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數(shù)均分子量5萬 100份
聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體 5份
抗氧劑1010 0. 1份
所述的聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體聚醚軟段為聚環(huán)氧乙垸，分 子量為IOOO，軟段質(zhì)量分為60%;硬段為尼龍6，分子量為1000;
制備條件如實施例1。所得到的材料力學性能如下拉伸強度為
47Mpa，斷裂伸長率14%，缺口沖擊強度為10KJ/m2。
實施例5:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數(shù)均分子量15萬 100份
聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體 15份
抗氧劑1010 0. 1份
所述的聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體聚醚軟段為聚環(huán)氧丙烷，分 子量為1000，軟段質(zhì)量分為70%;硬段為尼龍ll，分子量為1000;;
制備條件如實施例l，所得到的材料力學性能如下拉伸強度為
39Mpa，斷裂伸長率160%,缺口沖擊強度為18KJ/nf。
實施例6:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數(shù)均分子量10萬 100份
聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體 20份
抗氧劑168 0. Ol份
所述的聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體聚醚軟段為環(huán)氧乙烷，分子 量為2000，軟段質(zhì)量分為70%;硬段為尼龍12，分子量為1000;
制備條件如實施例2，所得到的材料力學性能如下拉伸強度為
35Mpa，斷裂伸長率232%，缺口沖擊強度為53KJ/m2。
實施例7:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數(shù)均分子量10萬 100份
聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體 15份
抗氧劑AT626 0. 3份
所述的聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體聚醚軟段為聚四氫呋喃，分 子量為3000,軟段質(zhì)量分為70%;硬段為尼龍6/12，分子量為1000;
制備條件如實施例2，所得到的材料力學性能如下拉伸強度為
38Mpa，斷裂伸長率262%，缺口沖擊強度為56KJ/m2。
實施例8:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數(shù)均分子量8萬 100份
聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體 15份
抗氧劑1010 0.3份
所述的聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體聚醚軟段為聚四氫呋喃，分
子量為2000，軟段質(zhì)量分為80%;硬段為尼龍6/6，分子量為1000;; 制備條件如實施例2，所得到的材料力學性能如下拉伸強度為
36Mpa，斷裂伸長率301%，缺口沖擊強度為47KJ/m2。
實施例9:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數(shù)均分子量10萬 100份
聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體 15份
抗氧劑168 5份
所述的聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體聚醚軟段為聚四氫呋喃，分
子量為3000軟段，質(zhì)量分數(shù)為80%;硬段為尼龍12，分子量為500; 制備條件如實施例l，所得到的材料力學性能如下拉伸強度為
42Mpa，斷裂伸長率271%，缺口沖擊強度為42KJ/m2。
實施例10:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數(shù)均分子量10萬 100份
聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體 20份
抗氧劑168 0. 1份
所述的聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體軟段為聚環(huán)氧丙烷，分子量 為3000，軟段質(zhì)量分為80%;硬段為尼龍12，分子量為500;
制備條件如實施例2，所得到的材料力學性能如下拉伸強度為
36Mpa，斷裂伸長率230%，缺口沖擊強度為66KJ/m2。
實施例ll:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數(shù)均分子量10萬 100份
聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體 40份
抗氧劑168 0. 5份
所述的聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體聚醚軟段為聚環(huán)氧乙垸，分 子量為3000，軟段質(zhì)量分為70%，硬段為尼龍12，分子量為1000;
制備條件如實施例l，所得到的材料力學性能如下拉伸強度為 30Mpa，斷裂伸長率195%，缺口沖擊強度為32KJ/m2。
實施例12:按以下配方及重量稱取各組分
聚乳酸數(shù)均分子量10萬 100份
聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體 20份
抗氧劑168 0. 1份
所述的聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體聚醚軟段為聚四氫呋喃，分
子量為2000，軟段質(zhì)量分為70%;硬段為尼龍12，分子量為1000; 制備條件如實施例2，所得到的材料力學性能如下拉伸強度為
34Mpa，斷裂伸長率200%，缺口沖擊強度為52KJ/m2。
權(quán)利要求
1、一種高抗沖聚乳酸復合材料，其特征在于，其配方的組成成分和重量份數(shù)為聚乳酸100份、聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體5—40份和熱穩(wěn)定劑0.01-5份組成；所述的聚乳酸數(shù)均分子量為5—20萬；所述的聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體為端羧基脂肪族聚酰胺嵌段與端羥基聚醚二元醇通過酯化反應制備的多嵌段共聚物，其結(jié)構(gòu)式中，PA為硬段聚酰胺段，PE為軟段聚醚段；硬段聚酰胺段包括尼龍6、尼龍11、尼龍12、尼龍4/6、尼龍6/6、尼龍6/10、尼龍6/11或尼龍6/12；軟段的聚醚段包括聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷或聚四氫呋喃；硬段聚酰胺和軟段聚醚嵌段的相對分子質(zhì)量分別為500～1000和1000～3000，聚醚軟段的質(zhì)量分數(shù)應為60％～80％。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(quán)利要求1所述的一種高抗沖的聚乳酸復合材料的制備 方法，其特征是步驟和條件如下按配比將預先干燥的聚乳酸、聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體和抗 氧劑進行機械混合，混合時間3 — 5分鐘，然后將混好的材料然后將混好的材料加入到密煉機中，在180 —200°C、 50—80轉(zhuǎn)/分鐘的條件 下混合5 —8分鐘；再在開煉機上于180 —20(TC的拉出片材，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；所述的擠 出造粒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(zhuǎn)速100-300rpm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高抗沖的聚乳酸復合材料及其制備方法。該復合材料由重量份數(shù)100份的聚乳酸、5-40份的一種或多種聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體，0.01-5份的一種或多種熱穩(wěn)定劑組成。將聚乳酸與聚醚-b-酰胺類熱塑性彈性體和熱穩(wěn)定劑進行機械混合，再用密煉機或雙螺桿擠出機熔融加工。本發(fā)明材料易得，生產(chǎn)工藝簡單，有效提高了聚乳酸的抗沖擊強度，缺口懸臂梁沖擊強度由純聚乳酸的5KJ/m²提高至66KJ/m²，解決聚乳酸材料脆性嚴重的缺陷，從而極大拓寬聚乳酸的應用范圍。
文檔編號B29B7/28GK101392094SQ200810051378
公開日2009年3月25日 申請日期2008年11月4日 優(yōu)先權(quán)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