[发明专利]一种聚乳酸的改性方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种聚乳酸的改性方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)是一种具有优良的生物相容性和可生物降解性的聚合物，其来源于可再生资源农作物(如玉米)，最突出的优点是生物可降解性，其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，对保护环境非常有利。聚乳酸有良好的机械性能及物理性能，适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便。聚乳酸在有诸多优良性质的同时，也存在一些不能很好满足包装制品需要的缺点，其柔软性不足，通常采用添加增塑剂或与具有柔性链段的可降解聚合物共混或共聚改善其柔韧性。

加入增塑剂能有效的改善聚乳酸的韧性，但是在长期使用后小分子增塑剂容易挥发、渗出、流失，从而导致制品透明性和柔韧性的下降。与具有柔性链段的聚合物共混也能在一定程度上改善其韧性，但是由于相容性的问题，使得柔性聚合物添加到一定比例时微区尺寸会增大，两相间的结合力下降而导致材料整体性能下降。

专利CN1563139公开了一种通过直接缩聚制备高分子量聚乳酸的方法，制得的聚乳酸特性粘度达到1.0-1.5dl/g。但是聚乳酸均聚物的韧性不足，限制了其在包装材料等方面的应用。

专利CN1114108公开了一种生物分解性聚酯共聚物的制备方法。该方法采用丙交酯与PEG开环共聚得到了高分子量的共聚物，且共聚物的强度和韧性均强于均聚物。但是对原料丙交酯的纯度要求较高，需要经过蒸馏、重结晶等步骤精制，因此产率较低，成本较高。

专利CN101302284A公开了一种熔融扩链制备高分子量聚乳酸的方法，较好的改善了聚乳酸的热降解性和脆性，然而其对聚乳酸规整性的破坏必然导致聚乳酸结晶速率和耐热变型性的明显降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚乳酸的改性方法，以解决上述聚乳酸韧性不足和耐热变形性度低的问题。该方法简单经济，原料丰富易得，易于工业化生产。

本发明的具体步骤如下：

(1)将重均分子量为8-20万的聚乳酸粒子在60-200℃温度范围内，恒温或逐步升温结晶1-20小时，得到结晶度大于50％的聚乳酸粒子，优选结晶度大于65％的聚乳酸粒子；

(2)将步骤(1)中得到的聚乳酸粒子在异氰酸酯存在的条件下进行双螺杆挤出，得到改性聚乳酸。其中，双螺杆前半程结构以剪切螺段为主，温度180-220℃，双螺杆后半程结构均使用输送螺段，温度150-180℃。异氰酸酯在前半程加入，加入量为聚乳酸的0.1-10wt％，螺杆转速大于等于100rpm。

本发明中，所述聚乳酸为聚L乳酸、聚D乳酸或他们的共混物。

本发明中，所述异氰酸酯为六次甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯。

本发明中，可在步骤(2)时添加热稳定剂，含量为聚乳酸的0.1-5wt％。

本发明中，所述的热稳定剂为磷酸三甲酯、三乙基磷酸酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯或亚磷酸三苯酯。

本发明的优点在于：

(1)解决了聚乳酸的脆性问题，显著提高了聚乳酸的柔韧性，扩大了材料的应用领域。

(2)改性的同时较好的保持了聚乳酸结构的规整性，从而保持了聚乳酸较好的结晶速率和耐热变形性。

(3)原材料广泛易得，加工简单快捷，适用于大规模工业化生产。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体表格，进一步阐述本发明。

实施例1：

(1)将10Kg重均分子量为10万的聚乳酸粒子置于真空转鼓内，从60℃逐步升温至140℃，转速10rpm，真空2000Pa，时间10小时，得到结晶度为63％的聚乳酸粒子；

(2)将步骤(1)得到的聚乳酸粒子用双螺杆挤出机挤出，转速110rpm，温度设置如表1所示，100克六次甲基二异氰酸酯从第3段通过侧喂料均匀加入。挤出得到的产品断裂伸长率为97％，退火后维卡热变形温度为103℃。

表1：螺杆温度

实施例2：

(1)将10Kg重均分子量为15万的聚乳酸粒子置于真空转鼓内，从60℃逐步升温至155℃，转速8rpm，真空1000Pa，时间13小时，得到结晶度为71％的聚乳酸粒子；

(2)将步骤(1)得到的聚乳酸粒子用双螺杆挤出机挤出，转速120rpm，温度设置如表2所示，350克甲苯二异氰酸酯从第3段通过侧喂料均匀加入。挤出得到的产品断裂伸长率为138％，退火后维卡热变形温度为105℃。