[发明专利]一种可生物降解聚乳酸复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可生物降解聚乳酸复合材料的制备方法。

背景技术

近年来随着环保意识的提高，可降解的生物高分子材料受到广泛的关注，这类材料的开发以及制备也是目前热门的研究课题。其中，聚乳酸（也称聚丙交酯、polylactide、PLA，属于脂肪族聚酯）作为一种最为典型的、应用较广泛的生物降解塑料，可以使用乳酸为主要原料来进行聚合制备，原料来源充分而且可以再生（例如以玉米、木薯等为原材料），聚乳酸的生产过程无污染，在自然环境中一定条件及时间下又能被分解成二氧化碳和水返回自然界（重新加入到植物的光合作用过程中），实现在自然界中的循环，具有良好的可降解性和可堆肥性。

目前制约聚乳酸应用的最主要的性能因素是其耐热性很差，其实这也是绝大多数可降解生物高分子材料共有的缺点。室温下的聚乳酸一般呈玻璃态，与其它生物降解高分子材料相比其刚性较好，但是其耐热性很差（例如，0.45MPa载荷下的热变形温度仅为55℃），使得聚乳酸的应用受到了很大的限制。比如用作包装容器时，不适于要求耐热的容器如饭盒、汤碗、杯子等的食品用途，不能适用于微波炉加热容器。即使用于无耐热要求的管材、建材、板、文具、箱盒、预付卡、IC卡等材料，在夏季的仓库保管盒运输中也可能发生变形。耐热性差更加限制了聚乳酸作为工程塑料在家电、电子电器、汽车零件方面的应用，很少暴露在高温下的家电器部件，对于实际的应用而言需要具有100℃以上的高热变形温度，而要暴露于高温下汽车产品领域则要更高的热变形温度。因此，改善聚乳酸的耐热性对于拓宽聚乳酸的应用领域非常重要。

为改善生物高分子聚合材料的耐热性，通常的做法是在制备过程中加入成核剂，提高材料的热变形温度以及成型加工性能（脱模、缩短成型周期等）。在聚乳酸的制备与改性的相关研究中，有人曾提出以CaCO₃、TiO₂和BaSO₄无机盐作为成核剂添加到聚乳酸中，但是至今无法实现工业化生产；也有人采用滑石粉作为成核剂，这是目前唯一能够应用到聚乳酸的工业生产中的成核剂，但是滑石粉的粒径、含量、形状规整程度等对聚乳酸的结晶成核效果影响非常大，导致聚乳酸的工业生产较难控制。例如，滑石粉的粒径太小，分散性不好导致产生二次凝聚，不能充分发挥结晶成核的效果，耐热性差的问题不能得到充分解决；粒径太大，滑石颗粒又会成为成型制品中的缺陷，对聚乳酸材料的物性或表面状态会造成不良的影响；含量太低时，只生成少量结晶核，造成材料耐热性不充分，含量过高，容易引起聚乳酸材料发脆，对物性造成不良影响。另外，在工业生产应用过程中，滑石粉的粉尘会对操作人员的身体健康带来危害。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可生物降解聚乳酸复合材料的制备方法。

为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种可生物降解聚乳酸复合材料的制备方法，将原料聚乳酸与成核剂和数均分子量7500～15000的侧链含有6～7个环氧基的苯乙烯丙烯酸共聚物混合后，喂入螺杆挤出机中，在温度130℃～280℃下进行熔融混炼制得共混物，挤出造粒，干燥即得所述聚乳酸复合材料，所述成核剂的加入量为所述聚乳酸复合材料总重量的5%～25%，所述树脂乳液为环氧树脂乳液或聚氨酯树脂乳液或二者的组合，所述侧链含有6～7个环氧基的苯乙烯丙烯酸共聚物的添加量为聚乳酸复合材料总重量的0.5%～5%。

优选的，所述原料聚乳酸的光学纯度为80%~99%，残留丙交酯量为总质量的0.05%～1%。

根据本发明的所述侧链含有6～7个环氧基的苯乙烯丙烯酸共聚物的一个结构单元如下：

其中，R代表烷基，优选碳数1～12的直链，支链烷基。

所述的侧链含有6～7个环氧基的苯乙烯丙烯酸共聚物可采用有机化学中已知的技术手段来合成，特性粘度范围为0.65 dl/g～0.80dl/g，以数均分子量8000～10000为优选，优选的添加量为聚乳酸复合材料总重量的0.1%～2%。

根据本发明的一个方面，所述的环氧树脂乳液为二甲苯溶剂稀释型环氧树脂乳液，该乳液平均粒径为0.1~0.5μm，固含量60%~70%；所述的聚氨酯树脂乳液为水性聚氨酯树脂乳液，该乳液平均粒径为0.1~0.5μm，固含量为50%~70%。优选地，所述混合乳液中，水杨酸二钠与树脂乳液的质量比为1:1~4。

由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：