[發(fā)明專利]一種環(huán)境友好耐熱型聚乳酸及其制備方法

有效

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• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN103421285A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒國享;李錦春;趙彩霞;張鑫;宋艷;焦青偉
• 申請（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及一種利用新型成核劑制備環(huán)境友好耐熱型聚乳酸材料的方法。本發(fā)明屬于高分子材料加工工藝領(lǐng)域。

背景技術(shù)

聚乳酸(PLA)是一種重要的乳酸衍生物，是以乳酸為單體經(jīng)化學(xué)合成或生物合成得到的一類高分子材料，無毒無刺激性，具有優(yōu)良的生物相容性，可被生物分解吸收，可塑性強(qiáng)，易加工成型。它易被自然界中的多種微生物或動植物體內(nèi)的酶分解代謝，最終形成水和二氧化碳，不污染環(huán)境，因而被認(rèn)為是最有前途的可生物降解的高分子材料之一。其最大的優(yōu)點(diǎn)是可再生性和可降解性?？稍偕允沟盟纳a(chǎn)不依賴于石油，不會隨石油價(jià)格而過度波動，使得聚乳酸工業(yè)有很好的可持續(xù)發(fā)展能力；而可降解性則保證了聚乳酸是一種環(huán)境友好材料，可減緩目前塑料制品所帶來的白色污染問題，因此聚乳酸制品的研究受到新型材料產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。

雖然聚乳酸材料可有良好的成型加工性能，但由于其結(jié)晶速率很慢且結(jié)晶度低，使得聚乳酸成型加工時(shí)有周期較長、尺寸穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)。因此，其在無拉伸的注塑領(lǐng)域和薄膜生產(chǎn)領(lǐng)域受到諸多限制，且由于聚乳酸結(jié)晶度低，使得其耐熱溫度只有60℃。

為了加快聚乳酸制品的成型周期，提高其生產(chǎn)效率，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。各種成核劑常常用于聚乳酸的生產(chǎn)過程來提高聚乳酸成型時(shí)的結(jié)晶速率、提高制品的耐熱性能和尺寸穩(wěn)定性能?，F(xiàn)有的成核劑主要分為兩大類，分別是無機(jī)成核劑和有機(jī)成核劑。主要代表是蒙脫土、滑石粉、二氧化鈦等，這類成核劑與聚乳酸相容性差，在聚合物中存在團(tuán)聚和分散不均勻的問題，而當(dāng)添加量高時(shí)則會影響到聚乳酸材料的透明性和機(jī)械性能。專利JP1999-106628使用蠟作為聚乳酸結(jié)晶成核劑，但成核劑與聚乳酸相容性不好，容易析出，導(dǎo)致實(shí)際添加量減少，晶核形成不充分。專利US6417294通過添加脂肪族羧酸胺、脂肪族羧酸鹽、脂肪醇及脂肪族羧酸脂等復(fù)合成核劑到聚乳酸基體中，獲得具有透明性及結(jié)晶性的聚乳酸產(chǎn)品。但是由于成核劑為小分子量的有機(jī)化合物，在聚乳酸中易逸出。滑石粉是一種廣泛使用的成核劑，專利JP1997-25345A添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%MWHS-T滑石粉作為結(jié)晶成核劑(平均粒徑2.75um)，再添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的芥酰胺，用XRD測定制品結(jié)晶度大于35%，130℃以下的半結(jié)晶時(shí)間低于20min。最近，專利CN101423625A采用具有還原作用的磷化合物金屬鹽作為聚乳酸樹脂快速結(jié)晶的成核劑，其磷化合物金屬鹽為含有三價(jià)磷或磷氫鍵的亞嶙酸化合物金屬鹽、次亞磷酸化合物金屬鹽和次磷酸化合物金屬鹽中的一種或多種混合。該結(jié)晶成核劑在促進(jìn)結(jié)晶的生長、細(xì)化晶體尺寸的同時(shí)，效果較好，結(jié)晶速度較快、具有較強(qiáng)的抗氧化、耐熱性、抗水解性。專利CN101857715A和專利CN102174250A分別用復(fù)配型雙酰胺化合物和苯并三唑及其衍生物為成核劑提高聚乳酸的結(jié)晶速率和結(jié)晶溫度，都取得了較好的效果。綜上所述，以前所公開的專利聚乳酸所采用的成核劑大都為不可降解的有機(jī)物，這將導(dǎo)致聚乳酸材料的環(huán)境友好性下降，本發(fā)明所公開的是一種環(huán)境友好耐熱型聚乳酸材料的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，采用左旋聚乳酸和右旋聚乳酸的絡(luò)合物為成核劑來加快聚乳酸結(jié)晶，進(jìn)一步提高聚乳酸的耐熱性和成型加工性能。

本發(fā)明一種環(huán)境友好耐熱型聚乳酸的制備方法，按下述步驟進(jìn)行制備：按一定的比例將左旋聚乳酸與右旋聚乳酸通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出造粒，擠出溫度為160-190℃；將上述共混物烘干，并進(jìn)行退火處理，即可得到成核劑；將此成核劑按比例與工業(yè)級別聚乳酸熔融共混擠出，然后將共混物進(jìn)行注塑成型，注塑成型時(shí)模溫為40-50℃；聚乳酸材料的基礎(chǔ)配方如下：聚乳酸100份，成核劑0.1-1重量份。

其中所述成核劑是由不同比例的左旋聚乳酸和右旋聚乳酸組成；所述成核劑的左旋聚乳酸和右旋聚乳用量比例為1:3-3:1；所述的成核劑的熔融溫度高于230℃。

其中所述的退火處理工藝過程中退火溫度為100℃-150℃，退火時(shí)間為5-40min。

其中所述的的左旋聚乳酸分子量為40000-100000g/mol，右旋聚乳酸分子量為40000-100000g/mol；右旋聚乳酸為多臂結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所制備的成核劑在工業(yè)聚乳酸基體中分散非常均勻、細(xì)致，因而聚乳酸形成的晶粒尺寸都很均勻，且晶粒尺寸都很小。材料的耐熱性能和機(jī)械性能都有顯著提高。本發(fā)明所采用的成核劑可使聚乳酸的結(jié)晶溫度提高20℃-30℃，大大加快其結(jié)晶速率。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)結(jié)晶成核劑在聚乳酸基體中分散不均勻的問題，從而消除了成核劑團(tuán)聚對聚乳酸材料的負(fù)面影響。