专利名称：由玻璃微球填充的聚乳酸材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种由玻璃微球填充的聚乳酸材料及
其制备方法。
背景技术：
随着人们环保意识的不断增强，绿色材料越来越受到青睐。聚乳酸(PLA)就是其中一种，它来源于可再生农作物，具有良好的生物降解性，且在许多性能上与聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)等通用塑料相似，具有广阔的市场前景，被全球公认为新世纪最有前途的绿色新型环保材料，有望成为通用塑料的替代产品，可普遍应用于包装材料、医疗卫生、家电、建筑和汽车领域，如仪表板、门板、装饰柱等汽车内外饰件等。但是普通的聚乳酸材料的密度较大，且其耐热性能和机械性能较差，很难满足各种行业的应用要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种由玻璃微球填充的聚乳酸材料，该聚乳酸材料的质量较轻，机械性能和耐热性能好。 本发明的由玻璃微球填充的聚乳酸材料，包括如下重量百分比的组分聚乳酸10-89 % ，玻璃微球5-40 % ，增韧剂5-30 % ，光热稳定剂0. 5-5 % ，加工助剂0. 5-5 % ，相容剂0-5%，硅烷偶联剂0_5% ; 所述的增韧剂为乙烯_丙烯_辛烯三元共聚物(P0E)、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物(EP匿)、苯乙烯-丁二烯共聚物(SBS)、氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS)或丙烯_乙烯接枝共聚物中的任意一种或一种以上的混合物； 所述的光热稳定剂为钛白粉、紫外线吸收剂、抗氧剂、防老剂中的任意一种或一种以上的混合物； 所述相容剂为马来酸酐； 所述的加工助剂为硬脂酸、硬脂酸盐、硅橡胶、乙烯基双硬脂酰胺(EBS)、聚乙烯(PE蜡)中的任意一种或一种以上的混合物。 玻璃微球(中空玻璃微珠)是由无机材料构成的，化学成份包括二氧化硅、氧
化铝、氧化锆、氧化镁、硅酸钠等，是一种微小、中空的圆球状超轻质填充材料，密度在
0. 1-0. 6g/cm3，具有重量轻、体积大、导热系数低、抗压强度高，分散性、流动性、稳定性好的
优点，另外还具有绝缘、自润滑、隔音、不吸水、耐火、耐腐蚀、防辐射、无毒等优异性能。根据
玻璃微球的特性，可直接填充于绝大部分类型的热固性、热塑性树脂产品中，起到减轻产品
重量，降低成本，消除产品内应力确保尺寸稳定性，提高抗压、抗冲击性、阻燃、隔音隔热性、
绝缘性等作用，并且还可取替部分青铜粉、二硫化钼和白炭黑等一些昂贵的填充材料。 本发明的由玻璃微球填充的聚乳酸材料是在聚乳酸组分中按照一定的比例添加
玻璃微球、硅烷偶联剂、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、相容剂和加工助剂制备而成，其中增
韧剂可以提高聚乳酸的抗冲击性能；填充剂可以改善聚乳酸的耐热性能，提高聚乳酸的强度；光热稳定剂可以增强聚乳酸的耐候性能；加工助剂可以改善聚乳酸的加工性能；相容剂和硅烷偶联剂可以改善聚乳酸的相容性，使聚乳酸能与其他的原料能够更好的混合；玻璃微球通过硅烷偶联剂的处理可以更好的与聚乳酸组分相容，可以得到密度较小的聚乳酸材料，同时还能提高聚乳酸材料的各种综合性能；所以本发明的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的质量较轻，机械性能和耐热性能好，同时该聚乳酸材料的其他综合性能也有一定的改善。 本发明的另一目的是提供一种上述由玻璃微球填充的聚乳酸材料的制备方法，该制备方法简单方便，由该方法制备的聚乳酸材料的质量较轻，机械性能和耐热性能好。
本发明的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的制备方法，包括以下步骤
a、将聚乳酸、玻璃微球、增韧剂、光热稳定剂、相容剂和加工助剂在温度为60-150。C之间混合15-20分钟； b 、将上述混合物在挤出机中加热至140-220 °C ，挤出切粒即得聚乳酸材料的母粒。
由上述技术方案可知本发明的制备方法是将各个原料混合后在挤出机中挤出即得本发明的聚乳酸材料，所以本发明的制备方法简单方便，本发明的制备方法是在聚乳酸原料中添加玻璃微球，可以降低本发明的聚乳酸材料的密度，并且对聚乳酸材料的综合性能也有一定的改善；同时还添加增韧剂、光热稳定剂、相容剂和加工助剂来改善聚乳酸材料的抗冲击性能、耐热性能及生物相容性能，所以由本发明方法制备的聚乳酸材料的质量较轻，且其机械性能和耐热性能好，同时该聚乳酸材料的其他综合性能也有一定的改善。
图1是本发明的制备工艺流程图。
具体实施例方式
本发明的由玻璃微球填充的聚乳酸材料，其中所述的玻璃微球的粒径为1-500微米，这样可确保玻璃微球能更好的与聚乳酸原料及其他加工助剂更好相容，同时玻璃微球的密度较小，可得到密度较小的改性聚乳酸材料，同时配合其他加工助剂的共同作用，该聚乳酸材料的玻璃化温度较高，抗冲击性能好，且其综合性能均有显著提高，所以本发明的由玻璃微球填充的聚乳酸材料，可替代部分石油基塑料如PVC、PP、PE、ABS、PS等，并可应用于汽车、家电、电动工具、建筑装潢等应用领域的注塑或挤出产品中。 如图1所示本发明的制备工艺流程图，本发明的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的制备方法，优选的是首先将玻璃微球用硅烷偶联剂浸泡，再超声震荡10-15分钟后取出，然后在80-10(TC的烘箱中烘干，这样有助于玻璃微球能更好的与聚乳酸原料相容，得到密度小的改性聚乳酸材料；其次再将表面处理的玻璃微球与聚乳酸、增韧剂、光热稳定剂、相容剂和加工助剂在温度为60-15(TC之间混合15-20分钟，本发明的制备方法优选的是将各个原料在高混机中混合，且高混机的转速为1000-2000rpm，这样可得到混合均一且干燥的物料；最后将上述混合物料在挤出机中加热至140-22(TC，挤出切粒即得聚乳酸材料的母粒，本发明优选的是采用双螺杆挤出机进行挤出，且双螺杆挤出机的转速为100-250rpm ;通过上述技术方案可知，本发明的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的制备方法简单方便，且由该方法制备的改性聚乳酸材料的质量较轻，机械性能和耐热性能好，且其综合性能均有显著提高。 实施例1 聚乳酸89% ，玻璃微球5% ，增韧剂5% ，光热稳定剂0.5%，加工助剂0. 5% ，其中增韧剂为POE，光热稳定剂为抗氧剂1010，加工助剂为硬脂酸、PE蜡和硅橡胶的混合物。
将上述聚乳酸颗粒、玻璃微球、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、加工助剂置于高混机中，在转速为1000rpm下高速混合15min，混合温度为80°C，得到混合均一、干燥的物料；再将混合物料加入到双螺杆挤出机的加料斗中，加热温度为140 19(TC、螺杆转速为150rpm，挤出切粒后得到改性聚乳酸母粒，密封包装。 测试结果上述方法制备的聚乳酸材料的密度为1.20g/cm、缺口冲击强度为4. 3KJ/m2 ;热变形温度为74°C。
实施例2 聚乳酸40 % ，玻璃微球40 % ，增韧剂5 % ，光热稳定剂5 % ，加工助剂5 % ，相容剂5%，其中所述的增韧剂为POE和SBS的混合物，相容剂为马来酸酐，加工助剂为硬脂酸、PE蜡和硅橡胶的混合物，光热稳定剂为紫外线吸收剂。 将上述聚乳酸颗粒、玻璃微球、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、加工助剂和相容剂置于高混机中，在转速为1000rpm下高速混合15min，混合温度为80°C ，得到混合均一、干燥的物料；再将混合物料加入到双螺杆挤出机的加料斗中，加热温度为140 19(TC、螺杆转速为150rpm，挤出切粒后得到改性聚乳酸母粒，密封包装。 测试结果上述方法制备的聚乳酸材料的密度为0. 89g/cm3 ;缺口冲击强度为4. 6KJ/m2 ;热变形温度为82°C 。
实施例3 聚乳酸60 % ，玻璃微球20 % ，增韧剂10 % ，光热稳定剂2 % ，加工助剂5 % ，硅烷偶联剂3%，其中所述的增韧剂为P0E、 SEBS和丙烯-乙烯接枝共聚物的混合物，加工助剂为硬脂酸、PE蜡和硅橡胶的混合物，光热稳定剂为抗氧剂1010和钛白粉的混合物。
首先将玻璃微球浸泡于硅烷偶联剂中，超声震荡10min，得到表面处理过、相容性好的玻璃微球，再置于烘箱中8(TC烘干；其次将表面处理后的玻璃微球与聚乳酸颗粒、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、加工助剂置于高混机中，在转速为1000rpm下高速混合15min，混合温度为8(TC，得到混合均一、干燥的物料；最后将混合物料加入到双螺杆挤出机加料斗中，加热温度为140 19(TC、螺杆转速为150rpm，挤出切粒后得到改性聚乳酸母粒，密封包装。 测试结果上述方法制备的聚乳酸材料的密度为1.03g/cm、缺口冲击强度为7. lKJ/m2 ;热变形温度为83°C。
实施例4 聚乳酸10 % ，玻璃微球40 % ，增韧剂30 % ，光热稳定剂5 % ，加工助剂5 % ，相容剂5% ，硅烷偶联剂5% ，其中所述的增韧剂为EP匿和SBS的混合物，加工助剂为硬脂酸、PE蜡和硅橡胶的混合物，光热稳定剂为抗氧剂1010和防老剂的混合物，相容剂为马来酸酐。
首先将玻璃微球浸泡于硅烷偶联剂中，超声震荡15min，得到表面处理过、相容性好的玻璃微球，再置于烘箱中IO(TC烘干；将聚乳酸颗粒、已处理的玻璃微球、增韧剂、填充齐U、光热稳定齐U、相容齐U、加工助剂置于高混机中，在转速为1500rpm下高速混合20min，混合温度为6(TC，得到混合均一、干燥的物料；最后将混合物料加入到双螺杆挤出机加料斗中，加热温度为160 20(TC、螺杆转速为170rpm，挤出切粒后得到改性聚乳酸母粒，密封包装。 测试结果上述方法制备的聚乳酸材料的密度为0. 79g/cm3 ;缺口冲击强度为9KJ/m2 ;热变形温度为81。C。
实施例5 聚乳酸55 % ，玻璃微球25 % ，增韧剂10 % ，光热稳定剂2 % ，加工助剂3 % ，相容剂2%，硅烷偶联剂3%，其中所述的增韧剂为EPDM、 POE和SEBS的混合物，加工助剂为PE蜡和硅橡胶的混合物，光热稳定剂为抗氧剂IOIO，相容剂为马来酸酐。 首先将玻璃微球浸泡于硅烷偶联剂中，超声震荡12min，得到表面处理过、相容性好的玻璃微球，再置于烘箱中9(TC烘干；将聚乳酸颗粒、已处理的玻璃微球、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、相容剂、加工助剂置于高混机中，在转速为2000rpm下高速混合18min，混合温度为15(TC，得到混合均一、干燥的物料；最后将混合物料加入到双螺杆挤出机加料斗中，加热温度为160 22(TC、螺杆转速为100rpm，挤出切粒后得到改性聚乳酸母粒，密封包装。 测试结果上述方法制备的聚乳酸材料的密度为1.00g/cm、缺口冲击强度为7. 8KJ/m2 ;热变形温度为83°C。
实施例6 聚乳酸40%，玻璃微球40%，增韧剂15%，光热稳定剂1%，加工助剂1.5%，相容剂0. 5%，硅烷偶联剂2%，其中所述的增韧剂为EP匿和丙烯-乙烯接枝共聚物的混合物，加工助剂为硬脂酸钾、PE蜡和硅橡胶的混合物，光热稳定剂为抗氧剂和紫外线吸收剂的混合物，相容剂为马来酸酐。 首先将玻璃微球浸泡于硅烷偶联剂中，超声震荡10min，得到表面处理过、相容性好的玻璃微球，再置于烘箱中8(TC烘干；将聚乳酸颗粒、已处理的玻璃微球、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、相容剂、加工助剂置于高混机中，在转速为1500rpm下高速混合15min，混合温度为9(TC，得到混合均一、干燥的物料；最后将混合物料加入到双螺杆挤出机加料斗中，加热温度为140 20(TC、螺杆转速为250rpm，挤出切粒后得到改性聚乳酸母粒，密封包装。 测试结果上述方法制备的聚乳酸材料的密度为0. 89g/cm3 ;缺口冲击强度为4KJ/m2 ;热变形温度为86。C。
实施例7 聚乳酸80 % ，玻璃微球5 % ，增韧剂5% ，光热稳定剂4% ，加工助剂3% ，相容剂2%，硅烷偶联剂1%，其中所述的增韧剂为SEBS，加工助剂为硬脂酸、PE蜡和硅橡胶的混合物，光热稳定剂为防老剂和抗氧剂1010的混合物，相容剂为马来酸酐。
首先将玻璃微球浸泡于硅烷偶联剂中，超声震荡10min，得到表面处理过、相容性好的玻璃微球，再置于烘箱中8(TC烘干；将聚乳酸颗粒、已处理的玻璃微球、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、相容剂、加工助剂置于高混机中，在转速为1500rpm下高速混合15min，混合温度为9(TC，得到混合均一、干燥的物料；最后将混合物料加入到双螺杆挤出机加料斗中，加热温度为160 20(TC、螺杆转速为200rpm，挤出切粒后得到改性聚乳酸母粒，密封包装。 测试结果上述方法制备的聚乳酸材料的密度为1. 16g/cm、缺口冲击强度为5. lKJ/m2 ;热变形温度为76°C。
实施例8 聚乳酸40 % ，玻璃微球20 % ，增韧剂30 % ，光热稳定剂1 % ，加工助剂5 % ，相容剂2%，硅烷偶联剂2%，其中所述的增韧剂为POE，加工助剂为硬脂酸、PE蜡和硅橡胶的混合物，光热稳定剂为抗氧剂1010与钛白粉的混合物，相容剂为马来酸酐。
首先将玻璃微球浸泡于硅烷偶联剂中，超声震荡10min，得到表面处理过、相容性好的玻璃微球，再置于烘箱中8(TC烘干；将聚乳酸颗粒、已处理的玻璃微球、增韧剂、填充剂、光热稳定剂、相容剂、加工助剂置于高混机中，在转速为1500rpm下高速混合15min，混合温度为9(TC，得到混合均一、干燥的物料；最后将混合物料加入到双螺杆挤出机加料斗中，加热温度为160 20(TC、螺杆转速为170rpm，挤出切粒后得到改性聚乳酸母粒，密封包装。 测试结果上述方法制备的聚乳酸材料的密度为0. 96g/cm3 ;缺口冲击强度为16. 4KJ/m2 ;热变形温度为78°C。
权利要求
一种由玻璃微球填充的聚乳酸材料，包括如下重量百分比的组分聚乳酸10-89％，玻璃微球5-40％，增韧剂5-30％，光热稳定剂0.5-5％，加工助剂0.5-5％，相容剂0-5％，硅烷偶联剂0-5％；所述的增韧剂为乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物或丙烯-乙烯接枝共聚物中的任意一种或一种以上的混合物；所述的光热稳定剂为钛白粉、紫外线吸收剂、抗氧剂、防老剂中的任意一种或一种以上的混合物；所述的加工助剂为硬脂酸、硬脂酸盐、硅橡胶、乙烯基双硬脂酰胺、聚乙烯中的任意一种或一种以上的混合物；所述的相容剂为马来酸酐。
2. 根据权利要求1所述的由玻璃微球填充的聚乳酸材料，其特征在于所述的玻璃微 球的粒径为1-500微米。
3. 制备权利要求1所述的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的方法，包括以下步骤a、 将聚乳酸、玻璃微球、增韧齐U、光热稳定齐U、相容剂和加工助剂在温度为60-15(rC之 间混合15-20分钟;b、 将上述混合物在挤出机中加热至140-22(TC，挤出切粒即得聚乳酸材料的母粒。
4. 根据权利要求3所述的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的制备方法，其特征在于所 述的玻璃微球是先浸泡于硅烷偶联剂中超声震荡10-15分钟后取出烘干，再与聚乳酸、增 韧剂、光热稳定剂、相容剂和加工助剂混合。
5. 根据权利要求3所述的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的制备方法，其特征在于所 述的聚乳酸、玻璃微球、增韧剂、光热稳定剂、相容剂和加工助剂的混合是在高混机中混合。
6. 根据权利要求3所述的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的制备方法，其特征在于所 述的挤出机为双螺杆挤出机。
7. 根据权利要求4所述的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的制备方法，其特征在于所 述的烘干是在80-10(TC的烘箱中烘干。
8. 根据权利要求5所述的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的制备方法，其特征在于所 述的高混机的转速为1000-2000rpm。
9. 根据权利要求6所述的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的制备方法，其特征在于所 述的双螺杆挤出机的转速为100-250rpm。
全文摘要
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种由玻璃微球填充的聚乳酸材料及其制备方法，该聚乳酸材料包括如下重量百分比的组分聚乳酸10-89％，玻璃微球5-40％，增韧剂5-30％，光热稳定剂0.5-5％，加工助剂0.5-5％，相容剂0-5％，硅烷偶联剂0-5％；制备时将上述各组分在温度为60-150℃之间混合15-20分钟，然后在挤出机中加热至140-220℃，挤出切粒即得聚乳酸材料的母粒，本发明的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的质量较轻，机械性能和耐热性能好，同时该聚乳酸材料的综合性能均有一定的改善。
文档编号C08L51/00GK101717563SQ20091018586
公开日2010年6月2日 申请日期2009年12月8日 优先权日2009年12月8日
发明者唐少俊, 李进 申请人:奇瑞汽车股份有限公司