[发明专利]高强高韧聚乳酸合金及其制备方法

说明书

本发明公开的高强高韧聚乳酸合金是由聚乳酸和含有刚性环状基团的柔性共聚酯在界面增容剂的作用下通过熔融反应制成，该材料拉伸强度为50.6‑79.0MPa，断裂伸长率为50.0‑298.4％，缺口冲击强度为48.0‑578.0J/m。本发明还公开其制备方法。由于本发明在引入含有刚性环状基团的柔性共聚酯的同时还添加了界面增容剂，因而不仅能够使链段的自由旋转、运动受阻，还可有效提升聚乳酸与共聚酯两相间的界面相容性，引发应力的传递，耗散能量，能够在显著提升聚乳酸基材料韧性的同时，有效维持其机械强度。且制备方法简单成熟，易于控制，产率高，具有很好的社会效益和经济效益。

技术领域

本发明属于聚乳酸合金及其制备技术领域，具体涉及一种高强高韧聚乳酸合金及其制备方法。

背景技术

石化产品的快速发展直接导致了石油资源的过度消耗和二氧化碳的排放，寻找可再生的碳资源作为替代能源变得非常重要和紧迫。近几十年来，环境友好的生物基材料引起了人们的广泛关注，所涉及的聚合物材料在未来必将发展得越来越快。其中，由于聚乳酸(PLA)具有生物可降解性、生物相容性、高的机械强度和硬度，以及来自可再生资源，因此被视为最理想的替代品。

然而聚乳酸天然的内在脆性和低的结晶速率限制了它的广泛商业化和发展，因此，后续出现了各种修饰方法被用于克服PLA的这些缺陷(Composites Part B 2020,197,108192；ACS Sustainable Chem.Eng.2020,8,1573-1582；ACS SustainableChem.Eng.2020,8(5),2267-2276)。其中，将PLA与柔性聚合物或橡胶直接进行物理共混被认为是最为经济有效的方法，但是由于较差的界面相容性，上述共混物的断裂伸长率虽然得到了显著提升，其缺口冲击强度却难以得到明显改善(ACS SustainableChem.Eng.2017,5(10),9244-9253；J.Polym.Environ.2018,26,1737-1744；J.Appl.Polym.Sci.2009,114,1784-1792)。为了解决这个问题，Liu等人通过原位构建交联的聚酰胺网络结构，制备了超韧(缺口冲击强度≥530.0J/m)的PLA/氢化二聚酸/L-赖氨酸二异氰酸酯三元共混材料(Macromolecules 2019,52(21),8415-8429)；Zhao等人利用动态硫化的方法制备了超韧的PLA/癸二酸固化环氧大豆油二元共混材料(Macromolecules2018,51(5),2027-2037)；Wu等人通过原位动态硫化制备了一种超韧的PLA基热塑性硫化橡胶(ACS Sustainable Chem.Eng.2017,5,78-84)。然而，这些技术方案在提高了拉伸韧性和冲击韧性的同时，相比于纯PLA，所得材料的拉伸强度会发生大幅度降低，降低幅度甚至达到50％。

发明内容

本发明的首要目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种高强高韧聚乳酸合金。

本发明的另一目的是提供一种上述高强高韧聚乳酸合金的制备方法。

本发明提供的高强高韧聚乳酸合金，其特征在于该聚乳酸合金是由聚乳酸和含有刚性环状基团的柔性共聚酯在界面增容剂的作用下通过熔融反应制成，该材料拉伸强度为50.6-79.0MPa，断裂伸长率为50.0-298.4％，缺口冲击强度为48.0-578.0J/m。

上述聚乳酸合金中所述的含有刚性环状基团的柔性共聚酯的结构通式如下：

其中R为刚性环状基团；n、m、k、j为4-12。

本发明提供的上述高强高韧聚乳酸合金的制备方法，其特征在于该方法的工艺步骤和条件如下：

将聚乳酸和含有刚性环状基团的柔性共聚酯于180-200℃的高温，在界面增容剂的作用下经熔融反应8-10min即可，其中聚乳酸与柔性共聚酯的质量比为80:20-99:1，界面增容剂为聚乳酸与共聚酯总质量的0.01-0.2％。