[发明专利]一种增韧聚乳酸/聚烯烃弹性体复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种增韧聚乳酸/聚烯烃弹性体复合材料，更具体涉及一种增韧聚乳酸/聚烯烃弹性体复合材料的组成和制备方法，属于高分子共混、高分子成型加工领域。

背景技术

聚乳酸(PLA)是一种在自然界中可降解、无毒无害、并且原料可再生的高性能环境友好材料。乳酸单体可以通过微生物发酵作用，从自然界中获得。与传统的石油基高分子材料相比，聚乳酸树脂在整个循环周期里排放的二氧化碳和能量消耗都要更少，而且其原料可再生的特点对于传统石油基塑料工业来说具有非常深远的意义。

作为PLA单体的乳酸具有结构对映性，具有左旋(L-)和右旋(D-)两种异构体。以左旋或右旋乳酸合成的聚乳酸(PLA)分别称作左旋聚乳酸(PLLA)和右旋聚乳酸(PDLA)，而以消旋性单体合成的则被称作外消旋聚乳酸(PDLLA)和内消旋聚乳酸。左旋聚乳酸和右旋聚乳酸是两种具有螺旋链的光学异性分子链，当两种分子链在氯仿溶液中混合浓缩或在熔融状态下混合时，两种构型相反的分子链间会产生一种特殊的氢键作用力偶合在一起，生成的立构复合物(SC)的熔点比普通的PLLA高30～50℃。中国专利CN101712763A公开了左旋聚乳酸和右旋聚乳酸在熔融状态下共混制备立构复合物的方法。日本学者Ikada，Tsuii及Yukiko等用左旋和右旋聚乳酸混合物通过溶液共混蒸发成膜、熔融拉丝等方法获得了立构复合物(SC)。生成的立构复合物具有良好的耐热性，并且两种分子链之间的这种特殊力的作用可以使得材料的拉伸性能得以提高。

由于普通聚乳酸具有性脆、熔融粘度低、热变形温度低等缺点，因此需要对其进行共混或共聚改性。利用其它柔顺性更好的聚合物如聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚-β-羟丁酸(PHB)、聚醋酸乙烯酯(PVAc)和聚氧乙烯(PEO)等与左旋聚乳酸共混改性。专利CN101367987公开了一种具有记忆效应的弹性体增韧聚乳酸的方法；公开号为CN102181136A的专利公开了一种聚醚型聚氨酯弹性体增韧聚乳酸合金的方法。在添加弹性体与聚乳酸共混改性的过程中，通常遇到的问题是弹性体与聚乳酸之间的相容性不好，从而两相之间的相容性差，导致共混物的抗冲击性能差。

聚乙烯-辛稀弹性体(POE)是一种用茂金属催化合成的新型聚合物，与一般聚合物相比，POE具有较优异的物理、力学性能、良好的低温性能、优异的耐老化性能和抗紫外线性能。由于直接在聚乳酸中加入POE弹性体会使得聚乳酸本身的拉伸强度下降，并且由于两相之间的界面相容性差，使得最终产物的性能不理想。

利用甲基丙烯酸甘油酯(GMA)接枝聚烯烃弹性体改善基体与弹性体之间的界面相容性，可以使得材料的冲击性能得到提升，对制备高性能复合材料具有很高的实用价值。GMA接枝的聚合物常用于聚酯共混时的反应性相容剂，一般认为GMA接枝聚合物的环氧基团会跟聚酯的端基官能团进行反应。适当的条件下，PLA的端羧基或端羟基也可能与POE-GMA接枝聚合物的环氧基团反应。马来酸酐接枝聚烯烃弹性体(POE-MAH)也可以改善极性PLA和非极性POE之间的相容性。增容剂烯丙基异三聚氰酸酯(TAIC)和乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(EMAG)具有使聚合物在熔融共混时改善分散相的粒径、促进交联的作用，可以增加聚合物间的相容性，提高力学性能。

发明内容

本发明的目的在于改善聚乳酸的韧性并且使其拉伸强度维持在较高水平，提供一种增韧聚乳酸/聚烯烃弹性体复合材料及其制备方法，使得制备的增韧聚乳酸/聚烯烃弹性体复合材料具有高韧性、高强度和良好的加工性能。该方法首先将右旋聚乳酸粒子在粉碎机里粉碎成小颗粒，颗粒的平均粒径小于0.3mm，将左旋聚乳酸、聚烯烃弹性体和右旋聚乳酸分别干燥后首先进行预混合，然后采用密炼机或螺杆挤出机进行熔融共混，制得增韧聚乳酸/聚烯烃弹性体复合材料。

本发明所提出的复合材料，是由包括如下组分和重量份数的原料制备的：左旋聚乳酸70～80份；右旋聚乳酸0～10份；聚烯烃弹性体10～30份，增容剂0～5份。

所述的聚乳酸包括左旋聚乳酸和右旋聚乳酸中的一种或一种以上组合。聚乳酸在混合物中的用量为70～80重量份。右旋聚乳酸是光学纯度在99％以上，粒料平均直径小于0.3mm的右旋聚乳酸固体颗粒，在复合材料中的用量为0～10重量份。

所述的接枝聚烯烃弹性体是茂金属催化聚乙烯-辛稀共聚物(POE)及其接枝产物POE-GMA、POE-MAH其中一种或一种以上组合，聚烯烃弹性体在复合材料中的用量为10～30重量份；增容剂为EMAG、TAIC中的一种或一种以上组合。