一種高韌性聚乳酸原位馬來酸酐接枝熱塑性彈性體復合材料的制作方法

本發明涉及一種聚乳酸、馬來酸酐接枝熱塑性彈性體復合材料，特別是一種高韌性聚乳酸原位馬來酸酐接枝熱塑性彈性體復合材料。

背景技術：

環境污染問題和能源枯竭問題一直是困擾人類生存的最大的難題，具有良好生物相容性、可生物降解、力學拉伸強度和較好的熱成型等優點的生物基高分子材料聚乳酸，已經躍升為近幾年使用最為頻繁的塑料之一。在生物醫學領域常應用于制作手術縫合線、生物仿生材料、組織工程支架材料等造福于人類；在日常生產生活中應用于包裝材料、服裝、家用紡織品和汽車內飾品等，無處不存在我們的生活中。

但其本身因為化學結構、結晶和形態的不同，存在親水性差、韌性較差和熱穩定性差等缺點，嚴重限制了其在生產生活中的應用范圍。通過分析其化學結構和結晶性能，有針對性的改性來克服其缺點，使得其擁有更好的性能，具有十分重要的意義。

近幾年雖然有不少改性聚乳酸提升其性能的研究，通過添加引入柔性分子鏈的聚合物、添加增塑劑和與優異性能物質共混來克服其缺點，但是都或多或少存在改性方法生產工藝復雜和成本高等問題。

技術實現要素：

本發明的目的在于，提供一種高韌性聚乳酸原位馬來酸酐接枝熱塑性彈性體復合材料。本發明具有制備工藝簡單，能耗較低，成本低廉，彈性體馬來酸酐接枝熱塑性彈性體sebs可回收利用的特點。

本發明的技術方案：一種高韌性聚乳酸原位馬來酸酐接枝熱塑性彈性體復合材料，所述復合材料由聚乳酸和馬來酸接枝熱塑性彈性體制備而成，其制備方法包括如下步驟：

(1)原料干燥：將聚乳酸和馬來酸酐接枝熱塑性彈性體分別烘干；

(2)熔融共混擠出：將所得聚乳酸和馬來酸接枝熱塑性彈性體按比例混合后晃動進行簡單的物理混合，使其充分混合，混合后高速喂料，經雙螺桿擠出機中熔融擠出，同時采用高牽引速率和快速冷卻固化，最后將擠出的料條在冷水中充分冷卻后送至切粒機切粒；

(3)注塑成型：將粒料烘干，將干燥后的粒料采用高壓高剪切流動場的注塑成型設備，使共混成分更加充分均勻分散，制得高韌性的復合材料。

前述的高韌性聚乳酸原位馬來酸酐接枝熱塑性彈性體復合材料，所述制備方法包括如下步驟：

(1)原料干燥：將聚乳酸和馬來酸酐接枝熱塑性彈性體分別在烘箱中70℃干燥24小時，使水分重量含量少于0.01％；

(2)熔融共混擠出：將所得聚乳酸和馬來酸接枝熱塑性彈性體按比例混合后晃動進行簡單的物理混合，使其充分混合，混合后高速喂料，經雙螺桿擠出機中熔融擠出，同時采用高牽引速率和快速冷卻固化，最后將擠出的料條在冷水中充分冷卻后送至切粒機切粒；

(3)注塑成型：將粒料放入烘箱中70℃烘干24小時，使水分含量少于0.01％，將干燥后的粒料采用高壓高剪切流動場的注塑成型設備，使共混成分更加充分均勻分散，制得高韌性的復合材料。

前述的高韌性聚乳酸原位馬來酸酐接枝熱塑性彈性體復合材料，所述聚乳酸的分子量為21700。

前述的高韌性聚乳酸原位馬來酸酐接枝熱塑性彈性體復合材料，所述馬來酸酐接枝熱塑性彈性體占總質量的0-20％。

前述的高韌性聚乳酸原位馬來酸酐接枝熱塑性彈性體復合材料，所述馬來酸酐接枝熱塑性彈性體占總質量的15％。

前述的高韌性聚乳酸原位馬來酸酐接枝熱塑性彈性體復合材料，所述熔融共混擠出時，雙螺桿擠出機從機頭到機筒的十段的溫度設置分別為190℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、190℃、175℃、180℃和185℃。

前述的高韌性聚乳酸原位馬來酸酐接枝熱塑性彈性體復合材料，所述熔融共混擠出時，螺桿轉速200-400轉/min，喂料速度為200-300g/min，牽引拉伸速度為200-400轉/min，冷水溫度低于20℃。

前述的高韌性聚乳酸原位馬來酸酐接枝熱塑性彈性體復合材料，所述注塑成型階段，高壓為65-85mpa，保壓時間為45s。

前述的高韌性聚乳酸原位馬來酸酐接枝熱塑性彈性體復合材料，所述注塑成型階段，注塑機的機筒第一段到第五段和射嘴溫度分別設定為185℃、180℃、175℃、170℃、0℃和190℃；加熱周期為6s。

本發明的有益效果：

1、本發明制備過程所需加工設備即為普通擠出機和注塑機，很容易實施工業生產。

2、本發明所用原料聚乳酸為可生物降解的高分子材料，馬來酸酐接枝熱塑性彈性體(sebs)為可循環使用熱塑性彈性體，制備出的聚乳酸/馬來酸酐接枝sebs復合材料非常符合環境友好型材料，可大量應用于生活用品如塑料杯子、盆、桶及電子產品的外殼等。

3、本發明在制備共混材料過程中，采用高速喂料以使得聚乳酸粒料和馬來酸酐接枝sebs粒料物理混合均勻，將混合均勻的聚乳酸和馬來酸酐接枝sebs粒料，在高速螺桿轉速下形成的強剪切場熔融發生預取向和預形變，其中快速冷卻固化可以保持預取向結構。

4、本發明通過測試缺口沖擊強度和斷裂伸長率，考察聚乳酸/馬來酸酐接枝sebs復合材料的綜合性能。并通過ftir和xrd測試，給出聚乳酸/馬來酸酐接枝sebs復合材料結構方面的信息，包括復合材料的化學結構和晶型。通過該方法制備的聚乳酸和馬來酸酐接枝sebs共混物相容性良好，而且根據按照gb/t1843-2008標準提供的方法測試，沖擊速度為3.5m/s，隨著馬來酸酐接枝sebs含量的不斷增加(0～20％)，復合材料的缺口沖擊強度呈現先上升后下降的趨勢；當馬來酸酐接枝sebs含量為15％時，復合材料的缺口沖擊強度達到最大為5.67kj/m2,相較于純聚乳酸(3.19kj/m2)提升了78％；而斷裂伸長率也呈現先上升后下降的趨勢，當馬來酸酐接枝sebs含量為15％時，復合材料的斷裂伸長率達到最大為20.51％，相對于純聚乳酸的8.65％提高了137％。因此，通過調節馬來酸酐接枝sebs的含量，可獲得具有高韌性的聚乳酸/馬來酸酐接枝sebs復合材料。

附圖說明

圖1為本發明聚乳酸原位馬來酸酐接枝sebs復合材料熔融共混擠出造粒過程圖。

圖2為純聚乳酸和聚乳酸/馬來酸酐接枝sebs復合材料紅外光譜圖。

圖3為純聚乳酸和按不同比例混合的聚乳酸/馬來酸酐接枝sebs復合材料xrd圖。

圖4為按比例混合的聚乳酸/馬來酸酐接枝sebs復合材料的缺口沖擊強度圖。

圖5為按比例混合的聚乳酸/馬來酸酐接枝sebs復合材料的斷裂伸長率圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步的說明，但并不作為對本發明限制的依據。

本發明的實施例

實施例1、一種高韌性聚乳酸原位馬來酸酐接枝熱塑性彈性體復合材料，其制備方法如下：

(1)原料干燥：將分子量為21700的聚乳酸和馬來酸酐接枝熱塑性彈性體分別在烘箱中70℃干燥24小時，使水分重量含量少于0.01％；

(2)熔融共混擠出：將所得聚乳酸和馬來酸接枝熱塑性彈性體按85:15的比例混合后晃動進行簡單的物理混合，使其充分混合，混合后以250g/min的速度高速喂料，經雙螺桿擠出機以螺桿轉速300轉/min的速度熔融擠出，同時在300轉/min的速度下牽引，并在20℃以下的冷卻水中快速冷卻固化，最后將擠出的料條在冷水中充分冷卻后送至切粒機切粒；熔融共混擠出時，雙螺桿擠出機從機頭到機筒的十段的溫度設置分別為190℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、190℃、175℃、180℃和185℃。

(3)注塑成型：將粒料放入烘箱中70℃烘干24小時，使水分含量少于0.01％，將干燥后的粒料采用高壓高剪切流動場的注塑成型設備，使共混成分更加充分均勻分散，制得高韌性的復合材料；注塑成型階段，高壓為73mpa，保壓時間為45s，注塑機的機筒第一段到第五段和射嘴溫度分別設定為185℃、180℃、175℃、170℃、0℃和190℃；加熱周期為6s。

實施例2、一種高韌性聚乳酸原位馬來酸酐接枝熱塑性彈性體復合材料，其制備方法如下：

(1)原料干燥：將分子量為21700的聚乳酸和馬來酸酐接枝熱塑性彈性體分別在烘箱中70℃干燥24小時，使水分重量含量少于0.01％；

(2)熔融共混擠出：將所得聚乳酸和馬來酸接枝熱塑性彈性體按80:20的比例混合后晃動進行簡單的物理混合，使其充分混合，混合后以200g/min的速度高速喂料，經雙螺桿擠出機以螺桿轉速200轉/min的速度熔融擠出，同時在200轉/min的速度下牽引，并在20℃以下的冷卻水中快速冷卻固化，最后將擠出的料條在冷水中充分冷卻后送至切粒機切粒；熔融共混擠出時，雙螺桿擠出機從機頭到機筒的十段的溫度設置分別為190℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、190℃、175℃、180℃和185℃。

(3)注塑成型：將粒料放入烘箱中70℃烘干24小時，使水分含量少于0.01％，將干燥后的粒料采用高壓高剪切流動場的注塑成型設備，使共混成分更加充分均勻分散，制得高韌性的復合材料；注塑成型階段，高壓為65mpa，保壓時間為45s，注塑機的機筒第一段到第五段和射嘴溫度分別設定為185℃、180℃、175℃、170℃、0℃和190℃；加熱周期為6s。

實施例3、一種高韌性聚乳酸原位馬來酸酐接枝熱塑性彈性體復合材料，其制備方法如下：

(1)原料干燥：將分子量為21700的聚乳酸和馬來酸酐接枝熱塑性彈性體分別在烘箱中70℃干燥24小時，使水分重量含量少于0.01％；

(2)熔融共混擠出：將所得聚乳酸和馬來酸接枝熱塑性彈性體按100:0的比例混合后晃動進行簡單的物理混合，使其充分混合，混合后以300g/min的速度高速喂料，經雙螺桿擠出機以螺桿轉速400轉/min的速度熔融擠出，同時在400轉/min的速度下牽引，并在20℃以下的冷卻水中快速冷卻固化，最后將擠出的料條在冷水中充分冷卻后送至切粒機切粒；熔融共混擠出時，雙螺桿擠出機從機頭到機筒的十段的溫度設置分別為190℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、190℃、175℃、180℃和185℃。

(3)注塑成型：將粒料放入烘箱中70℃烘干24小時，使水分含量少于0.01％，將干燥后的粒料采用高壓高剪切流動場的注塑成型設備，使共混成分更加充分均勻分散，制得高韌性的復合材料；注塑成型階段，高壓為85mpa，保壓時間為45s，注塑機的機筒第一段到第五段和射嘴溫度分別設定為185℃、180℃、175℃、170℃、0℃和190℃；加熱周期為6s。