專利名稱：一種增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料，更具體涉及一種增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料的組成和制備方法，屬于高分子共混、高分子成型加工領域。
背景技術：
聚乳酸(PLA)是一種具有優良的生物相容性和生物降解性的高分子材料，其合成原料乳酸來源于天然的可再生資源一淀粉發酵，擺脫了對不可再生石油資源的依賴，對可持續發展具有重要意義。聚乳酸不僅具有良好的生物相容性和生物降解性，而且具有良好的機械性能、透明性、疏水性和環境友好性。然而，聚乳酸還存在脆性高、沖擊強度差的弱點，這在一定程度上影響了它的廣泛應用。因此，為了擴大聚乳酸的使用范圍，可采用添加聚乙烯的方法對其進行增韌改性。聚乙烯作為一種應用廣泛的熱塑性材料，主要包括低密度聚乙烯(LDPE)、線性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)及一些具有特殊性能的產品。聚乙烯具有優良的耐低溫性能和化學穩定性，其沖擊強度為LDPE > LLDPE > HDPE,而且LDPE和HDPE 的粘度適中，加工流動性好。若將聚乳酸與聚乙烯進行復合，不但使其韌性大幅度改善， 而且加工性能得以保持或提高，可獲得綜合性能優良的復合材料。若將少量聚乙烯添加到聚乳酸基體中后，聚乙烯分散相在受到外力作用時可充當應力集中體，從而達到增韌的目的。然而，非極性聚乙烯與極性聚乳酸的相容性差，在聚乳酸基體中不易分散均勻。因此，聚乳酸/聚乙烯體系的關鍵問題是二者的相容性問題，通常的方法是合成聚乳酸/聚乙烯嵌段共聚物(PE-b-PLLA)或線性低密度聚乙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物 (LLDPE-g-(GMA-co-St)),以提高兩者的相容性。然而，合成上述相容劑的工藝繁瑣且難以控制。因此，對于復合材料的制備而言，采用一種更簡單的方法來提高聚乳酸與聚乙烯的相容性更具有實用價值。相容劑的主要作用在于一是使聚合物之間易于相互分散以得到宏觀上均勻的共混產物；二是改善聚合物之間相界面的性能，增加相間的粘合力，從而使共混物具有長期穩定的優良性能。以聚乳酸為例，向共混體系中加入帶有可反應性官能團(如環氧基團)的相容劑，與聚乳酸的端羧基或端羥基在相界面發生反應，生成在組成和結構上分別與聚乳酸相同或相近的共聚物，從而降低界面張力并增加兩相間的物理纏結，促使兩相分散得更均勻。
發明內容
本發明的目的在于改善聚乳酸的韌性和加工流動性，提供一種增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料及其制備方法，使得制備的增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料具有良好的韌性和加工流動性。該方法首先將聚乳酸、相容劑和聚乙烯在烘箱中烘干，然后將三者加入混合機中進行混合，最后將得到的混合物加入雙螺桿擠出機中進行熔融共混，制得增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料。此方法將聚乙烯添加到聚乳酸基體中作為分散相，起到了應力集中體的作用，并解決了聚乳酸和聚乙烯的相容性問題，從而改善了聚乳酸的韌性和加工流動性。本發明所提出的增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料，是由包括如下組分和重量份數的原料制備的聚乳酸50 80份；聚乙烯20 50份；相容劑6 16份。所述的聚乳酸包括L-聚乳酸和D-聚乳酸中的一種或一種以上組合。聚乳酸在混合物中的用量為50 80重量份。所述的聚乙烯具有增韌作用，在聚合物中起應力集中體的作用，可改善聚合物的力學性能和加工流動性。聚乙烯包括線性低密度聚乙烯，低密度聚乙烯和高密度聚乙烯。聚乙烯可以是上述聚乙烯中的一種或一種以上組合。聚乙烯在混合物中的用量為20 50重量份。所述的相容劑是一種三元嵌段聚合物，其分子鏈中的環氧基團能夠與聚乳酸分子中的端羧基或端羥基反應，從而起到了反應性增容的作用。相容劑包括乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯。相容劑可以是上述相容劑中的一種或一種以上組合。相容劑在混合物中的用量為6 16重量份。本發明所提出的增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料的制備方法，具體是首先將聚乳酸、聚乙烯和相容劑用鼓風烘箱或真空烘箱進行干燥，然后將三者加入高速混合機或V型混合機中進行混合，最后將混合物加入雙螺桿擠出機中進行熔融共混，制得增韌聚乳酸/ 聚乙烯復合材料。 上述方法的具體過程如下首先，將50 80份聚乳酸、20 50份聚乙烯與6 16 份相容劑用鼓風烘箱或真空烘箱中的一種或一種以上組合進行干燥，時間至少為3小時； 然后，將三者加入高速混合機或V型混合機中的一種或一種以上組合進行混合，時間為5 15分鐘，最后，將得到的混合物加入雙螺桿擠出機中進行熔融共混，制得增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料。擠出機的料筒溫度為120 220°C，螺桿轉速為30 lOOrpm。本發明具有以下優點該制備方法簡單易行，通過將聚乙烯添加到聚乳酸基體中作為分散相，改善了聚乳酸的韌性和加工流動性。所使用的相容劑在正常加工條件下就能與聚乳酸反應，解決了聚乳酸與聚乙烯的相容性問題，可省去繁瑣的相容劑合成工藝，從而降低復合材料的制備成本。采用該方法能夠制備韌性高、加工性能優良的增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料。
具體實施例方式現結合具體實施例對本發明的內容進行詳細的說明。實施例1本發明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成L-聚乳酸80份線性低密度聚乙烯20份乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯12份首先將L-聚乳酸、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯在60°C的真空烘箱中干燥M小時以上，線性低密度聚乙烯在110°c的鼓風烘箱中干燥3小時以上；然后將三者加入高速混合機中進行混合，時間為5分鐘；最后將得到的混合物加入雙螺桿擠出機中進行熔融共混，得到增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料。擠出機的料筒溫度為120 185°C，螺
4桿轉速為30rpm。實施例2本發明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成L-聚乳酸80份低密度聚乙烯20份乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯8份首先將L-聚乳酸、低密度聚乙烯在105°C的鼓風烘箱中干燥3小時以上，乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯在40°C的真空烘箱中干燥3小時以上；然后將三者加入 V型混合機中進行混合，時間為5分鐘；最后將得到的混合物加入雙螺桿擠出機中進行熔融共混，得到增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料。擠出機的料筒溫度為150 180°C，螺桿轉速為 IOOrpm0實施例3本發明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成L-聚乳酸80份低密度聚乙烯20份乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯6份首先將L-聚乳酸、低密度聚乙烯在105°C的鼓風烘箱中干燥4小時以上，乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯在40°C的真空烘箱中干燥4小時以上；然后將三者加入 V型混合機中進行混合，時間為10分鐘；最后將得到的混合物加入雙螺桿擠出機中進行熔融共混，得到增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料。擠出機的料筒溫度為150 180°C，螺桿轉速為 IOOrpm0實施例4本發明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成L-聚乳酸50份高密度聚乙烯50份乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯16份首先將L-聚乳酸、高密度聚乙烯在110°C的鼓風烘箱中干燥3小時以上，乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯在50°C的真空烘箱中干燥3小時以上；然后將三者加入高速混合機中進行混合，時間為10分鐘；最后將得到的混合物加入雙螺桿擠出機中進行熔融共混，得到增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料。擠出機的料筒溫度為155 195°C，螺桿轉速為 80rpmo實施例5本發明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成
L-聚乳酸30份
D-聚乳酸30份
低密度聚乙烯40份
乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯12份
首先將L-聚乳酸、D-聚乳酸和低密度聚乙烯在105°C的鼓風烘箱中干燥4小時以上，乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯在40°C的真空烘箱中干燥4小時以上；然后將上述物料加入V型混合機中進行混合，時間為15分鐘；最后將得到的混合物加入雙螺桿擠出機中進行熔融共混，得到增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料。擠出機的料筒溫度為160 220°C，螺桿轉速為60rpm。實施例6本發明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成 首先將L-聚乳酸、D-聚乳酸和線性低密度聚乙烯在105°C的鼓風烘箱中干燥4 小時以上，乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯在50°C的真空烘箱中干燥3小時以上；然后將上述物料加入V型混合機中進行混合，時間為15分鐘；最后將得到的混合物加入雙螺桿擠出機中進行熔融共混，得到增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料。擠出機的料筒溫度為160 220°C，螺桿轉速為60rpm。
L-聚乳酸 D-聚乳酸線性低密度聚乙烯
乙烯-丙烯酸丁酯_甲基丙烯酸縮水甘油酯
40份 30份 30份 12份
權利要求
1.一種增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料及其制備方法，其特征在于所述的增韌聚乳酸/ 聚乙烯復合材料是按一定重量份將聚乳酸、相容劑、聚乙烯，先經混合機混合，再經雙螺桿擠出機熔融共混后得到可熱塑性加工的增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料。
2.根據權利要求1所述的材料及其制備方法，其特征在于所述的增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料的原料組分和重量份數為聚乳酸50 80份；聚乙烯20 50份；相容劑6 16 份。
3.根據權利要求1所述的材料及其制備方法，其特征在于聚乳酸是包括L-聚乳酸和 D-聚乳酸中的一種或一種以上組合。
4.根據權利要求1所述的材料及其制備方法，其特征在于聚乙烯是低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯中的一種或一種以上組合。
5.根據權利要求1所述的材料及其制備方法，其特征在于相容劑是乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯中的一種或一種以上組合。
6.根據權利要求1所述的材料及其制備方法，其特征在于將聚乳酸、相容劑和聚乙烯按比例稱量后，置于鼓風烘箱或真空烘箱中進行干燥，烘箱溫度分別為60 105°C、40 60°C>105 110 。
7.根據權利要求1所述的材料及其制備方法，其特征在于先將聚乳酸、相容劑、聚乙烯加入混合機中進行混合，共混時間為5 15分鐘；再將得到的混合物加入雙螺桿擠出機中進行熔融共混，機筒溫度為120 220°C，螺桿轉速為30 lOOrpm。
8.根據權利要求1所述的材料及其制備方法，其特征在于增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料可采用模壓、擠出、注塑等工藝加工成制品，用于包裝、醫療、家電等領域。
全文摘要
本發明揭示了一種增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料及其制備方法。該方法具體是首先將聚乳酸、相容劑與聚乙烯進行干燥，然后將三者加入混合機中進行混合，最后將得到的混合物加入雙螺桿擠出機行中進熔融共混，制得增韌聚乳酸/聚乙烯復合材料。該材料可采用模壓、擠出、注塑等工藝加工成制品，用于包裝、醫療、家電等領域。與目前廣泛使用的普通聚乳酸材料相比，該材料具有高韌性和良好的加工流動性。
文檔編號C08L53/00GK102321354SQ20111030346
公開日2012年1月18日 申請日期2011年10月10日 優先權日2011年10月10日
發明者唐頌超, 潘泳康, 王慶海, 田雯 申請人:華東理工大學