专利名称：一种高性能聚乳酸复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种高性能的聚乳酸(PLA)复合材料及其制备方法。
背景技术：
聚乳酸完全可以来源于可再生资源，彻底摆脱了对石油资源的依赖，它还有着光泽度高、透明度高、回弹性和卷曲持久性好、抗油性和染色性能好、可燃性低、对人体无毒害等优点。聚乳酸(PLA)以其良好的 生物降解性和较高的机械性能得到了科学界和工业界的广泛关注。但是与目前工业上广泛应用的石油基工程塑料相比，PLA的脆性以及较差的耐热性却大大限制了它的广泛应用。现有技术中,有通过加入聚碳酸酯(PC)来改进PLA的抗冲击性和耐热性，但效果不明显，PLA的脆性与耐热性能仍没有得到改善。也有通过加柔性组分丁烯己二酸-Co-对苯二酸酯(PBAT)来增加PLA材料的柔韧性，但存在着韧性改善不佳、PLA与PBAT之间不相容，使得改性后的PLA复合材料韧性仍不够的问题。PBAT与PLA不相容，但可以与PC任意比例互溶，因此可先在体系中加入催化剂来改善PLA与PBAT的相容性，使PLA与PBAT在催化剂的催化作用下先反应生成PLA_co-PBAT共聚物，共聚物改善了 PLA与PBAT的相容性，使PBAT在PLA中形成均匀细小的分散相，然后再从挤出机后段加入PC进行共混，最终形成多分散的海岛结构，而获得高性能的PLA/PBAT/PC复合材料。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种高性能的聚乳酸(PLA)复合材料及其制备方法，使得制得的聚乳酸复合材料的热稳定性和韧性好。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现，一种高性能的聚乳酸复合材料，由下列组分按重量百分比制备而成:
聚乳酸(PLA)30-90份
聚碳酸酯(PC)10-50份
丁烯己二酸-Co-对苯二 酸酯(PBAT) 1-20份 催化剂0.1-2份
抗氧剂0.1-10份。所述的聚乳酸(PLA)为L-乳酸、D-乳酸中至少一种制备而成，其重均分子量为100000g/mol-120000g/molο
所述的聚碳酸酯(PC)为芳香族聚碳酸酯，其重均分子量为IOOOOOg/mol-120000g/molο所述的丁烯己二酸-Co-对苯二酸酯(PBAT)的重均分子量为35000g/mol-50000g/mol 。
所述的催化剂为过氧化二异丙苯(DCP)，其在180°C下的半衰期为0.4min。所述抗氧剂为三(2，4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(简称168)、四[β- (3，5_ 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(简称1010)和1，3，5_三甲基-2，4，6- (3，5_ 二叔丁基_4_轻基苯甲基)苯(简称1330)中的至少一种。制备上述高性能的聚乳酸复合材料的方法，包括以下步骤:
(1)按配比称取干燥的聚乳酸、聚碳酸酯及丁烯己二酸-CO-对苯二酸酯与催化剂、抗氧剂，一起通过高速混合机搅拌10 12分钟，形成混合物料；
(2)将混合好的混合物料投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融反应，在第三区、第四区或第五区处通过侧位加料的方式加入干燥的聚碳酸酯，然后经挤出、造粒得聚乳酸复合材料。所述的双螺杆挤出机的各区温度为170-300°C，螺杆转速为150-400r/min。本发明制备方法中需要先将聚乳酸与聚碳酸酯进行干燥处理，其中聚乳酸在80°C下干燥烘干8小时，聚碳酸酯在100°C下干燥烘干6小时。本发明具有下列有益效果:
1、由于PLA与PBAT不相容，但PBAT可以与PC进行任意比例互溶，故可先在体系中加入催化剂来改善PLA与PBAT的相容性，再与PC共混以获得高性能的PLA/PBAT/PC复合材料。2、本发明的催化剂DCP使PLA与PBAT先反应生成PLA_co-PBAT共聚物，从而改善了 PLA与PBAT的相容性，使PBAT在PLA中形成均匀细小的分散相。3、本发明通过侧位喂料法，使得聚乳酸复合材料最终形成多分散的海岛结构，提高了其强度与韧性。4、通过本发明的方法制备的聚乳酸复合材料兼具高强度、高韧性、耐热性等性能，满足IT、通讯、电子、汽车等领域对工程件的要求。
具体实施例方式下面结合具体的实施例对本发明做一详细的阐述。下述各个实施例及对比例最终产品的性能测试中，拉伸强度按ASTM D638标准测试，断裂伸长率按ASTM D638标准测试，弯曲强度和弯曲模量按ASTM D790标准测试，缺口冲击强度按ASTM D256标准测试，热变形温度按ASTM D648标准测试。在下述各个实施例中，聚乳酸(PLA)为L-乳酸、D-乳酸或L-乳酸与D-乳酸的组合物制备而成，其重均分子量为100000g/mol-120000g/mol ；
聚碳酸酯(PC)为芳香族聚碳酸酯，其重均分子量为100000g/mol-120000g/mol ；
丁烯己二酸-Co-对苯二酸酯(PBAT)重均分子量为35000g/mol-50000g/mol ；
催化剂为过氧化二异丙苯(DCP)，在180°C下的半衰期为0.4min ；
抗氧剂为三(2，4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(简称168)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(简称1010)和1，3，5_三甲基-2，4，6- (3，5_ 二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯(简称1330)中的一种或两种混合物。
聚乳酸与聚碳酸酯进行干燥处理，其中聚乳酸在80°C下干燥烘干8小时，聚碳酸酯在100°C下干燥烘干6小时。实施例1:
先称取聚乳酸(PLA)42份，聚碳酸酯(PC)40份，丁烯己二酸-Co-对苯二酸酯(PBAT) 10份，催化剂过氧化二异丙苯(DCP) 2份，抗氧剂168为0.3份。将称好的聚乳酸在80°C下干燥烘干8小时、PC在100°C下干燥烘干6小时；再将干燥处理后的PLA与PBAT、DCP、抗氧剂168通过高速混合机搅拌10分钟形成混合物料；将混合好的混合物料投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融反应，在第三区处通过侧位加料的方式加入PC，然后挤出、造粒得聚乳酸复合材料；其中双螺杆挤出机各区温度为170-300。。。实施例2
先称取聚乳酸(PLA)52份，聚碳酸酯(PC)30份，丁烯己二酸-Co-对苯二酸酯(PBAT) 20份，催化剂过氧化二异丙苯 (DCP) 2份，抗氧剂168 5份。将称好的聚乳酸在80°C下干燥烘干8小时、PC在100°C下干燥烘干6小时；再将干燥处理后的PLA与PBAT、DCP、抗氧剂168通过高速混合机搅拌10分钟形成混合物料；将混合好的混合物料投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融反应，在第三区处通过侧位加料的方式加入PC，然后挤出、造粒得聚乳酸复合材料；其中双螺杆挤出机各区温度为170-300。。。实验例3
先称取聚乳酸(PLA)30份，聚碳酸酯(PC)50份，催化剂过氧化二异丙苯(DCP) 0.3份，丁烯己二酸-Co-对苯二酸酯(PBAT) I份，抗氧剂168 0.1份。将称好的聚乳酸在80°C下干燥烘干8小时、PC在100°C下干燥烘干6小时；再将干燥处理后的PLA与PBAT、DCP、抗氧剂168通过高速混合机搅拌12分钟形成混合物料；将混合好的混合物料投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融反应，在第四区处通过侧位加料的方式加入PC，然后挤出、造粒得聚乳酸复合材料；其中双螺杆挤出机各区温度为170-300。。。实验例4
先称取聚乳酸(PLA)90份，聚碳酸酯(PC) 10份，丁烯己二酸-Co-对苯二酸酯(PBAT) 5份，催化剂过氧化二异丙苯(DCP) 0.1份，抗氧剂1330为5份，抗氧剂1010为5份。将称好的聚乳酸在80°C下干燥烘干8小时、PC在100°C下干燥烘干6小时；再将干燥处理后的PLA与PBAT、DCP、抗氧剂通过高速混合机搅拌11分钟形成混合物料；将混合好的混合物料投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融反应，在第五区处通过侧位加料的方式加入PC，然后挤出、造粒得聚乳酸复合材料；其中双螺杆挤出机各区温度为170-300°C。为了更好地表明本发明的聚乳酸复合材料具有高强度、高韧性、耐热性等性能，将现有技术中通过聚碳酸酯(PC)改进PLA的抗冲击性与通过丁烯己二酸-CO-对苯二酸酯(PBAT)来增加PLA材料的柔韧性，这两种现有技术来进行对比，具体制备方法如下:
对比例I先称取聚乳酸(PLA) 42份，聚碳酸酯(PC) 40份，抗氧剂168 0.3份。将称好的聚乳酸在80°C下干燥烘干8小时、PC在100°C下干燥烘干10小时；将干燥处理后的PLA与PC、抗氧剂168、抗氧剂1010通过高速混合机搅拌10分钟，形成混合物料；将混合好的混合物料投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融反应，挤出、造粒；双螺杆挤出机包含六个区，其中各区温度为170-300°C。对比例2
先称取聚乳酸100份，丁烯己二酸-CO-对苯二酸酯(PBAT) 18份，抗氧剂1330为5份，抗氧剂1010为5份。将干燥处理后的PLA与PBAT、抗氧剂1010、抗氧剂168通过高速混合机搅拌10分钟，形成混合物料；将混合好的混合物料投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融反应，然后挤出、造粒；双螺杆挤出机包含六个区，其中各区温度为170-300°C。性能测试:
将上述实施1-4及对比例1、2制备的复合材料用注塑机制成样条测试，测试数据如下
表:
权利要求
1.一种高性能的聚乳酸复合材料，其特征在于:由下列组分按重量份制备而成: 聚乳酸30-90份 聚碳酸酯10-50份 丁烯己二酸-Co-对苯二酸酯1-20份 催化剂0.1-2份 抗氧剂0.1-10份。
2.根据权利要求1所述的一种高性能的聚乳酸复合材料，其特征在于:所述的聚乳酸为L-乳酸、D-乳酸至少一种制备而成，其重均分子量为100000g/mol-120000g/mol。
3.根据权利要求1所述的一种高性能的聚乳酸复合材料，其特征在于:所述的聚碳酸酯为芳香族聚碳酸酯，其重均分子量为100000g/mol-120000g/mol。
4.根据权利要求1所述的一种高性能的聚乳酸复合材料，其特征在于:所述的丁烯己二酸-Co-对苯二酸酯的重均分子量为35000g/mol-50000g/mol。
5.根据权利要求1所述的一种高性能的聚乳酸复合材料，其特征在于:所述的催化剂为过氧化二异丙苯，其在18(TC下的半衰期为0.4min。
6.根据权利要求1所述的一种高性能的聚乳酸复合材料，其特征在于:所述抗氧剂为三(2，4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β- (3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和1，3，5_三甲基-2，4，6- (3，5_ 二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的至少一种。
7.一种制备如权利要求1所述的高性能的聚乳酸复合材料的方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)按配比称取干燥的聚乳酸、聚碳酸酯及丁烯己二酸-Co-对苯二酸酯与催化剂、抗氧剂，一起通过高速混合机搅拌10 12分钟，形成混合物料； (2)将混合好的混合物料投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融反应，在第三区、第四区或第五区处通过侧位加 料的方式加入干燥的聚碳酸酯，然后经挤出、造粒得聚乳酸复合材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于:所述的双螺杆挤出机的各区温度为170-300。。。
全文摘要
一种高性能的聚乳酸复合材料，由聚乳酸、聚碳酸酯、丁烯己二酸-co-对苯二酸酯、催化剂与抗氧剂通过两步侧位加料的方式制备而成。由于PBAT可以与PC进行任意比例互溶，在体系中加入催化剂来改善PLA与PBAT的相容性，使PLA与PBAT先反应生成PLA-co-PBAT共聚物，再与PC共混以获得高强度与高韧性的PLA/PBAT/PC复合材料，满足IT、通讯、电子、汽车等领域对工程件的要求。
文档编号C08K5/134GK103113729SQ201310054418
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月20日 优先权日2013年2月20日
发明者杨桂生, 费彬 申请人:合肥杰事杰新材料股份有限公司