专利名称：一种纳米改性聚乳酸及其制备方法
技术领域：
本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及到一种聚乳酸的复合材料及其制备方法。
背景技术：
聚乳酸(又称乳酸聚合物；简称PLA)是主要以农业经济作物(玉米、小麦、木薯 等)的发酵产物乳酸为基本原料制备得来的一种可再生可降解高分子材料，是理想的绿色 环境友好材料，广泛应用于服装(内衣、外衣)、产业(建筑、农业、林业、造纸)和医疗卫生 等多个领域，其加工方法包括挤出、注塑、拉膜、纺丝等，但聚乳酸易燃烧、韧性差，导致其应 用范围较窄，因此需要对其进行改性处理。传统聚乳酸的改性方法包括与其它聚合物共混 或者在聚合物基体中加入无机填料，但这些方法只能改善基体聚合物单一方面的性能，往 往顾此失彼，综合性能较差。
发明内容
本发明的第一个目的是提出一种韧性高、阻燃性好的纳米改性聚乳酸。本发明的纳米改性聚乳酸的关键在于由聚乳酸、纳米粒子、热稳定剂和加工助剂 混合而成，其中聚乳酸为45 94. 6wt %，纳米粒子为5 45wt %，热稳定剂为0. 2 5wt %， 加工助剂为0. 2 5wt%。目前聚乳酸的强度、脆性、阻透性、耐热性较差，通过纳米粒子的填充改性可以有 效的提高这些性能；加工助剂在加工和成型时能有效改善各组分分散性、减少有害磨擦； 热稳定剂能防止聚乳酸在加工、使用和储藏过程因受热而发生降解、交联、变色和老化。所述纳米粒子为平均粒径在1 200nm的碳酸钙、二氧化硅、二氧化钛、云母粉、高 岭土中的一种或多种的混合物。纳米二氧化钛可以增加复合材料的抗菌抗污性能。所述热稳定剂为烷基化单酚、烷基化多酚、亚磷酸二苯酯、亚磷酸三苯酯、[3_(3， 5_ 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戌四醇酯(1010)、(2，4_ 二叔丁基苯基)亚磷酸酯 (168)、碱金属、碱土金属的硅酸盐、位阻酚、位阻胺和羟基苯并三唑中的一种或者多种混合 物。所述加工助剂为润滑剂和/或分散剂，其中分散剂为脂肪酸盐和脂肪酸酰胺中的 一种或者两种混合物，润滑剂为石蜡、低分子量聚乙烯、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸酰胺、 甲撑双硬脂酸酰胺和N，N’ -乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或者多种混合物。具体可根据纳 米改性聚乳酸的用途来决定添加何种助剂。本发明的第二个目的是提供一种流程简单、连续、生产效率高、产品质量稳定的制 备上述纳米改性聚乳酸的方法。该方法具体包括以下步骤A 将按配比称量好的聚乳酸、纳米粒子、热稳定剂和加工助剂置于高速混合机中 进行混合；
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B:将A步骤混合好的原料送入双螺杆挤出机中，在螺杆的高速剪切、混炼和输送 下，经熔融挤出、造粒后得到复合材料。上述A步骤中，高速混合机的转速为500 2000rpm，常温下混合30 1000秒，摩 擦升温小于或等于高于80°C。上述B步骤中，双螺杆挤出机从喂料口到模头各区的温度为140 200°C ；双螺杆 挤出机的螺杆转速为100 250rpm。本发明利用纳米粒子将聚乳酸改性，可以提高聚乳酸复合材料的抗冲击性能、阻 燃性能、抗老化性能和抗菌抗污性能，使聚乳酸复合材料可用于汽车零部件、家用电器、精 密电子仪表及塑料加工行业，扩大了其适用范围。
图1是本发明三个实施例的材料配方；图2是本发明三个实施例的样品的性能；图3是本发明三个实施例中的氙灯环境测试条件。
具体实施例方式下面结合具体实施例和附图来详细说明本发明。实施例1 如图1所示，本实施例的纳米改性聚乳酸由聚乳酸、纳米粒子、热稳定剂和加工助 剂混合而成，其中聚乳酸为45wt% ；纳米粒子为平均粒径在1 200nm的碳酸钙和二氧化 钛的混合物，其中碳酸钙为40wt%，二氧化钛为5wt% ；热稳定剂为2衬％的亚磷酸三苯酯 (TPP)、Iwt %的[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戌四醇酯(1010)和2衬％的 (2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)的混合物；加工助剂为润滑剂和分散剂的混合物，其 中分散剂为3wt%的白矿油，润滑剂为2衬％的N，N’ -乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)。上述纳米改性聚乳酸采用下列制备方法A 将按配比称量好的聚乳酸、纳米粒子、热稳定剂和加工助剂置于高速混合机中 混合300秒；B:将A步骤混合好的原料送入双螺杆挤出机中，在螺杆的高速剪切、混炼和输送 下，经熔融挤出、造粒后得到复合材料。上述B步骤中，双螺杆挤出机从喂料口到模头各区的温度为，一区170°C，二区 175°C，三区180°C，四区170°C。螺杆转速控制在150rpm左右。经过测试，上述纳米改性聚乳酸的性能如图2所示，其拉伸强度、弯曲强度、弯曲 弹性模量、缺口冲击强度和阻燃性能良好，适合于汽车零部件、家用电器、精密电子仪表及 塑料加工行业。将上述纳米改性聚乳酸制成样片，放入图3所示的测试环境箱中放置200小时，即 100个循环，测试后的样片外观(目视观察)无粉化、起泡、开裂等现象；且灰度等级>4级。实施例2 如图1所示，与上述实施例1不同的是，本实施例的纳米改性聚乳酸由聚乳酸、纳 米粒子、热稳定剂和加工助剂混合而成，其中聚乳酸为94. 6wt% ；纳米粒子为平均粒径在1 200nm的5衬％的碳酸钙；热稳定剂为0. 2衬％的[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙 酸]季戌四醇酯(1010)；加工助剂为润滑剂，具体为0. 2衬％的N，N’ -乙撑双硬脂酸酰胺 (EBS)。经过测试，上述纳米改性聚乳酸的性能如图2所示，其拉伸强度、弯曲强度、弯曲 弹性模量、缺口冲击强度和阻燃性能良好，适合于汽车零部件、家用电器、精密电子仪表及 塑料加工行业。将上述纳米改性聚乳酸制成样片，放入图3所示的测试环境箱中放置200小时，即 100个循环，测试后的样片外观(目视观察)无粉化、起泡、开裂等现象；且灰度等级>4级。实施例3 如图1所示，与上述实施例1、2不同的是，本实施例的纳米改性聚乳酸由聚乳酸、 纳米粒子、热稳定剂和加工助剂混合而成，其中聚乳酸为75wt% ；纳米粒子为平均粒径在 1 200nm的碳酸钙和二氧化钛的混合物，其中碳酸钙为20wt%，二氧化钛为2wt% ；热稳定 剂为Iwt %的亚磷酸三苯酯(TPP)、0. 2衬％的[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季 戌四醇酯(1010)和0.3衬％的(2，4_ 二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)的混合物；加工助剂 为润滑剂和分散剂的混合物，其中分散剂为的白矿油，润滑剂为0. 5衬％的N，N’ -乙 撑双硬脂酸酰胺(EBS)。经过测试，上述纳米改性聚乳酸的性能如图2所示，其拉伸强度、弯曲强度、弯曲 弹性模量、缺口冲击强度和阻燃性能良好，适合于汽车零部件、家用电器、精密电子仪表及 塑料加工行业。将上述纳米改性聚乳酸制成样片，放入图3所示的测试环境箱中放置200小时，即 100个循环，测试后的样片外观(目视观察)无粉化、起泡、开裂等现象；且灰度等级>4级。
权利要求
一种纳米改性聚乳酸，其特征在于由聚乳酸、纳米粒子、热稳定剂和加工助剂混合而成，其中聚乳酸为45～94.6wt％，纳米粒子为5～45wt％，热稳定剂为0.2～5wt％，加工助剂为0.2～5wt％。
2.根据权利要求1所述的纳米改性聚乳酸，其特征在于所述纳米粒子为平均粒径在 1 200nm的碳酸钙、二氧化硅、二氧化钛、云母粉、高岭土中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的纳米改性聚乳酸，其特征在于所述热稳定剂为烷基化单 酚、烷基化多酚、亚磷酸二苯酯、亚磷酸三苯酯、[3-(3，5_二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季 戌四醇酯(1010)、(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)、碱金属、碱土金属的硅酸盐、位阻 酚、位阻胺和羟基苯并三唑中的一种或者多种混合物。
4.根据权利要求1或2所述的纳米改性聚乳酸，其特征在于所述加工助剂为润滑剂和 /或分散剂，其中分散剂为脂肪酸盐和脂肪酸酰胺中的一种或者两种混合物，润滑剂为石 蜡、低分子量聚乙烯、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸酰胺、甲撑双硬脂酸酰胺和N，N’ -乙撑双 硬脂酸酰胺中的一种或者多种混合物。
5.根据权利要求3所述的纳米改性聚乳酸，其特征在于所述加工助剂为润滑剂和/或 分散剂，其中分散剂为脂肪酸盐和脂肪酸酰胺中的一种或者两种混合物，润滑剂为石蜡、低 分子量聚乙烯、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸酰胺、甲撑双硬脂酸酰胺和N，N’ -乙撑双硬脂 酸酰胺中的一种或者多种混合物。
6.根据权利要求1所述的纳米改性聚乳酸的制备方法，其特征在于包括如下步骤A 将按配比称量好的聚乳酸、纳米粒子、热稳定剂和加工助剂置于高速混合机中进行 混合；B 将A步骤混合好的原料送入双螺杆挤出机中，在螺杆的高速剪切、混炼和输送下，经 熔融挤出、造粒后得到复合材料。
7.根据权利要求6所述的纳米改性聚乳酸的制备方法，其特征在于所述A步骤中，高速 混合机的转速为500 2000rpm，常温下混合30 1000秒，摩擦升温小于或等于高于80°C。
8.根据权利要求7所述的纳米改性聚乳酸的制备方法，其特征在于所述B步骤中，双螺 杆挤出机从喂料口到模头各区的温度为140 200°C ；双螺杆挤出机的螺杆转速为100 250rpmo
全文摘要
本发明的目的是提出一种韧性高、阻燃性好的纳米改性聚乳酸及其制备方法。本发明的纳米改性聚乳酸由聚乳酸、纳米粒子、热稳定剂和加工助剂混合而成，其中聚乳酸为45～94.6wt％，纳米粒子为5～45wt％，热稳定剂为0.2～5wt％，加工助剂为0.2～5wt％。其制备方法包括以下步骤A将按配比称量好的聚乳酸、纳米粒子、热稳定剂和加工助剂置于高速混合机中进行混合；B将A步骤混合好的原料送入双螺杆挤出机中，在螺杆的高速剪切、混炼和输送下，经熔融挤出、造粒后得到复合材料。本发明利用纳米粒子将聚乳酸改性，可以提高聚乳酸复合材料的抗冲击性能、阻燃性能、抗老化性能和抗菌抗污性能，扩大了其适用范围。
文档编号C08K13/02GK101880448SQ20101021908
公开日2010年11月10日 申请日期2010年7月6日 优先权日2010年7月6日
发明者唐少俊 申请人:奇瑞汽车股份有限公司