專利名稱：一種增韌聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種增韌聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在化石類資源日趨緊張和環(huán)境問(wèn)題日益受到公眾重視的今天，天然高分子材料所 具有的可再生、可生物降解、儲(chǔ)量豐富、價(jià)廉、環(huán)保等特點(diǎn)極其符合可持續(xù)發(fā)展的要求，因而 越來(lái)越受到世人的關(guān)注和重視。開(kāi)發(fā)推廣生物降解材料和高值利用生物資源，成為當(dāng)代經(jīng) 濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的重大研究課題。聚乳酸是一種以植物淀粉為初始原料，經(jīng)發(fā)酵、縮聚而成的新型聚酯類生物材料， 它無(wú)毒、無(wú)刺激，生物相容性好，可被生物分解吸收而不污染環(huán)境，并且材料強(qiáng)度高、塑性 好，適于多種加工手段，是最有前途的可生物降解高分子材料之一，在包裝、服飾、醫(yī)療衛(wèi)生 等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。但是聚乳酸自身結(jié)構(gòu)決定其材料太脆而不耐沖擊，同時(shí)其 生產(chǎn)成本相對(duì)于通用塑料也略顯高，從而導(dǎo)致了其在目前技術(shù)下還不能得以廣泛應(yīng)用。為 此，國(guó)內(nèi)外已進(jìn)行了不少相關(guān)的研究，但這些技術(shù)在兼顧成本、材料性能和可生物降解性等 的綜合指標(biāo)上有所不足，相比通用塑料的市場(chǎng)還有一定差距。木質(zhì)素是自然界中儲(chǔ)量?jī)H次于纖維素的第二大資源，每年以500億噸的速度生 成，并且在制漿造紙、纖維素酶解制能源等工業(yè)中也產(chǎn)生大量的木質(zhì)素副產(chǎn)品。但是，對(duì)于 這樣一種巨大的資源，迄今，尚沒(méi)有技術(shù)能將其轉(zhuǎn)化和大量應(yīng)用。每年，95%以上的木質(zhì)素 仍以“黑液”直接排入江河或濃縮后直接燒掉，資源浪費(fèi)的同時(shí)還給環(huán)境造成極大污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種增韌聚乳酸復(fù)合材 料，該復(fù)合材料的力學(xué)性能滿足實(shí)際使用要求，且性價(jià)比接近通用塑料。本發(fā)明的另一目的在于提供上述增韌聚乳酸復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種增韌聚乳酸復(fù)合材料，是由下列質(zhì)量百分比的成分制備得到聚乳酸56-76%木質(zhì)素8- %增韌劑5-30%;所述聚乳酸為L(zhǎng)-乳酸和/或D-乳酸的聚合物，重均分子量為5-35萬(wàn)，優(yōu)選分子 量在10萬(wàn)以上，熔點(diǎn)在120 180°C之間，優(yōu)選熔點(diǎn)在140°C以上，用前在80°C的鼓風(fēng)烘箱 中烘干4 8h至恒重。所述木質(zhì)素為纖維素酶解木質(zhì)素(CEL)、磨木木質(zhì)素(MWL)或Braims天然木質(zhì)素 (BNL)，用前粉碎、過(guò)55目篩，優(yōu)選過(guò)100目篩，80°C充分干燥24h 48h。所述增韌劑為彈性體接枝馬來(lái)酸酐類中的HD800E、HD900V，優(yōu)選接枝率在0. 85以 上。增韌劑在起到增強(qiáng)木質(zhì)素和聚乳酸相容性的同時(shí)，還改善了復(fù)合材料的韌性。
上述增韌聚乳酸復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟(1)取56-76%的聚乳酸、8-24%的木質(zhì)素和5_30%的增韌劑混合均勻；(2)將混料加入密煉機(jī)中，混合至混料扭矩平衡，收集混料；將混料壓成片材，然 后將冷卻后的片材切粒得到增韌聚乳酸復(fù)合材料；或者將混料用雙螺桿機(jī)熔融擠出造粒得 到增韌聚乳酸復(fù)合材料；所述百分比為質(zhì)量百分比。所述聚乳酸和木質(zhì)素在混合前先在80°C鼓風(fēng)烘箱中充分干燥；所述密煉機(jī)的工作溫度為160-200°C，30-70rpm混合5_10分鐘至混料扭矩平衡；所述將片材切?？梢栽陂_(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行，開(kāi)煉機(jī)工作溫度170-200°C ；所述擠出造粒的條件為一區(qū)120 160°C，二區(qū)140 160°C，三區(qū)160 180°C， 四區(qū)170 190°C，五區(qū)180 200°C，六區(qū)180 200°C，七區(qū)175 195°C，機(jī)頭165 180°C，螺桿轉(zhuǎn)速為200 5OOrpm,壓力為10 I5MPa11纖維素酶解木質(zhì)素(CEL)、磨木木質(zhì)素(MWL)或Brauns天然木質(zhì)素(BNL)都較完 整地保留了原本木質(zhì)素結(jié)構(gòu)，即保留著原本木質(zhì)素的芳烷醚鍵和含有較多的脂肪和芳環(huán)羥 基，這樣就使得這類木質(zhì)素能與含羰基結(jié)構(gòu)的聚乳酸產(chǎn)生較強(qiáng)的分子間作用力，具有良好 的相容性；再者，所添加增韌劑本身就具有增容作用，因此，所制得的復(fù)合材料能較好地保 留聚乳酸的優(yōu)良性能的同時(shí)，其韌性也得到較好改善。該增韌聚乳酸復(fù)合材料具有一定的強(qiáng)度和韌性，價(jià)格較低廉，并且可生物降解，渴 望取代通用的PP、PE材質(zhì)，而在農(nóng)業(yè)、日用、包裝、醫(yī)學(xué)支架材料等領(lǐng)域中廣為應(yīng)用。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果本發(fā)明采用豐富廉價(jià)的可再生生物資源木質(zhì)素填充生物降解材料聚乳酸以降低 生產(chǎn)成本，并通過(guò)添加兼具增容增韌作用的彈性體接枝馬來(lái)酸酐相容劑來(lái)達(dá)到增容增韌作 用，使所制備的復(fù)合材料具備較好的力學(xué)性能和一定的生物降解性，還克服了聚乳酸材料 脆性的弱點(diǎn)，并且制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，宜于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例1取76% (按質(zhì)量百分比計(jì)，下同)聚乳酸(重均分子量16萬(wàn)，熔點(diǎn)150°C)、19% 纖維素酶解木質(zhì)素、5% HD800E(南京華都科技實(shí)業(yè)有限公司)混合均勻，將混料加入到雙 螺桿機(jī)中，經(jīng)熔融共混，擠出造粒成復(fù)合材料。螺桿各區(qū)設(shè)定溫度及加工條件為1 7區(qū)溫度分別是160°C，165°C，170°C， 175°C，180°C，1800C，160°C，機(jī)頭溫度是165°C，停留3 5分鐘，壓力為12MPa，喂料速度為 398rpm。實(shí)施例2取72%聚乳酸(重均分子量16萬(wàn)，熔點(diǎn)150°C )、18%纖維素酶解木質(zhì)素、10% HD900V(南京華都科技實(shí)業(yè)有限公司)混合均勻，將混料加入到雙螺桿機(jī)中，經(jīng)熔融共混， 擠出造粒成復(fù)合材料。螺桿各區(qū)設(shè)定溫度及加工條件為1 7區(qū)溫度分別是160°C，165°C，170°C，175°C，1800C，1800C，160°C，機(jī)頭溫度是165°C，停留3 5分鐘，壓力為12MPa，喂料速度為 398rpm。實(shí)施例3取64%聚乳酸(重均分子量16萬(wàn)，熔點(diǎn)150°C )、16%纖維素酶解木質(zhì)素、20% HD800E(南京華都科技實(shí)業(yè)有限公司)混合均勻，將混料加入到雙螺桿機(jī)中，經(jīng)熔融共混， 擠出造粒成復(fù)合材料。螺桿各區(qū)設(shè)定溫度及加工條件為1 7區(qū)溫度分別是160°C，165°C，170°C， 175°C，180°C，1800C，160°C，機(jī)頭溫度是165°C，停留3 5分鐘，壓力為12MPa，喂料速度為 398rpm。實(shí)施例4取56%聚乳酸(重均分子量16萬(wàn)，熔點(diǎn)150°C )、14%纖維素酶解木質(zhì)素、30% HD800E(南京華都科技實(shí)業(yè)有限公司)混合均勻，將混料加入到雙螺桿機(jī)中，經(jīng)熔融共混， 擠出造粒成復(fù)合材料。螺桿各區(qū)設(shè)定溫度及加工條件為1 7區(qū)溫度分別是160°C，165°C，170°C， 175°C，180°C，1800C，160°C，機(jī)頭溫度是165°C，停留3 5分鐘，壓力為12MPa，喂料速度為 398rpm。實(shí)施例5取72%聚乳酸(重均分子量16萬(wàn)，熔點(diǎn)150°C )、8%纖維素酶解木質(zhì)素、20% HD800E(南京華都科技實(shí)業(yè)有限公司)混合均勻，將混料加入到雙螺桿機(jī)中，經(jīng)熔融共混， 擠出造粒成復(fù)合材料。螺桿各區(qū)設(shè)定溫度及加工條件為1 7區(qū)溫度分別是160°C，165°C，170°C， 175°C，180°C，1800C，160°C，機(jī)頭溫度是165°C，停留3 5分鐘，壓力為12MPa，喂料速度為 398rpm。實(shí)施例6取56%聚乳酸(重均分子量16萬(wàn)，熔點(diǎn)150°C )、M%纖維素酶解木質(zhì)素、20% HD800E(南京華都科技實(shí)業(yè)有限公司)混合均勻，將混料加入到雙螺桿機(jī)中，經(jīng)熔融共混， 擠出造粒成復(fù)合材料。螺桿各區(qū)設(shè)定溫度及加工條件為1 7區(qū)溫度分別是160°C，165°C，170°C， 175°C，180°C，1800C，160°C，機(jī)頭溫度是165°C，停留3 5分鐘，壓力為12MPa，喂料速度為 398rpm。實(shí)施例7取72%聚乳酸(重均分子量16萬(wàn)，熔點(diǎn)150°C )、8%纖維素酶解木質(zhì)素、20% HD900V(南京華都科技實(shí)業(yè)有限公司)混合均勻，將混料加入到雙螺桿機(jī)中，經(jīng)熔融共混， 擠出造粒成復(fù)合材料。螺桿各區(qū)設(shè)定溫度及加工條件為1 7區(qū)溫度分別是160°C，165°C，170°C， 175°C，180°C，1800C，160°C，機(jī)頭溫度是165°C，停留3 5分鐘，壓力為12MPa，喂料速度為 398rpm。實(shí)施例8取64%聚乳酸(重均分子量16萬(wàn)，熔點(diǎn)150°C )、16%纖維素酶解木質(zhì)素、20%HD900V(南京華都科技實(shí)業(yè)有限公司)混合均勻，將混料加入到雙螺桿機(jī)中，經(jīng)熔融共混， 擠出造粒成復(fù)合材料。螺桿各區(qū)設(shè)定溫度及加工條件為1 7區(qū)溫度分別是160°C，165°C，170°C， 175°C，180°C，1800C，160°C，機(jī)頭溫度是165°C，停留3 5分鐘，壓力為12MPa，喂料速度為 398rpm。實(shí)施例9取56%聚乳酸(重均分子量16萬(wàn)，熔點(diǎn)150°C )、M%纖維素酶解木質(zhì)素、20% HD900V(南京華都科技實(shí)業(yè)有限公司)混合均勻，將混料加入到雙螺桿機(jī)中，經(jīng)熔融共混， 擠出造粒成復(fù)合材料。螺桿各區(qū)設(shè)定溫度及加工條件為1 7區(qū)溫度分別是160°C，165°C，170°C， 175°C，180°C，1800C，160°C，機(jī)頭溫度是165°C，停留3 5分鐘，壓力為12MPa，喂料速度為 398rpm。對(duì)比例1將聚乳酸(重均分子量16萬(wàn)，熔點(diǎn)150°C ) (80wt % )和纖維素酶解木質(zhì)素 (20wt% )兩組分加入到雙螺桿機(jī)中，經(jīng)上述實(shí)施例同樣的熔融加工和擠出造粒過(guò)程做成 材料。對(duì)比例2將聚乳酸(重均分子量16萬(wàn)，熔點(diǎn)150°C )單一組分加入到雙螺桿機(jī)中，經(jīng)上述實(shí) 施例同樣的熔融加工和擠出造粒過(guò)程做成材料。性能測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度測(cè)試按ASTMD-638標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，試樣類型為I型，試樣尺寸(mm) 150 X 10 X 4，拉伸速度為 5mm/min。懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度按ASTMD-256標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，試樣類型為I型，試樣尺寸 (mm) :80 X 10X4 ；缺口類型為 A 缺口寬 2_，深 2_。彎曲試驗(yàn)按ASTMD790-03標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，試樣類型為I型，實(shí)驗(yàn)尺寸為80 X 10 X 4， 彎曲速度為2mm/min。硬度測(cè)試按ASTM D2240進(jìn)行。實(shí)施例1 9及對(duì)比例所制材料性能見(jiàn)表1 表 1
拉伸強(qiáng)度楊氏模量斷裂伸長(zhǎng)彎曲強(qiáng)度彎曲模量缺口沖擊強(qiáng)邵氏硬性能指標(biāo)(MPa)(MPa)率ft)(MPa)(GPa)度(kj/ m2)對(duì)照例152. 518183. 1675.973. 091. 586實(shí)施例132. 98404. 5765.652. 861. 781實(shí)施例227. 36885. 3750.802. 191. 972實(shí)施例324. 258712. 8042.691. 753. 27權(quán)利要求
1.一種增韌聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于是由下列質(zhì)量百分比的成分制備得到 聚乳酸56-76%木質(zhì)素8- % 增韌劑5-30%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種增韌聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于所述木質(zhì)素為纖維素 酶解木質(zhì)素、磨木木質(zhì)素或Brauns天然木質(zhì)素。
3.權(quán)利要求1所述一種增韌聚乳酸復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)取56-76%的聚乳酸、8-24%的木質(zhì)素和5-30%的增韌劑混合均勻；(2)將混料用雙螺桿機(jī)熔融擠出造粒得到增韌聚乳酸復(fù)合材料； 所述百分比為質(zhì)量百分比。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種增韌聚乳酸復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述雙螺 桿機(jī)擠出造粒的工作條件為一區(qū)120 160°C，二區(qū)140 160°C，三區(qū)160 180°C，四區(qū) 170 190°C，五區(qū) 180 200°C，六區(qū) 180 200°C，七區(qū) 175 195°C，機(jī)頭 165 180°C， 螺桿轉(zhuǎn)速為2OO 5OOrpm,壓力為10 I5MPa1全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種增韌聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法。取56-76％的聚乳酸、8-24％的木質(zhì)素和5-30％的增韌劑混合均勻；將混料用雙螺桿機(jī)熔融擠出造粒得到增韌聚乳酸復(fù)合材料。本發(fā)明采用豐富廉價(jià)的可再生生物資源木質(zhì)素填充生物降解材料聚乳酸以降低生產(chǎn)成本，并通過(guò)添加兼具增容增韌作用的彈性體接枝馬來(lái)酸酐相容劑來(lái)達(dá)到增容增韌作用，使所制備的復(fù)合材料具備較好的力學(xué)性能和一定的生物降解性，還克服了聚乳酸材料脆性的弱點(diǎn)，并且制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，宜于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B29B9/06GK102093681SQ20101060407
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者歐陽(yáng)文竹, 黃勇 申請(qǐng)人:中科院廣州化學(xué)有限公司