[发明专利]聚乳酸复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚乳酸复合材料，特别涉及一种聚乳酸复合材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸作为一种高强度、高模量的生物可降解聚酯，由于其可以再生的淀粉和糖类发酵产物乳酸为原料制得，已成为近年来研究最多、发展最快的一种生物基材料。以聚乳酸为原料制得的产品在包装、生物医疗器械、电子产品、汽车等领域均得到了广泛的应用。但是，现阶段将聚乳酸作为通用材料使用还受到一定的限制。因为聚乳酸的韧性较低，其断裂伸长率和缺口冲击强度远远低于聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等常用高分子。因此，对聚乳酸进行改性，特别是增韧改性已经成为业界研究的重点。目前，将聚乳酸与其他聚酯共混改性的研究尤其多见，例如将聚乳酸与聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸-己二酸丁二醇酯等共混改性。但是，由于这些聚酯与聚乳酸的相容性不佳，增韧效果的提升普遍建立在牺牲聚乳酸部分力学性能的基础之上，并且很难保证复合材料的生物可降解性。因此，寻求一种与聚乳酸相容性好的生物可降解聚酯对其进行改性，是目前关注的热点。

发明内容

本发明通过调控含环己烷片段的聚酯改性剂的结构，使获得的聚酯兼具较好的强度和弹性，并针对现有技术的不足，提供一种聚乳酸复合材料及其制备方法。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种聚乳酸复合材料，包括聚乳酸和含环己烷片段的聚酯改性剂，其中，所述含环己烷片段的聚酯改性剂具有下式所示结构：

其中0≤y/(x+y)≤0.24，35≤n≤141。

进一步的，所述聚乳酸复合材料包含按质量百分比计算的如下组分：聚乳酸60～95wt％、含环己烷片段的聚酯改性剂5～40wt％。

进一步的，所述含环己烷片段的聚酯改性剂的断裂伸长率为400～800％，250％形变时的弹性回复率为20～80％，杨氏模量为60～310MPa，拉伸强度为10～45MPa，在氮气氛围中重量损失5％时的温度为360～380℃。

进一步的，所述聚乳酸复合材料的断裂伸长率为3～200％，缺口冲击强度为3.8～10.1kJ/m²，拉伸强度为34～60MPa。

所述含环己烷片段的聚酯改性剂的数均分子量范围为15000～60000。

进一步的，所述含环己烷片段的聚酯改性剂包含1,4-环己烷二甲酸与1,4-丁二醇缩聚形成的结构单元，所述1,4-环己烷二甲酸包括顺式构型和反式构型，其中顺式构型的摩尔分数为11～80％。

进一步的，所述含环己烷片段的聚酯改性剂中己二酸丁二醇酯链段的摩尔分数为0～22％。

本发明实施例还提供了一种制备所述聚乳酸复合材料的方法，包括：将聚乳酸与含环己烷片段的聚酯改性剂进行干燥后混合，再加入双螺杆挤出机熔融共混，经过冷却、造粒和干燥，制得所述聚乳酸复合材料。

在一些实施方案中，所述的制备方法包括：将1,4-环己烷二甲酸与1,4-丁二醇按照1:1.8～2.5的摩尔比在150～250℃条件下进行酯化反应2～16h制得酯化产物，之后直接转入减压环境并在230～280℃条件下进行缩聚反应2～16h，制得所述含环己烷片段的聚酯改性剂。

在一些实施方案中，所述的制备方法包括：将1,4-环己烷二甲酸与1,4-丁二醇按照1:1.8～2.5的摩尔比在150～250℃条件下进行酯化反应2～16h制得酯化产物，之后将所获酯化产物与己二酸丁二醇的酯化产物按照3～5:1的摩尔比在230～280℃条件下进行共聚反应2～16h，制得所述含环己烷片段的聚酯改性剂。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

(1)本发明提供的聚乳酸复合材料中含环己烷片段的聚酯改性剂为生物可降解聚酯，且具有优异热稳定性、耐候性、机械性能以及良好加工性能，保持了聚乳酸制品节能环保的优势。

(2)本发明提供的聚乳酸复合材料通过调控含环己烷片段的聚酯改性剂中顺式1,4-环己烷二甲酸的含量，可以有效的抑制材料的结晶，从而使塑性材料转变为弹性体，同时通过调控含环己烷片段的聚酯改性剂中另一直链聚酯单元的含量，可以更为有效的使聚酯兼具较好的强度和弹性，从而使获得的复合材料具备超韧高强的机械性能。

(3)本发明提供的聚乳酸复合材料的制备方法，其设备要求及工艺流程简单，成本低，经济高效，便于实际推广应用。

附图说明

图1是本发明实施例1和实施例2中含环己烷片段的聚酯改性剂的氢核磁谱图；