[发明专利]一种高性能聚乳酸复合材料及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种高性能的聚乳酸(PLA)复合材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸完全可以来源于可再生资源，彻底摆脱了对石油资源的依赖，它还有着光泽度高、透明度高、回弹性和卷曲持久性好、抗油性和染色性能好、可燃性低、对人体无毒害等优点。

聚乳酸(PLA)以其良好的生物降解性和较高的机械性能得到了科学界和工业界的广泛关注。但是与目前工业上广泛应用的石油基工程塑料相比，PLA的脆性以及较差的耐热性却大大限制了它的广泛应用。

 现有技术中，有通过加入聚碳酸酯（PC）来改进PLA的抗冲击性和耐热性，但效果不明显，PLA的脆性与耐热性能仍没有得到改善。

也有通过加柔性组分丁烯己二酸-co-对苯二酸酯（PBAT）来增加PLA材料的柔韧性，但存在着韧性改善不佳、PLA与PBAT之间不相容，使得改性后的PLA复合材料韧性仍不够的问题。

PBAT与PLA不相容，但可以与PC任意比例互溶，因此可先在体系中加入催化剂来改善PLA与PBAT的相容性，使PLA与PBAT在催化剂的催化作用下先反应生成PLA-co-PBAT共聚物，共聚物改善了PLA与PBAT的相容性，使PBAT在PLA中形成均匀细小的分散相，然后再从挤出机后段加入PC进行共混，最终形成多分散的海岛结构，而获得高性能的PLA/PBAT/PC复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种高性能的聚乳酸(PLA)复合材料及其制备方法，使得制得的聚乳酸复合材料的热稳定性和韧性好。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现，一种高性能的聚乳酸复合材料，由下列组分按重量百分比制备而成：

    聚乳酸(PLA)                     30-90份

聚碳酸酯（PC）                  10-50份

丁烯己二酸-co-对苯二酸酯(PBAT)  1-20份

催化剂                          0.1-2份

抗氧剂                          0.1-10份。

所述的聚乳酸(PLA)为L-乳酸、D-乳酸中至少一种制备而成，其重均分子量为100000g/mol-120000g/mol。

所述的聚碳酸酯（PC）为芳香族聚碳酸酯，其重均分子量为100000g/mol-120000g/mol。

所述的丁烯己二酸-co-对苯二酸酯(PBAT)的重均分子量为35000g/mol-50000g/mol。

所述的催化剂为过氧化二异丙苯(DCP)，其在180℃下的半衰期为0.4min。

所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基 )亚磷酸苯酯 （简称168）、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯 （简称1010）和 1，3，5-三甲基-2，4，6-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基）苯（简称1330）中的至少一种。

制备上述高性能的聚乳酸复合材料的方法，包括以下步骤：

（1）按配比称取干燥的聚乳酸、聚碳酸酯及丁烯己二酸-co-对苯二酸酯与催化剂、抗氧剂，一起通过高速混合机搅拌10～12分钟，形成混合物料；

（2）将混合好的混合物料投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融反应，在第三区、第四区或第五区处通过侧位加料的方式加入干燥的聚碳酸酯，然后经挤出、造粒得聚乳酸复合材料。

所述的双螺杆挤出机的各区温度为170-300℃，螺杆转速为150-400r/min。

本发明制备方法中需要先将聚乳酸与聚碳酸酯进行干燥处理，其中聚乳酸在80℃下干燥烘干8小时，聚碳酸酯在100℃下干燥烘干6小时。

本发明具有下列有益效果：

1、由于PLA与PBAT不相容，但PBAT可以与PC进行任意比例互溶，故可先在体系中加入催化剂来改善PLA与PBAT的相容性，再与PC共混以获得高性能的PLA/PBAT/PC复合材料。

2、本发明的催化剂DCP使PLA与PBAT先反应生成PLA-co-PBAT共聚物，从而改善了PLA与PBAT的相容性，使PBAT在PLA中形成均匀细小的分散相。

3、本发明通过侧位喂料法，使得聚乳酸复合材料最终形成多分散的海岛结构，提高了其强度与韧性。

4、通过本发明的方法制备的聚乳酸复合材料兼具高强度、高韧性、耐热性等性能，满足IT、通讯、电子、汽车等领域对工程件的要求。