[发明专利]一种增韧改性聚乳酸塑料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种增韧改性聚乳酸塑料，采用生物基热塑性硫化胶对于聚乳酸塑料的脆性、断裂伸长率低等缺点进行改善，使得生物基热塑性硫化胶分散相与聚乳酸基体材料有非常好的相容性的同时，确保生物基热塑性硫化胶分散相作为聚乳酸塑料的应力集中点，帮助基体塑料实现应力耗散，提升聚乳酸塑料的韧性，此外，生物基热塑性硫化胶具有可以造粒的特点，方便制备粒料，进而便于与聚乳酸基体共混复合，这是在大规模工业生产上的意义是十分重要的。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种增韧改性聚乳酸塑料及其制备方法。

背景技术

目前在塑料领域，聚乳酸(PLA)是一种非常具有前景的环境友好型塑料，它的原料来源于植物淀粉，而且具有非常理想的可降解性能，因此在新型塑料当中占有非常重要的地位，受到了广泛的关注。然而，PLA自身固有的脆性、冲击强度较差、断裂伸长率低(～10％)等缺点大大限制了它的应用。因此目前大量工作都致力于PLA的增韧改性研究，以制备出能够满足应用要求的PLA工程塑料。常见的增韧方法包括共聚增韧和共混增韧，其中与韧性材料共混增韧是最为简单直接且低成本的方法。

截止目前，大量利用共混方法完成PLA增韧改性的工作都已出现，弹性体、韧性塑料以及填料等多种物质均被用于韧性组分混入到PLA的基体当中。在前人的工作中，HenriCramail等将含双键的二酰胺二醇与氢化二聚脂肪酸聚合制备脂肪酸基聚酯-酰胺热塑性弹性体(PEA)，并与PLA共混制备了PLA/PEA(90/10)，共混物断裂伸长率为155.2％(LebarbéT,et al.European Polymer Journal,2015,65,276)；Dong等采用熔融共混法制备了PLA/聚环氧乙烷-b-酰胺-12(PEBA)超韧性共混物，其冲击强度和断裂伸长率分别为60.5kJ/m²和335％(Han L,et al.Polymer Composites,2013,34(1),122)；Huang等通过熔融共混制备了PLA/TPU共混物，大幅度提高了材料的冲击韧性，PLA/TPU(70/30)共混物冲击强度和断裂伸长率分别为40.7kJ/m²和602.5％(Han J J,et al.Journal of Applied PolymerScience,2011,120(6))；Bai等采用聚醚聚氨酯弹性体(PU)增韧PLA，并加入亲水性二氧化硅(SiO₂)制备共混物，PLA/PU/SiO₂共混物冲击强度和断裂伸长率分别为59.42kJ/m²和301.81％，拉伸强度下降到38.83MPa(Xiu H,et al.Polymer,2014,55(6),1593)；Zhao等采用反应性共混方法，通过聚醚多元醇(PPG)和甲苯二异氰酸酯(TDI)组分在共混过程中原位形成聚氨酯弹性体(PU)，共混物冲击强度和断裂伸长率分别为13.71kJ/m²、175.4％，拉伸强度仍为49.72MPa(Zhao X P,et al.Polymer Science,Series B,2017,59(4),437)；Qu等将异氰酸酯基团(-NCO)封端的聚氨酯弹性体预聚物(PUEP)与PLA共混，通过动态硫化工艺制备超韧共混物，PLA/PUEP共混物显示出超韧性，冲击强度为55.02kJ/m2，是纯PLA(2.55)的21倍；断裂伸长率达516.45％，是纯PLA(14.88％)的34.71倍(Lu X,et al.IndustrialEngineering Chemistry Research,2014,53(44),17386)；Zhang等将生物可降解聚酰胺弹性体(PAE)与PLA熔融共混，共混物断裂伸长率增加到194.6％，拉伸强度为40.9MPa(ZhangW,et al.Polymer,2009,50(5),1311)；Li等采用生物可降解聚醚型聚氨酯增韧PLA，拉伸强度下降到31.5MPa，断裂伸长率和冲击强度有大幅度的提高，分别为363％和315J/m(Li Y,et al.MacromolecularBioscience,2007,7(7),921)；Kang等以生物基单体乳酸、丁二醇、癸二酸和衣康酸为原料制备生物基聚酯(PLBSI)弹性体用于增韧PLA，PLA/PLBSI(60/40)共混物冲击强度和断裂伸长率显著提升(Hu X,et al.IndustrialEngineering ChemistryResearch,2016,55(34),9195.)；Feng等采用生物基二醇和二酸制备的聚醚型聚氨酯弹性体(TPU)增韧PLA，PLA/TPU(85/15)共混物冲击强度增加到15kJ/m²，断裂伸长率提升至168.9％(Yu R,et al.Chinese Journal of Polymer Science,2014,32(8),1099.)；HenriCramail采用癸二酸、辛二醇和二聚脂肪酸共聚制备共聚酯，用于增韧PLA，共混物冲击强度小幅度增加，断裂伸长率增加到251.5％(LebarbeéT,et al.ACS Sustainable ChemistryEngineering,2014,3(2),283)；Zeng将不饱和生物基树脂(UBE)与PLLA熔融共混，经动态硫化制备高韧性共混物，PLLA/UBE(80/20)共混物冲击强度为575.9J/m(Zeng J B,etal.Science China Materials,2017,60(10),1008)。此外，近年来PBAT(P.Pukpanta,etal.Advanced Materials Research,2012,1768)、PHBV(Sun Haimeng,etal.International BiodeteriorationBiodegradation,2019,146)等多种可降解韧性塑料也被用于PLA材料的增韧改性研究当中。