一种兼具耐热和力学性能的聚乳酸复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属高分子复合材料领域，特别涉及一种聚乳酸复合材料及其制备方法。

背景技术

高分子材料已经涉及到国民经济和人民生活的各个领域阶层，它在给百姓生活带来便利的同时，也伴随着严重的环境污染和能源危机问题，如：石油资源的大量消耗使用，白色污染日趋严重等；在生态和以“持续发展”为主题的社会，生物可降解的高分子材料由于对生态环境污染小，所以受到了很多人的重视和青睐；聚乳酸（PLA）是一种新型的来源于植物资源的生物降解材料，具有良好的使用性能和加工性能，是当前综合性能最好、性价比最高的可降解材料之一，但聚乳酸耐热性较差、脆性较大；目前对聚乳酸的改性主要为共聚改性和共混改性等；共聚改性是通过在聚乳酸分子链中引入其它单体来实现增韧或耐热性能的提高，主要通过丙交酯开环聚合实现，存在成本高的缺点，不利于工业化生产；因此，常见的改性方法为将聚乳酸与其它聚合物材料或无机填料共混，一般只能提高聚乳酸的某些性能，综合性能较难提高，很难保证改性聚乳酸材料具有较高的耐热性、断裂伸长率和强度，同时还经济高效，易于实现规模化生产。

专利CN101696318 通过添加多种助剂实现了聚乳酸材料的耐热增韧改性，但所有实施例的维卡软化点温度均未超过80℃，材料使用领域受限；专利CN 102391627 通过利用聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯和凹凸棒粘土共混改性也较好实现了聚乳酸材料的耐热增韧改性，但凹凸棒黏土的表面接枝修饰过程复杂且耗时较长，不利于高性价比产品的实现；同样，专利101824211 虽然对聚乳酸的增韧耐热改性效果较好，但需要较长时间的高温退火过程，增加生产成本。

发明内容

发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，提供一种兼具耐热和力学性能的聚乳酸复合材料及其制备方法，工艺流程简单，所得聚乳酸复合材料兼具耐热和力学性能，应用领域广泛；且经济高效，易实现规模化生产。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：

一种兼具耐热和力学性能的聚乳酸复合材料,包括聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、填充剂和增容剂；所述填充剂为滑石粉、碳酸钙中的一种或二者的混合物；所述增容剂为聚乙酸乙烯酯、聚乙酸乙烯酯-乙烯共聚物中的一种或二者的混合物；以重量份数计，各组分的重量份数为：聚乳酸50～70份，聚丁二酸丁二醇酯20～50份，增容剂1～15份，填充剂1～15份；

优选的，聚乳酸50～65份，聚丁二酸丁二醇酯35～50份，增容剂5～15份，填充剂5～15份。

优选的，所述增容剂为聚乙酸乙烯酯和聚乙酸乙烯酯-乙烯共聚物的混合物，聚乙酸乙烯酯与聚乙酸乙烯酯-乙烯共聚物的混合比例为1:1～2:1。

优选的，所述填充剂为滑石粉和碳酸钙的混合物，滑石粉与碳酸钙的混合比例为1:1～4:1；滑石粉与碳酸钙的平均尺寸均在5μm～10μm。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：

一种兼具耐热和力学性能的聚乳酸复合材料制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

（1）干燥预混过程：将聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯和填充剂干燥后混合均匀；

（2）熔融共混过程：将一定比例的增容剂和步骤1中的混合物通过双螺杆挤出机熔融共混挤出，混合挤出温度在140～200℃，螺杆转速为10～60rpm；

（3）成型过程：步骤2中挤出后的树脂通过水冷、切粒和干燥后，在平板硫化机中热压成型，热压温度在160～200℃，压力为10～30MPa，时间为5～15分钟，再常温冷压定型10～20分钟。

本发明的积极效果表现在：本发明提供一种生物降解高耐热性能和断裂伸长率的聚乳酸复合材料及其制备方法，工艺流程简单，对聚乳酸的改性通过共混耐热性的生物降解材料聚丁二酸丁二醇酯，并采用无机填料和增容剂的复配使用，达到生物降解材料耐热和拉伸性能的提升，特别是采用聚乙酸乙烯酯、聚乙酸乙烯酯-乙烯共聚物类助剂作为此类材料的增容剂，有效增强了最终制备的聚乳酸复合材料的韧性，使聚乳酸复合材料具有更优异的热稳定性和力学性能，使其应用领域广泛，经济高效；且利用少量常规高分子加工设备即可实现规模化生产。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

具体对比和实施实例如下：

对比例1：

将100份聚乳酸干燥后通过双螺杆挤出机熔融共混挤出，挤出温度在140～180℃，螺杆转速为40rpm；挤出后的树脂通过水冷、切粒和干燥后，在平板硫化机中热压成型，热压温度为175℃，压力为25MPa，时间为10分钟，再常温冷压定型15分钟；经测试上述获得的聚乳酸材料的维卡软化点温度为62.8℃，拉伸强度为40MPa，断裂伸长率为9%。

对比例2：

将60份聚乳酸、40份聚丁二酸丁二醇酯和5份滑石粉填充剂干燥后混合均匀，通过双螺杆挤出机熔融共混挤出，混合挤出温度在140～180℃，螺杆转速为40rpm；挤出后的树脂通过水冷、切粒和干燥后，在平板硫化机中热压成型，热压温度为175℃，压力为25MPa，时间为10分钟，再常温冷压定型15分钟；经测试上述获得的改性聚乳酸复合材料的维卡软化点温度为87.7℃，拉伸强度为32MPa，断裂伸长率为7%。

实施例1：

将60份聚乳酸、40份聚丁二酸丁二醇酯和5份填充剂（滑石粉与碳酸钙的比例为4:1）干燥后混合均匀，再将此混合物与5份增容剂（聚乙酸乙烯酯与聚乙酸乙烯酯-乙烯共聚物的比例为1:1）混合，通过双螺杆挤出机熔融共混挤出，混合挤出温度在140～180℃，螺杆转速为40rpm；挤出后的树脂通过水冷、切粒和干燥后，在平板硫化机中热压成型，热压温度为175℃，压力为25MPa，时间为10分钟，再常温冷压定型15分钟。经测试上述获得的改性聚乳酸复合材料的维卡软化点温度为95.4℃，拉伸强度为42MPa，断裂伸长率为18%。

实施例2：

将60份聚乳酸、40份聚丁二酸丁二醇酯和10份填充剂（滑石粉与碳酸钙的比例为3:1）干燥后混合均匀，再将此混合物与5份增容剂（聚乙酸乙烯酯与聚乙酸乙烯酯-乙烯共聚物的比例为1:1）混合，通过双螺杆挤出机熔融共混挤出，混合挤出温度在140～180℃，螺杆转速为40rpm；挤出后的树脂通过水冷、切粒和干燥后，在平板硫化机中热压成型，热压温度为175℃，压力为25MPa，时间为10分钟，再常温冷压定型15分钟；经测试上述获得的改性聚乳酸复合材料的维卡软化点温度为97.1℃，拉伸强度为45MPa，断裂伸长率为15%。

实施例3：

将60份聚乳酸、40份聚丁二酸丁二醇酯和5份填充剂（滑石粉与碳酸钙的比例为4:1）干燥后混合均匀，再将此混合物与10份增容剂（聚乙酸乙烯酯与聚乙酸乙烯酯-乙烯共聚物的比例为1:1）混合，通过双螺杆挤出机熔融共混挤出，混合挤出温度在140～180℃，螺杆转速为40rpm；挤出后的树脂通过水冷、切粒和干燥后，在平板硫化机中热压成型，热压温度为175℃，压力为25MPa，时间为10分钟，再常温冷压定型15分钟。经测试上述获得的改性聚乳酸复合材料的维卡软化点温度为102.5℃，拉伸强度为47MPa，断裂伸长率为31%。

实施例4：

将60份聚乳酸、40份聚丁二酸丁二醇酯和10份填充剂（滑石粉与碳酸钙的比例为4:1）干燥后混合均匀，再将此混合物与10份增容剂（聚乙酸乙烯酯与聚乙酸乙烯酯-乙烯共聚物的比例为1:1）混合，通过双螺杆挤出机熔融共混挤出，混合挤出温度在140～180℃，螺杆转速为40rpm；挤出后的树脂通过水冷、切粒和干燥后，在平板硫化机中热压成型，热压温度为175℃，压力为25MPa，时间为10分钟，再常温冷压定型15分钟。经测试上述获得的改性聚乳酸复合材料的维卡软化点温度为108.1℃，拉伸强度为50MPa，断裂伸长率为44%。

实施例5：

将60份聚乳酸、40份聚丁二酸丁二醇酯和10份填充剂（滑石粉与碳酸钙的比例为4:1）干燥后混合均匀，再将此混合物与15份增容剂（聚乙酸乙烯酯与聚乙酸乙烯酯-乙烯共聚物的比例为2:1）混合，通过双螺杆挤出机熔融共混挤出，混合挤出温度在140～180℃，螺杆转速为40rpm；挤出后的树脂通过水冷、切粒和干燥后，在平板硫化机中热压成型，热压温度为175℃，压力为25MPa，时间为10分钟，再常温冷压定型15分钟。经测试上述获得的改性聚乳酸复合材料的维卡软化点温度为105.3℃，拉伸强度为43MPa，断裂伸长率为56%。

实施例6：

将60份聚乳酸、40份聚丁二酸丁二醇酯和10份填充剂（滑石粉与碳酸钙的比例为1:1）干燥后混合均匀，再将此混合物与10份增容剂（聚乙酸乙烯酯与聚乙酸乙烯酯-乙烯共聚物的比例为1:1）混合，通过双螺杆挤出机熔融共混挤出，混合挤出温度在140～170℃，螺杆转速为55rpm；挤出后的树脂通过水冷、切粒和干燥后，在平板硫化机中热压成型，热压温度为170℃，压力为25MPa，时间为10分钟，再常温冷压定型15分钟。经测试上述获得的改性聚乳酸复合材料的维卡软化点温度为109.1℃，拉伸强度为49MPa，断裂伸长率为58%。

本发明实施例1～6中，通过在聚乳酸中按照一定的比例添加第二相生物降解树脂、填充剂和增容剂制备而成；其中，第二相生物降解树脂具有较高的耐热性能，填充剂可以进一步改善耐热性，增容剂通过提高两种生物降解材料的相容性，达到既提高材料耐热性能又提高断裂伸长率的目的，同时也能增强填充剂与树脂的粘结性，保持材料拉伸强度；通过与对比例1～2比得较出，本发明实施例1～6制得的聚乳酸复合材料的力学性能均优于对比例1～2中改性聚乳酸复合材料的维卡软化点温度、拉伸强度和断裂伸长率，达到生物降解材料耐热和拉伸性能的提升，有效增强了聚乳酸复合材料的韧性，使聚乳酸复合材料具有更优异的热稳定性和力学性能，使其应用领域广泛，经济高效；且利用少量常规高分子加工设备即可实现规模化生产。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。