一種高韌性聚乳酸基復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種高韌性聚乳酸基復(fù)合材料 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 20世紀(jì)以后，高分子材料的應(yīng)用及其發(fā)展極大地改善了人們的生活，高分子材料 已與鋼鐵、木材以及水泥并列成為材料領(lǐng)域的四大支柱。然而，高分子材料的生產(chǎn)和消費也 產(chǎn)生了兩個重大課題:有限的石油資源被大量消耗和廣泛的廢棄聚合物造成環(huán)境污染，這 些問題已經(jīng)引起了全世界的高度重視。
[0003] 在眾多已經(jīng)開發(fā)的生物降解高分子材料中，聚乳酸(PLA)被譽為是最具發(fā)展?jié)摿?的品種之一。這是因為，聚乳酸以可再生資源為原料，具有良好的生物相容性和可完全生物 降解性，是一種能夠維持自然界"碳循環(huán)平衡的材料"，所以，聚乳酸的開發(fā)應(yīng)用能夠減少廢 棄高分子材料對環(huán)境的污染，能夠有效地節(jié)省石油資源，并且能夠避免由于二氧化碳凈排 放量增加而導(dǎo)致的地球溫室效應(yīng)加劇。聚乳酸具有類似于聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙 烯(PS)等通用塑料的眾多優(yōu)良性能，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，被認(rèn)為是最有前途的包裝材料。
[0004] 聚乳酸是一種集生物降解性、生物可吸收性于一體的綠色熱塑性聚酯，具有較好 的力學(xué)強度、彈性模量和熱成型性，降解產(chǎn)物能滲入人體代謝，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、藥學(xué)、農(nóng) 業(yè)、包裝業(yè)、服務(wù)行業(yè)等領(lǐng)域，被認(rèn)為是迄今為止最有市場潛力的可降解聚合物。然而，與其 他高分子材料相同，沖擊強度較低限制了聚乳酸在航空、電子、汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用，為此開 發(fā)具有較高韌性的綠色環(huán)保聚乳酸顯得尤為迫切。
[0005]聚乙烯是一種常見的通用塑料，具有結(jié)構(gòu)簡單、化學(xué)穩(wěn)定性好、應(yīng)用范圍廣等諸多 優(yōu)點。國內(nèi)外已有許多關(guān)于聚乙烯/聚乳酸共混體系的研究，雖然添加聚乙烯可以提高聚乳 酸的抗沖性能，但是由于兩者化學(xué)結(jié)構(gòu)迥異、相容性差，制得的聚乙烯/聚乳酸復(fù)合材料的 性能仍有待提高。淀粉是一種常見的天然高分子，具有來源廣泛、顆粒細(xì)小、成本低廉等優(yōu) 點，常被用作填料來降低聚合物的成本。將淀粉與聚乳酸共混來降低聚乳酸的成本，但是親 水性的淀粉與疏水性的聚乳酸之間的界面結(jié)合力太弱，即兩者相容性差。所以將聚乙烯、聚 乳酸、淀粉合理配比，添加合理的相容劑，制成性能更好的復(fù)合材料已成為一個新的探索方 向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高韌性聚乳酸基復(fù)合材料及其制備方法， 將高密度聚乙烯(HDPE)與PLA共混，并采用乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元 嵌段物(E-BA-GMA)作為相容劑改善PLA與HDPE的相容性；同時，為了降低聚乳酸的成本，將 熱塑性淀粉添加到PLA/HDPE共混體系中，并添加自制的淀粉接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯 (Starch-g-GMA)來提高熱塑性淀粉在PLA/HDPE/TPS共混體系中的分散性。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0008] 一種高韌性聚乳酸基復(fù)合材料，所述的高韌性聚乳酸基復(fù)合材料由高密度聚乙 烯、熱塑性淀粉、相容劑、成核劑、抗氧劑、潤滑劑及聚乳酸樹脂混合構(gòu)成，其中各個組分的 重量百分比為：聚乳酸樹脂45%~90%、高密度聚乙烯5.0%~20%、熱塑性淀粉0.1 %~ 30 %，相容劑0 · 1 %~10 %、成核劑0 · 01 %~2 %、抗氧劑0 · 01 %~2 %、潤滑劑0 · 01 %~2 %。
[0009] 作為優(yōu)選，所述的聚乳酸樹脂的重均分子量為8~12萬。
[0010]作為優(yōu)選，所述的高密度聚乙烯為5300B。
[0011]作為優(yōu)選，所述的熱塑性淀粉為NKL-L。
[0012]作為優(yōu)選，所述的相容劑為 E-BA-GMA、EVA、Starch-g-GMA、Starch-g-BA 中的一種 或幾種。
[0013]作為優(yōu)選，所述的成核劑為取代二芐叉山梨醇。
[0014]作為優(yōu)選，所述的抗氧劑為3114、168中的一種或幾種。
[0015 ]作為優(yōu)選，所述的潤滑劑為Hs t。
[0016] -種高韌性聚乳酸基復(fù)合材料的制備方法，具體步驟為：
[0017] 1)干燥預(yù)混過程:按配方量將聚乳酸樹脂、高密度聚乙烯、熱塑性淀粉、相容劑、成 核劑、抗氧劑、潤滑劑分別干燥后再混合均勻；
[0018] 2)共混擠出過程:將步驟1)中的共混物通過雙螺桿擠出機共混擠出，雙螺桿中的 溫度為160~210°C，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)為20~200rpm;
[0019 ] 3)注塑成型過程:將步驟2)中的擠出物在注塑機中成型，注塑溫度160~210°C，注 塑壓力5~12MPa，模具溫度80~120°C。
[0020] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明將高密度聚乙烯(HDPE)與PLA共混，并采用乙烯-丙烯 酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元嵌段物(E-BA-GMA)作為相容劑改善PLA與HDPE的相容 性；同時，為了降低聚乳酸的成本，將熱塑性淀粉添加到PLA/HDPE共混體系中，并添加自制 的淀粉接枝丙烯酸丁酯(Starch-g-GMA)來提高熱塑性淀粉在PLA/HDPE/TPS共混體系中的 分散性。與現(xiàn)有改性技術(shù)相比，本發(fā)明材料易得，生產(chǎn)工藝簡單，改善了聚乳酸材料脆、耐熱 性較差、HDPE加工流動性差的缺點，通過添加熱塑形淀粉，一方面提高了基體樹脂的結(jié)晶性 能，一方面降低了材料的價格，實現(xiàn)了大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，拓展了聚乳酸在薄膜吹塑、家 庭裝飾、汽車內(nèi)飾等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用。
【具體實施方式】
[0021] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述， 顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的 實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都 屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0022] 實施例1
[0023] -種高韌性聚乳酸基復(fù)合材料的制備方法，具體步驟為：
[0024] 1)干燥預(yù)混過程：將聚乳酸樹脂45%、高密度聚乙烯（5300B)20%、熱塑性淀粉 (疆1^)30%、相容劑化￥4)3.7%、成核劑(取代二芐叉山梨醇)0.3%、抗氧劑(31440.3%、 1680.6% )、潤滑劑(Hst)0.1 %分別干燥后再混合均勻；
[0025] 2)共混擠出過程:將步驟1)中的共混物通過雙螺桿擠出機共混擠出，雙螺桿中的 溫度為160°C，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)為200rpm;
[0026] 3)注塑成型過程:將步驟2)中的擠出物在注塑機中成型，注塑溫度160°C，注塑壓 力12MPa，模具溫度120°C。
[0027] 實施例2
[0028] 1)干燥預(yù)混過程：將聚乳酸樹脂90%、高密度聚乙烯（5300B)5%、熱塑性淀粉 (NKL-L)4.87%、相容劑(Starch-g-GMA)O.l%、成核劑(取代二芐叉山梨醇)0.01%、抗氧劑 (3144) 0.01 %、潤滑劑(Hst) 0.01 %分別干燥后再混合均勻；
[0029] 2)共混擠出過程:將步驟1)中的共混物通過雙螺桿擠出機共混擠出，雙螺桿中的 溫度為210°C，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)為20rpm;
[0030] 3)注塑成型過程:將步驟2)中的擠出物在注塑機中成型，注塑溫度210°C，注塑壓 力5MPa，模具溫度80°C。
[0031] 實施例3
[0032] 1)干燥預(yù)混過程:將聚乳酸樹脂70%、高密度聚乙烯(5300B) 13.9%、熱塑性淀粉 (NKL-L)0 · 1 %、相容劑(E-BA-GMA 6 · 0 %、Starch-g-GMA 4 · 0 % )、成核劑(取代二芐叉山梨 醇)2%、抗氧劑(3144)2%、潤滑劑(Hst)2%分別干燥后再混合均勻；
[0033] 2)共混擠出過程:將步驟1)中的共混物通過雙螺桿擠出機共混擠出，雙螺桿中的 溫度為180°C，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)為160rpm;
[0034] 3)注塑成型過程:將步驟2)中的擠出物在注塑機中成型，注塑溫度180°C，注塑壓 力8MPa，模具溫度100°C。
[0035] 實驗分析
[0036] -種高韌性聚乳酸基復(fù)合材料的制備方法，具體步驟為：
[0037] 1)干燥預(yù)混過程:按配方量將聚乳酸樹脂、高密度聚乙烯、熱塑性淀粉、相容劑、成 核劑、抗氧劑、潤滑劑分別干燥后再混合均勻；
[0038] 2)共混擠出過程:將步驟1)中的共混物通過雙螺桿擠出機共混擠出，雙螺桿中的 溫度為160~210°C，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)為20~200rpm;
[0039 ] 3)注塑成型過程:將步驟2)中的擠出物在注塑機中成型，注塑溫度160~210°C，注 塑壓力5~12MPa，模具溫度80~120°C。
[0040] 配方1:聚乳酸樹脂69.5%、高密度聚乙烯（530(^)18.7%、熱塑性淀粉（疆1^-1^) 10 %、成核劑(取代二芐叉山梨醇)0.5 %、抗氧劑(3144:0.3%、168:0.6%)、潤滑劑(Hst) 0·4%〇
[0041 ] 配方2:聚乳酸樹