[发明专利]一种聚乳酸及其衍生物复合材料与制备方法

说明书

                        技术领域

本发明涉及一种聚乳酸及其衍生物复合材料与制备方法。

                        背景技术

聚乳酸是一种由微生物发酵产物为单体，通过化学合成制备的生物降解材料。聚乳酸的合成方法主要有直接法和间接法两种，直接法是以乳酸为原料进行直接聚合，间接法是以丙交酯为原料进行开环聚合。直接本体聚合尽管工艺简单，成本低廉，但分子量的增长困难，通常只能获得重均分子量小于20000的聚乳酸，很难获得更高分子量的产物。但是由于聚乳酸的性能和分子量的高低有直接的关联，如Jamshidi等的研究指出(Polymer，1988(29)：2230-2231)，注塑、吹塑等用途的聚乳酸，其分子量应在70000Da以上，否则难于成型加工，因此目前聚乳酸的生产方法大多使用开环聚合的方法以获得高分子量产品。然而，开环聚合需要高纯度的丙交酯原料，设备投资大，难以连续化生产，从而导致聚乳酸价格高昂，限制了聚乳酸的推广，无法与通用聚烯烃材料形成有力竞争。

此外，根据Ajioka等人的研究指出(Journal of Emviromnental Polymer Degradation，1995(4)：225-234)，重均分子量为90000的聚乳酸，断裂伸长率为4.7％；而即使重均分子量达到250000的聚乳酸，其断裂伸长率也仅为9.5％。这充分表明聚乳酸的脆性过大，导致在实际应用中受到很大的限制。正是由于单一组分不能满足加工和应用的需求，国内外的研究者通过共聚和共混改性的方法改善聚乳酸的力学性能，使其适宜成型加工和应用。这些方法包括：与聚乙二醇共聚(CN1712426A)；与长链高韧性生物可降解聚酯共混(CN1995136A)；加入增塑剂(CN1712435A)。上述方法的缺点在于所使用的基体树脂仍是通过开环聚合方法制备，未能从根本上解决聚乳酸价格高昂的问题。如中国专利CN1995136A报道，将高分子量聚乳酸与聚己内酯或聚丁二酸丁二醇酯通过螺杆挤出的方式制备了一种高韧性的生物降解材料；中国专利CN1858114A报道，将聚乳酸与聚丁二酸丁二醇酯复合而获得了一种吹塑及注塑专用树脂。以上方法种所使用的原料—高分子量聚乳酸，价格不菲，在改善性能的同时也使价格在高位维持。因此，探寻一种由直接聚合的聚乳酸类化合物为基体树脂，同时又能保持较优良的力学性能的降解材料就成为了目前研究者的一个热点。

欧洲专利EP0934976A2公开了一种聚乳酸复合材料的制备方法，该方法主要以低分子量聚乳酸、填料和纤维素为原料，以获得低成本的聚乳酸复合材料，其中的一个实施例为：将30份重均分子量为3500的低分子量聚乳酸，5份重均分子量为210000的高分子量聚乳酸，以及57.5份碳酸钙、2.5份石蜡、5份纤维素通过双螺杆共混挤出的方式注塑成型。由于此种复合材料中所使用的主要成分为低分子量聚乳酸和填料(碳酸钙)，必然导致最终制品的抗冲击性能差、断裂伸长率低，同时大量使用碳酸钙也使制品的透明性受到影响，产品的实际应用范围狭窄。

                        发明内容

本发明的目的在于提供一种聚乳酸及其衍生物复合材料与制备方法，所述聚乳酸或聚乳酸衍生物复合材料不仅加工性能、力学性能优良，而且成本能与通用聚烯烃塑料竞争，所述制备方法操作简便，适合工业化生产。

本发明的技术方案：为了改善聚乳酸自身的脆性，我们首先将低分子量聚乳酸与聚乙二醇、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯等组分进行共聚增韧改性制备了具有良好韧性的低分子量聚乳酸衍生物；然后加入至少一种高熔体强度的高分子量聚乳酸或其他高分子量生物降解材料，经过螺杆挤出机共混而复合成相容性良好的生物降解材料，此材料适用于吹塑、模压、注塑、吹膜、挤片、发泡等加工方式。此外，由于所使用的多种低分子量聚乳酸衍生物在主链或端基都含有不饱和基团，使得材料在成型后还能通过热交联、紫外光交联(UV)或者电子束辐射交联(EB)的后处理方式进行改性，最终可形成具有聚合物网络互穿结构(IPN)的材料，更进一步的提高热性能、力学性能。