专利名称：一种可降解pc/pla合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及热塑性高分子材料改性技术领域，尤其涉及应用于家用电器、生活用品、电子电气等方面的一种可降解PC/PLA合金及其制备方法。
背景技术：
聚碳酸酯(PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，是一种无定形的透明工程塑料，具有高强度和模量、高韧性、低收缩等优点；但其熔体黏度大、流动性差、加工成型困难及耐溶剂性差等缺点，因而其应用范围受到限制。聚乳酸(PLA)，又称聚丙交酯，是一种透明无色的热塑性塑料，是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源(如玉米)所提出的淀粉原料制成，具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料，同时具有良好的生物相容性、高强度、高模量、收缩率小、透明性好等优点，但存在着韧性差、热变形温度低等缺点，限制了其作为降解材料在工程塑料领域的使用。丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物树脂(ABS)是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料，因为其强度高、耐腐蚀、耐高温，所以常被用于制造仪器的塑料外壳。PC通常与ABS共混成PC/ABS合金，这种合金综合了 PC的刚性、强度、韧性、耐热性及ABS的耐化学溶剂、易于加工的优点，是一种综合性能优异的工程塑料，产品应用非常广泛。但是，PC/ABS合金不可降解，在全球资源短缺、石油价格不断上涨、以及环境压力越来越大的今天，发展可降解材料显得尤为重要。但作为降解塑料的主导，PLA的综合性能不及传统的工程塑料，尤其在韧性、耐热性方面还远达不到工程塑料的使用要求。目前PLA只在一些对性能要求不高的领域如包装、快速消费品、餐饮行业有所发展。为了节省石油资源同时减少地球温室效应，进一步拓展由可再生的生物资源制造而来的聚乳酸的应用领域就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种可降解PC/PLA合金，这种合金在保证综合性能好的基础上可降解，减少对环境的污染。本发明的另一目的是提供一种可降解PC/PLA合金的制备方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案是一种可降解PC/PLA合金，由以下材料组成聚碳酸酯、聚乳酸、相容剂、抗氧剂、成核剂、酯交换促进剂、以及加工助剂。可选地，所述可降解PC/PLA合金按重量百分比由下述材料制成 聚碳酸酯60 80%;
聚乳酸10 30%; 相容剂4 8%;
抗氧剂0.4 0.6%;
成核剂0.5-1.5%;
酯交换促进剂0.5 1%;
加工助剂0.4 1%。可选地，所述聚碳酸酯为分子量为20000 40000的双酚A型聚碳酸酯。可选地，所述聚乳酸为L型或D型聚乳酸。可选地，所述相容剂为乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的一种或两种。可选地，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、以及亚磷酸三(2，4_二叔丁基苯基)酯中的两种。可选地，所述成核剂为对叔丁基杯[8]芳烃。可选地，所述酯交换促进剂为钛酸四丁酯。可选地，所述加工助剂为润滑剂乙撑双脂肪酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯中的一种或两种。一种可降解PC/PLA合金的制备方法，包括以下步骤(I)预处理原料；(2)根据以下重量百分比称取各组分
聚碳酸酯60 80%;
聚乳酸10 30%;
相容剂4 8%;
抗氧剂0.4 0.6%;
成核剂0.5 1.5%;
酯交换促进剂0.5 1%;
加工助剂0.4 1%;(3)将称取的所有原料混合均匀；(4)将混合原料加入平行双螺杆挤出机，经熔融挤出，造粒。
优选地，所述步骤(I)具体是干燥处理聚碳酸酯、聚乳酸、相容剂、抗氧剂、成核齐U、酯交换促进剂、以及加工助剂，其中，干燥聚碳酸酯的温度为110°C，干燥时间为4小时；
干燥聚乳酸的温度为60°C，干燥时间为5小时；干燥相容剂、抗氧剂、成核剂、酯交换促进剂、以及加工助剂的温度为80°C，干燥时间为6小时。可选地，所述步骤(3)具体是在常温下将称取的所有原料搅拌10 20分钟，混合均匀。优选地，所述步骤(4)中熔融阶段的工艺条件为所述平行双螺杆挤出机的螺杆直径为35 75毫米；在双螺杆机控温段中，一区温度为200°C，二区温度为210°C，三区温度为220°C，四区温度为230°C，五区温度为230°C，六区温度为220°C，七区温度为220°C，八区温度为230°C，双螺杆机的机头温度为220°C ；螺杆转速为100 300r/min。由上可见，与现有技术相比，应用本发明的技术方案，有如下有益效果本发明可降解PC/PLA合金由聚碳酸酯(PC)、聚乳酸(PLA)、相容剂、抗氧剂、成核齐U、酯交换促进剂、以及加工助剂组成，由于PC强韧、高耐热，PLA具有良好的加工性及可降解性，制得的PC/PLA合金可降解，同时强度高、韧性好、耐热温度高、加工流动性好等综合性能优异；相容剂及酯交换促进剂能对体系进行增容处理，大大提高PC与PLA的相容性，同时让不相容的PLA结晶增刚增强，提高其耐热性；成核剂对PLA进行成核结晶处理，使其刚性、耐热性提闻；聚碳酸酯为分子量为20000 40000的双酚A型聚碳酸酯，对氧化剂、还原剂、月旨
肪烃等稳定，具有良好的热、电和机械等综合性能，特别是耐冲击、韧性好、蠕变小，制品尺寸稳定。PC/PLA可取代传统的PC/ABS广泛应用于手机外壳、计算机和商业机器壳体、电器设备、草坪园艺机器、汽车零件仪表板、内部装修以及车轮盖等。通过使用生物降解树脂能够解决现有塑料废弃时对环境造成的污染。PLA在燃烧时所消耗的能量比PC燃烧时所消耗的能量要少，从而减少二氧化碳的排量。当焚化PLA时，其燃烧热值与焚化纸类相同，是焚化传统塑料(如聚乙烯)的一半，而且焚化聚乳酸绝对不会释放出氮化物、硫化物等有毒气体。人体也含有以单体形态存在的乳酸，这就表示了这种分解性产品具有安全性。若采用填埋方式，PLA在2 5年就能快速地生物降解。在可降解PC/PLA合金制备时，必须对原材料进行预处理，PC及PLA易吸潮，PLA对水份特别敏感，故在共混改性前必须对其进行干燥处理，将经过处理的原料按百分比称取并混合均匀，加入到平行双螺杆挤出机中，熔融共混挤出，经水冷、风干、造粒，烘干包装为成品。
具体实施例方式下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明所述的一种可降解PC/PLA合金的实施例，由以下材料组成聚碳酸酯(PC)、聚乳酸(PLA)、相容剂、抗氧剂、成核剂、酯交换促进剂、以及加工助剂。由于PC强韧、高耐热，PLA具有良好的加工性及可降解性，制得的PC/PLA合金可降解，同时强度高、韧性好、耐热温度高、加工流动性好等综合性能优异；相容剂及酯交换促进剂能对体系进行增容处理，大大提高PC与PLA的相容性，同时让不相容的PLA结晶增刚增强，提高其耐热性；成核剂对PLA进行成核结晶处理，使其刚性、耐热性提高。本发明实施例中聚碳酸酯(PC)为分子量为200 00 40000的双酚A型聚碳酸酯，对氧化剂、还原齐U、脂肪烃等稳定，具有良好的热、电和机械等综合性能，特别是耐冲击、韧性好、蠕变小，制品尺寸稳定；聚乳酸(PLA)为L型或D型聚乳酸；相容剂为乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(EMA-GMA)中的一种或两种；抗氧剂为四[β-(3，5_ 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(即抗氧剂1010)、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(即抗氧剂1076)、以及亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯(即抗氧剂168)中的两种；成核剂为对叔丁基杯[8]芳烃；酯交换促进剂为钛酸四丁酯；加工助剂为润滑剂乙撑双脂肪酸酰胺(TAF)、季戊四醇硬脂酸酯(PETS)中的一种或两种。本发明实施例的可降解PC/PLA合金均可采用同样的制备方法，包括以下步骤(I)预处理原料；(2)根据以下重量百分比称取各组分
聚碳酸酯60 80%;
聚乳酸IO 30%;
相容剂4 8%;
抗氧剂0.4 0.6%;
成核剂0.5 1.5%;
酯交换促进剂0.5 1%;
加工助剂0.4 1%;(3)将称取的所有原料混合均匀；(4)将混合原料加入平行双螺杆挤出机，经熔融挤出，造粒。双螺杆机一般分为以下几个部分喂料系统、减速箱、主电机、螺杆、机筒、加热系统、抽真空系统、冷却系统、联锁控制系统、以及电器控制系统。其中，在加热系统的控温段中，又分为进料区、一区、二区、三区、四区等区段其中，本发明实施例中平行双螺杆挤出机熔融阶段的工艺条件为平行双螺杆挤出机的螺杆直径为35 75毫米；在双螺杆机控温段中，一区温度为200°C，二区温度为210°C，三区温度为220°C，四区温度为230°C，五区温度为230°C，六区温度为220°C，七区温度为220°C，八区温度为230°C，双螺杆机的机头温度为220°C ;螺杆转速为200r/min ;经双螺杆挤出机熔融共混挤出、水冷、风干、切粒，最后包袋成PC/PLA合金成品。实施例I :(I)预处理原料将PC和PLA分别干燥，PC干燥的温度为110°C，时间4小时；PLA干燥的温度为60°C，时间5小时。其余材料在80°C下干燥6小时；(2)称取 PC 73. 5kg，PLA 20kg，EMA-GMA 4kg，抗氧剂 10100. 2kg，抗氧齐[J1680. 2kg，润滑剂TAF 0. 6kg，酯交换促进剂钛酸四丁酯O. 5kg，成核剂对叔丁基杯[8]芳烃Ikg ；(3)将称取的所有原料在高速混合机中混合20min ；(4)将混合均匀的料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经双螺杆挤出机熔融共混挤出、水冷、风干、切粒，最后包袋成PC/PLA合金成品。将上述的PC/PLA合金注塑成标准试样，测试性能如表I所示。实施例2 (I)预处理原料将PC和PLA分别干燥，PC干燥的温度为110°C，时间4小时；PLA干燥的温度为60°C，时间5小时。其余材料在80°C下干燥6小时；(2)称取 PC 60kg, PLA 30kg, EMA-GMA 4kg，抗氧剂 10760. 2kg，抗氧剂 1680. 2kg,润滑剂TAF O. 6kg，PETS 0. 4kg，酯交换促进剂钛酸四丁酯1kg，成核剂对叔丁基杯[8]芳烃
I.5kg ；(3)将称取的所有原料在高速混合机中混合20min ；(4)将混合均匀的料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经双螺杆挤出机熔融共混挤出、水冷、风干、切粒，最后包袋成PC/PLA合金成品。将上述的PC/PLA合金注塑成标准试样，测试性能如表I所示。实施例3 (I)预处理原料将PC和PLA分别干燥，PC干燥的温度为110°C，时间4小时；PLA干燥的温度为60°C，时间5小时。其余材料在80°C下干燥6小时；(2)称取 PC 80kg, PLA 10kg, EMA-GMA 4kg, EMA 4kg，抗氧剂 10100. 3kg，抗氧剂1680. 3kg，润滑剂PETS 0. 4kg，酯交换促进剂钛酸四丁酯O. 5kg，成核剂对叔丁基杯[8]芳烃 O. 5kg ；(3)将称取的所有原料在高速混合机中混合20min ；(4)将混合均匀的料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经双螺杆挤出机熔融共混挤出、水冷、风干、切粒，最后包袋成PC/PLA合金成品。将上述的PC/PLA合金注塑成标准试样，测试性能如表I所示。实施例4 (I)预处理原料将PC和PLA分别干燥，PC干燥的温度为110°C，时间4小时；PLA干燥的温度为60°C，时间5小时。其余材料在80°C下干燥6小时；
(2)称取 PC 75. 5kg, PLA 16kg, EMA-GMA 4kg, EMA 2kg，抗氧剂 10760. 2kg，抗氧剂1680. 3kg，润滑剂TAF 0. 2kg，PETS 0. 3kg，酯交换促进剂钛酸四丁酯O. 5kg，成核剂对叔丁基杯[8]芳烃Ikg ；(3)将称取的所有原料在高速混合机中混合20min ；(4)将混合均匀的料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经双螺杆挤出机熔融共混挤出、水冷、风干、切粒，最后包袋成PC/PLA合金成品。将上述的PC/PLA合金注塑成标准试样，测试性能如表I所示。实施例5:(I)预处理原料将PC和PLA分别干燥，PC干燥的温度为110°C，时间4小时；PLA干燥的温度为60°C，时间5小时。其余材料在80°C下干燥6小时；(2)称取 PC 70kg, PLA 23.6kg，EMA-GMA 2kg, EMA 2kg，抗氧剂 10100. 2kg，抗氧剂1680. 2kg，润滑剂TAF O. 4kg，酯交换促进剂钛酸四丁酯1kg，成核剂对叔丁基杯[8]芳烃
O.6kg ；(3)将称取的所有原料在高速混合机中混合20min ；(4)将混合均匀的料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经双螺杆挤出机熔融共混挤出、水冷、风干、切粒，最后包袋成PC/PLA合金成品。将上述的PC/PLA合金注塑成标准试样，测试性能如表I所示。实施例6 (I)预处理原料将PC和PLA分别干燥，PC干燥的温度为110°C，时间4小时；PLA干燥的温度为60°C，时间5小时。其余材料在80°C下干燥6小时；(2)称取 PC 76kg, PLA 17. 5kg, EMA-GMA 2. 4kg, EMA 2kg，抗氧剂 10100. 2kg，抗氧剂1680. 3kg，润滑剂PETS O. 6kg，酯交换促进剂钛酸四丁酯O. 5kg，成核剂对叔丁基杯[8]芳烃O. 5kg ；(3)将称取的所有原料在高速混合机中混合20min ；(4)将混合均匀的料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经双螺杆挤出机熔融共混挤出、水冷、风干、切粒，最后包袋成PC/PLA合金成品。将上述的PC/PLA合金注塑成标准试样，测试性能如表I所示。表1PC/PLA合金性能表
权利要求
1.一种可降解PC/PLA合金，其特征是，由以下材料组成 聚碳酸酷、聚乳酸、相容剂、抗氧剂、成核剂、酷交換促进剂、以及加工助剂。
2.根据要求I所述的ー种可降解PC/PLA合金，其特征是，按重量百分比由下述材料制成聚碳酸酯60 80%;聚乳酸IO 30%;相容剂4 8%;抗氧剂0.4 0.6%;成核剂0.5~1.5%;酯交换促进剂0.5 1%;加工助剂0.4~1%。
3.根据权利要求I所述的ー种可降解PC/PLA合金，其特征是所述聚碳酸酯为分子量为20000 40000的双酚A型聚碳酸酷。
4.根据权利要求I所述的ー种可降解PC/PLA合金，其特征是所述聚乳酸为L型或D型聚乳酸。
5.根据权利要求I所述的ー种可降解PC/PLA合金，其特征是所述相容剂为こ烯-丙烯酸甲酯共聚物、こ烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的ー种或两种。
6.根据权利要求I所述的ー种可降解PC/PLA合金，其特征是所述抗氧剂为四[β - (3，5- ニ叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酷、β - (3，5- ニ叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、以及亚磷酸三(2，4_ ニ叔丁基苯基)酯中的两种。
7.根据权利要求I所述的ー种可降解PC/PLA合金，其特征是所述成核剂为对叔丁基杯[8]芳烃。
8.根据权利要求I所述的ー种可降解PC/PLA合金，其特征是所述酯交换促进剂为钛酸四丁酷。
9.根据权利要求I所述的ー种可降解PC/PLA合金，其特征是所述加工助剂为润滑剂こ撑双脂肪酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯中的ー种或两种。
10.一种可降解PC/PLA合金的制备方法，其特征是，包括以下步骤 (1)预处理原料； (2)根据以下重量百分比称取各组分聚碳酸酯60~80%;聚乳酸10 30%;相容剂4 8%;抗氧剂0.4 0.6%;成核剂0.5-1.5%;酯交换促进剂0.5 1%; 加工助剂0.4 1%; (3)将称取的所有原料混合均匀； (4)将混合原料加入平行双螺杆挤出机，经熔融挤出，造粒。
11.根据权利要求10所述的ー种可降解PC/PLA合金的制备方法，其特征是，所述步骤(I)具体是干燥处理聚碳酸酯、聚乳酸、相容剂、抗氧剂、成核剂、酷交換促进剂、以及加工助剂，其中， 干燥聚碳酸酯的温度为110°C，干燥时间为4小时； 干燥聚乳酸的温度为60°C，干燥时间为5小时； 干燥相容剂、抗氧剂、成核剂、酷交換促进剂、以及加工助剂的温度为80°C，干燥时间为.6小时。
12.根据权利要求10所述的ー种可降解PC/PLA合金的制备方法，其特征是，所述步骤(3)具体是在常温下将称取的所有原料搅拌10 20分钟，混合均匀。
13.根据权利要求10所述的ー种可降解PC/PLA合金的制备方法，其特征是，所述步骤(4)中熔融阶段的エ艺条件为 所述平行双螺杆挤出机的螺杆直径为35 75毫米； 在双螺杆机控温段中，一区温度为200°C，ニ区温度为210°C，三区温度为220°C，四区温度为230°C，五区温度为230°C，六区温度为220°C，七区温度为220°C，八区温度为230°C，双螺杆机的机头温度为220°C ； 螺杆转速为100 300r/min。
全文摘要
本发明涉及热塑性高分子材料改性技术领域，公开了一种应用于家用电器、生活用品、电子电气等方面的可降解PC/PLA合金，由以下材料组成聚碳酸酯、聚乳酸、相容剂、抗氧剂、成核剂、酯交换促进剂、以及加工助剂；还公开了一种可降解PC/PLA合金的制备方法。本发明的目的是提供一种可降解PC/PLA合金，这种合金在保证综合性能好的基础上可降解，减少对环境的污染。本发明的另一目的是提供该种可降解PC/PLA合金的制备方法。
文档编号C08L67/04GK102653627SQ20111005679
公开日2012年9月5日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者申应军, 郑辉 申请人:深圳市富恒塑胶新材料有限公司