[发明专利]耐热聚乳酸复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种耐热聚乳酸复合材料及其制备方法。

背景技术

在生物降解树脂中，聚乳酸树脂是一种以乳酸为单体经化学合成或生物合成得到的高分子材料，其原料主要是玉米、马铃薯等，价格低廉，同时由于其原料为自然农作物，因此碳排放极少。从安全性来看，聚乳酸无毒无刺激性，具有优异的透明性和生物降解性能，易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解代谢，最终形成二氧化碳和水，从而不对环境造成影响，是理想的绿色高分子材料。

聚乳酸的热稳定性好，加工温度150～230℃，有较好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，还具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分广泛，可用作包装材料、纤维和非织造物等。目前主要用于服装、建筑、农业、林业、造纸及医疗卫生等领域。当然，聚乳酸也有着非常明显的缺点，纯聚乳酸热变形温度只有55～60℃，无法直接应用在耐热性要求较高的餐具方面，甚至不能满足常规的运输需求。因此聚乳酸的加工应用首先需要解决的就是耐热问题。

201110409033.8公开一种耐热性聚乳酸复合材料及其制备方法，其包括组份：聚乳酸76-98％，增韧剂0.1-3％，成核剂0.5-20％，抗氧剂0.5-1％，润滑剂0.1-0.5％以及热稳定剂0.8-2％。201280041115.4公开一种耐热性聚乳酸复合物，其包括：(a)聚乳酸；(b)聚碳酸酯；(c)占所述复合物从约2到9重量百分数量的滑石；以及任选的(d)丙烯酸类抗冲改性剂。上述专利技术方案均与本发明不同。

提高聚乳酸耐热性的关键技术是改善聚乳酸的结晶性能，提高聚乳酸的结晶度。另外，还有将聚乳酸与高玻璃化温度高分子材料共混，引入交联结构，纤维增强以及纳米复合技术等方法。目前的耐热聚乳酸加工工艺多以直接注塑为主，采用添加成核剂及无机填充等方法有限地提高其耐热温度，其产品一般壁厚较厚，结构简单，无法满足日益丰富的市场需求。且常规采用的模具内结晶的方法来提高制品的耐热温度，成型周期慢，一般为30～90秒，效率低下，且存在较高的废品率。

聚乳酸由于其完全生物降解性，被大量的用作一次性刀叉勺等餐具，这类产品消耗快、市场需求大。目前聚乳酸刀叉勺的生产方法主要有两种：一是采用模具内结晶的方法，这类方法成型周期慢，效率低下；另外也有采用添加大量滑石粉等填充物来被动提高其耐热温度或尺寸稳定性，通过常规模具直接注塑成型，不通过模内结晶的方法，这类产品只能达到70～80℃的耐热，无法满足较高的使用需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐热温度高、机械性能好、成本低的耐热聚乳酸复合材料，本发明同时提供其制备方法。

本发明所述的耐热聚乳酸复合材料，由以下质量百分数的原料制成：

其中，

所述聚乳酸粒子的分子量为10～20万，聚乳酸粒子的水分含量在50ppm以下。

所述成核剂为酰胺或苯基磷酸盐中的一种或两种。所述酰胺为邻苯二甲酰亚胺或均苯三甲酸三酰胺中的一种；所述苯基磷酸盐为磷酸苯基二钠或苯基磷酸锌中的一种。成核剂优选均苯三甲酸三酰胺，最优选TMP-3000。

所述相容剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。

所述填充材料为纳米碳酸钙或滑石粉中的一种，所述填充材料的粒径为3000目以上。填充材料优选5000目的滑石粉。

所述海藻纤维的直径为0.4～0.8微米，长度为1～1.5毫米。

所述的耐热聚乳酸复合材料的制备方法是，将各组分在高速搅拌机中充分混合后，经由双螺杆挤出机熔融挤出造粒得到耐热聚乳酸复合材料，所述耐热聚乳酸复合材料通过注塑机注塑成型，并在烘箱中烘烤结晶定型。

其中，所述双螺杆挤出机熔融温度为160～200℃；所述注塑机的注塑模具的收缩率为0.2～0.4％，注塑模具无加热功能；所述烘箱的烘烤温度为100～105℃，烘烤时间为0.5～2小时，所述烘箱为加热管加热的热风循环烘箱。

本发明采用的海藻纤维提取自海洋藻类，来源广泛且可再生，富含矿物微组分，具有非常好的生物相容性。海藻纤维的主要成分是海藻酸盐、蛋白质等组分，高温下具有一定的反应活性，能促进聚乳酸和相容剂、成核剂以及其他组分的反应，有效提高聚乳酸的耐热性、机械性能，是理想的添加组分。