[发明专利]一种聚乳酸复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种聚乳酸复合材料及其制备方法，属于高分子改性材料技术领域。本发明的聚乳酸复合材料包括下述重量份的制备原料：聚乳酸55～80份，滑石粉10～35份，碳酸钙0～5份，增韧剂0～10份，加工助剂0～10份；其中，所述聚乳酸由(a)非结晶型聚乳酸和(b)结晶型或半结晶型聚乳酸组成；所述聚乳酸复合材料以非结晶型聚乳酸作为连续相，以结晶型或半结晶型聚乳酸作为结晶相，且所述聚乳酸复合材料中结晶相的平均尺寸不大于1μm。本发明以非结晶型聚乳酸作为连续相，结晶型或半结晶型聚乳酸作为结晶相，同时控制聚乳酸复合材料中结晶相平均尺寸不大于1μm，由此得到的聚乳酸复合材料具有显著提升的缺口冲击强度和较高的热变形温度。

技术领域

本发明涉及一种聚乳酸复合材料及其制备方法，属于高分子改性材料技术领域。

背景技术

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。聚乳酸树脂价格低廉，同时由于其原料为自然农作物，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，从而在一定程度上降低了白色污染，是理想的绿色高分子材料。

然而，聚乳酸存在性脆、抗冲击性能差、非晶型的高分子力学强度低以及成本较高等缺点，限制了其应用范围。此外，聚乳酸的热稳定性差，即使在低于熔融温度和热分解温度的条件下，也会由于降解的原因，加工时分子量大幅度下降，造成聚合物机械性能下降。为了克服上述缺点，尤其为了改善聚乳酸材料的韧性，可以采用对聚乳酸增韧的方法，主要包括共混、复合、共聚、增塑等方式。Cohn等采用“两步法”制得聚已内酯-PLA多嵌段共聚物，所述共聚物的力学性能随着PLA段相对分子量的提高，断裂伸长率可达到600％(Cohn D,designing biodegradable multi-block PCL/PLAthermoplastic elastomers,Biomaterials,2005:2297～2305)。张伟将超支化聚酰胺酯(HBP)和聚乳酸共混制备出高韧性的聚乳酸复合材料(张伟等，超支化聚酰胺酯对聚乳酸增韧改性的研究，合成纤维，2008:9～11)。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种缺口冲击强度和热变形温度均较高的聚乳酸复合材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种聚乳酸复合材料，其包括下述重量份的制备原料：聚乳酸55～80份，滑石粉10～35份，碳酸钙0～5份，增韧剂0～10份，加工助剂0～4份；其中，所述聚乳酸由(a)非结晶型聚乳酸和(b)结晶型或半结晶型聚乳酸制成；所述聚乳酸复合材料以非结晶型聚乳酸作为分散相，以结晶型或半结晶型聚乳酸作为结晶相，且所述聚乳酸复合材料中结晶相的平均尺寸不大于1μm。

纯的结晶型或半结晶型聚乳酸在合适的结晶温度和足够长的结晶时间下，可以形成尺寸较大的球晶，具有大尺寸球晶的聚乳酸复合材料在受到冲击作用时，由于大尺寸的球晶无法很好地吸收外部能量而易发生脆性断裂，材料韧性较差。

聚乳酸复合材料中结晶相尺寸大小合适且分布均匀时，分散的聚乳酸晶体在受到冲击作用时，容易形成空洞或脱粘。结晶相聚乳酸的空洞相当于应力集中，导致了基质的屈服。粒子成穴和空洞形成产生了一种新的应力分布，这种应力分布促进基质塑性形变的开始。塑性形变能有效地驱散断裂能，引起冲击强度高度提升。

结晶型或半结晶型聚乳酸玻璃化转变温度Tg约55℃左右，由于聚乳酸分子链结构位阻较大，导致聚乳酸在常温或常规的加工条件下难以结晶，所以其热变形温度通常只有55℃左右。而对于非结晶聚乳酸，由于其本身的无定形结构，导致其热变形温度更低，通常在55℃左右即发生结块，难以应用。