专利名称：一种改性聚乳酸复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种改性聚乳酸复合材料及其制备方法。
背景技术：
目前通用材料主要集中在聚乙烯、聚丙烯方面，其应用需要消耗大量石油资源，其“白色”垃圾问题与日俱增，造成了不可忽视的能源危机和环境污染。开发潜在新型包装材料成为学术与工业界研究热点。近年来，随着陶氏化学首先开发出工业化聚乳酸以来，聚乳酸(PLA)，作为以(玉米、马铃薯等)可再生的植物资源为原料经化学合成制备的生物降解高分子，属于一种热塑性脂肪族聚酯，玻璃化转变温度和熔点分别为60° C和175° C左右，在室温是一种处于玻璃态的硬质高分子。同普通高分子一样，PLA可进行挤出、流延制膜、吹膜、注塑、吹瓶、纤维等成型加工。经过热成型、纺丝等二次加工后得到的产品可以广泛应用在服装、纺织、无纺布、包装、农业、林业、土木建筑、医疗卫生用品、日常生活用品等领域。PLA具有良好的可堆肥性、生物降解性、降解产生的二氧化碳和水可以返回自然界，重新加入到植物的光合作用过程中，有助于维持碳循环的平衡，综合性能能够满足可持续发展的要求。由于纯PLA存在冲击性能较差、加工性能有待提高及成本较高等缺点，使其应用受到很大限制。改善PLA的韧性、提高其加工性能是近年来国内外学者研究的热门领域，目前常用的方法主要是自增强，或与其他材料(如矿物、碳纤维、天然纤维等)复合制备新材料。聚丁二酸丁二醇酯(PBS)以脂肪族二元酸、二元醇为主要原料，既可以通过石油化工产品满足需求，也可通过纤维素、奶业副产物、葡萄糖、果糖、乳糖等自然界可再生农作物产物经生物发酵生产，高分子量的PBS具有优异的综合性能。力学性能接近聚丙烯(iPP)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)塑料:耐热性能好，热变形温度接近100°C，PBS只有在堆肥、水体等接触特定微生物条件下`才发生降解，在正常储存和使用过程中性能非常稳定。凭借优异的综合性能，PBS迅速成为可广泛推广使用的通用型完全生物降解材料之一。其本身具有良好的性价比，开发节能环保高性能生物降解复合材料具有重大应用价值。是常用生物降解聚合物。二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)是高分子材料中常用的改性剂，赖氨酸二异氰酸酯(LDI)是生物相容性的偶联剂，可作为医疗产品生产用途的偶联剂，可用于人体植入材料生产。为了提高聚丁二酸丁二醇酯与基体的相容性。通常需要两组份添加其它助剂，处理的方法主要加入增塑剂、偶联剂、三官能团有机改性剂等。通过对偶联剂偶联处理，可显著提高聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯复合材料的界面结合性、耐水性、力学性能、结晶性能等。关于此类偶联剂与聚丁二酸丁二醇酯改性聚乳酸研究未见相关报道。蛋壳是禽蛋的表皮外壳，一般不具有较大的经济价值，食用后常废弃不用，其主要成分是碳酸钙，每年都有大量的蛋壳成为垃圾处理掉，本专利充分利用农产品蛋壳资源的无毒环保安全与材料的增强作用特点，通过废物利用制备绿色环保的复合材料。
发明内容
鉴于自然界大量蛋壳资源的浪费及未能回收利用问题，并且针对聚乳酸成本高、成型加工性能差的缺点，本发明提供高拉伸率、综合拉伸强度和刚性平衡的高性能的一种改性聚乳酸复合材料及其制备方法。本发明提供的改性聚乳酸复合材料，包括以下组分:聚乳酸50_70wt%，聚丁二酸丁二醇酯 25-40wt%，100-1000 目蛋壳粉 0.5-10 wt%,偶联剂 2_5wt%。所述复合材料是由聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯通过所述偶联剂化学偶联形成的大分子偶联物与所述蛋壳粉的共混物，起增强增韧作用的所述蛋壳粉均匀分散在所述大分子偶联物之间，其中，所述大分子偶联物化学结构式为:
权利要求
1.一种改性聚乳酸复合材料，其特征在于，所述复合材料中各组分含量为:聚乳酸 50-70 wt%，聚丁二酸丁二醇酯 25-40wt%，100-1000 目的蛋壳粉 0.5-10 wt%，偶联剂2-5wt%;其中，所述偶联剂为二苯基甲烷二异氰酸酯或赖氨酸二异氰酸酯。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料是由聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯通过所述偶联剂化学偶联形成的大分子偶联物与所述蛋壳粉的共混物，所述蛋壳粉均匀分散在所述大分子偶联物之间，其中所述大分子偶联物化学结构式为:
3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述蛋壳粉的含量为0.5-5wt%。
4.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述蛋壳粉的含量为0.5-5wt%,所述聚乳酸的含量为60-70wt%，所述聚丁二酸丁二醇酯的含量为25-30wt%，所述偶联剂为 2.5-5wt% ο
5.根据权利要求1或4所述的复合材料，其特征在于，含所述蛋壳粉0.5-5wt%的所述复合材料的断裂伸长率为99.5%-389.3%、拉伸强度为38.9-44.8MPa、拉伸模量为295 MPa-1100 MPa。
6.一种改性聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 以总重量100%计，将50-70 wt%的聚乳酸、25-40wt%的聚丁二酸丁二醇酯和0.5-10wt%的蛋壳粉放置在搅拌机中预混合均匀，再加入2-5wt%的偶联剂，在搅拌机中以30-50rpm转速充分搅拌混合均匀得混合物； 然后，将该混合物用双螺杆挤出机或密炼机在温度120-190°C下进行熔融共混，形成复合材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为二苯基甲烷二异氰酸酯或赖氨酸二异氰酸酯。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述蛋壳粉采用100-1000目的蛋壳粉，所述蛋壳粉、聚乳酸和聚丁二酸丁二醇酯在预混合前烘干。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，采用双螺杆挤出机在120-190°C温度下、以20-80rpm对所述混合物熔融共混，然后挤出铸带，造粒成型。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，采用密炼机在120-190°C温度下对所述混合物熔融共混10-30分钟。
全文摘要
一种改性聚乳酸复合材料及制备方法，该复合材料的组分为聚乳酸50-70wt%，聚丁二酸丁二醇酯25-40wt%，蛋壳粉0.5-10wt%，偶联剂2-5wt%。该方法将各组分的均匀混合物用双螺杆挤出机或密炼机在温度120-190℃下进行熔融共混，聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯通过偶联剂化学偶联形成的大分子偶联物与蛋壳粉形成共混物，分子链优异结合，蛋壳粉起到增强作用，使断裂伸长率和拉伸强度有明显改善，提高了该复合材料的整体性能，可广泛应用于玩具、包装、电子产品、塑料包装袋等行业。
文档编号C08K5/29GK103183937SQ20131009089
公开日2013年7月3日 申请日期2013年3月21日 优先权日2013年3月21日
发明者唐国翌, 李良钊, 宋国林 申请人:清华大学深圳研究生院