[發(fā)明專利]聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯復合材料及其制備方法

無效

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• 申請日: 2011-09-10
• 公開（公告）號: CN102286196A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發(fā)明（設計）人: 李良釗;宋國林;唐國翌
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L67/02;C08K5/29
• 代理公司: 深圳市匯力通專利商標代理有限公司 44257
• 代理人: 王鎖林;茅秀彬

技術領域

本發(fā)明屬于高分子材料技術領域，具體是一種聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯復合材料及該復合材料的制備方法。

背景技術

目前通用材料主要集中在聚乙烯、聚丙烯方面，其應用需要消耗大量石油資源，其?“白色”垃圾問題與日俱增，造成了不可忽視的能源危機和環(huán)境污染。開發(fā)潛在新型包裝材料成為學術與工業(yè)界研究熱點。近年來，隨著陶氏化學首先開發(fā)出工業(yè)化聚乳酸以來，聚乳酸（PLA），作為以（玉米、馬鈴薯等）可再生的植物資源為原料經化學合成制備的生物降解高分子，屬于一種熱塑性脂肪族聚酯，玻璃化轉變溫度和熔點分別為60oC和175oC左右，在室溫是一種處于玻璃態(tài)的硬質高分子。同普通高分子一樣，PLA可進行擠出、流延制膜、吹膜、注塑、吹瓶、纖維等成型加工。經過熱成型、紡絲等二次加工后得到的產品可以廣泛應用在服裝、紡織、無紡布、包裝、農業(yè)、林業(yè)、土木建筑、醫(yī)療衛(wèi)生用品、日常生活用品等領域。PLA具有良好的可堆肥性、生物降解性、降解產生的二氧化碳和水可以返回自然界，重新加入到植物的光合作用過程中，有助于維持碳循環(huán)的平衡，綜合性能能夠滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。由于純PLA存在沖擊性能較差、加工性能有待提高及成本較高等缺點，使其應用受到很大限制。改善PLA的韌性、提高其加工性能是近年來國內外學者研究的熱門領域，目前常用的方法主要是自增強，或與其他材料?(如礦物、碳纖維、天然纖維等)復合制備新材料。

聚丁二酸丁二醇酯（PBS）以脂肪族二元酸、二元醇為主要原料，既可以通過石油化工產品滿足需求，也可通過纖維素、奶業(yè)副產物、葡萄糖、果糖、乳糖等自然界可再生農作物產物經生物發(fā)酵生產，高分子量的PBS具有優(yōu)異的綜合性能。力學性能接近聚丙烯(iPP）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)塑料，耐熱性能好，熱變形溫度接近100^oC，?PBS只有在堆肥、水體等接觸特定微生物條件下才發(fā)生降解，在正常儲存和使用過程中性能非常穩(wěn)定。憑借優(yōu)異的綜合性能，PBS迅速成為可廣泛推廣使用的通用型完全生物降解材料之一。其本身具有良好的性價比，開發(fā)節(jié)能環(huán)保高性能生物降解復合材料具有重大應用價值。

二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）是高分子材料共混中常用的改性劑，為了提高聚丁二酸丁二醇酯與基體的相容性。通常需要兩組份添加其它助劑，處理的方法主要加入增塑劑、偶聯(lián)劑、三官能團有機改性劑等。通過對偶聯(lián)劑偶聯(lián)處理，可顯著提高聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯復合材料的力學性能、結晶性能等。關于此類偶聯(lián)劑與聚丁二酸丁二醇酯改性聚乳酸研究未見相關報道。

發(fā)明內容

鑒于現(xiàn)有聚乳酸存在的模量低、拉伸性能、成型加工性能差的缺點，本發(fā)明提供一種高性能聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯復合材料以及該復合材料的制備方法。其采用二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）作為偶聯(lián)劑，在聚乳酸和聚丁二酸丁二醇酯的兩組分混合物中混入MDI再經過熔融共混，讓聚丁二酸丁二醇酯在偶聯(lián)劑作用下均勻分散于聚乳酸基體中，得到高拉伸率、綜合拉伸強度以及剛性平衡的復合材料。

本發(fā)明提供的聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯復合材料的制備方法，包括以下步驟：

將占總重量55-88%的聚乳酸與占總重量9.5-40?%的聚丁二酸丁二醇酯送入攪拌機中，以30-80?rpm攪拌混合均勻得到兩組分混合物；然后加入占總重量2.5-5.5%的二苯基甲烷二異氰酸酯到該混合物中，用雙螺桿擠出機或密煉機在140-190℃溫度下進行熔融共混，得到聚乳酸與聚丁二酸丁二醇酯復合材料。

其中，所述聚乳酸和聚丁二酸丁二醇酯兩種聚合物在預混合前進行烘干處理，烘干溫度為60-80℃。

用雙螺桿擠出機在140-190℃溫度下、以20-80rpm對物料熔融共混，然后擠出鑄帶，造粒成型。

采用密煉機在140-190℃溫度下對物料熔融共混的時間為10-15分鐘。

采用上述制備方法能夠獲得一種聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯復合材料，該復合材料是在聚乳酸和聚丁二酸丁二醇酯的兩組分混合物中混入二苯基甲烷二異氰酸酯偶聯(lián)劑經過熔融共混得到的產物，其中，各組分含量為：聚乳酸55-88wt%，聚丁二酸丁二醇酯9.5-40wt%?，二苯基甲烷二異氰酸酯2.5-5.5wt%?。

本發(fā)明通過雙螺桿擠出機或密煉機將聚乳酸與聚丁二酸丁二醇酯共混，在偶聯(lián)劑作用下使聚丁二酸丁二醇酯能與聚乳酸基體分子鏈結合優(yōu)異，所得的聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯復合材料的拉伸模量比聚乳酸有所降低，斷裂伸長率大幅提高，拉伸強度變化不大。

本發(fā)明復合材料可用于玩具、包裝、電子產品等行業(yè)。

附圖說明