耐熱聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種耐熱聚乳酸復(fù)合材料及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在生物降解樹脂中，聚乳酸樹脂是一種W乳酸為單體經(jīng)化學(xué)合成或生物合成得到 的高分子材料，其原料主要是玉米、馬鈴馨等，價(jià)格低廉，同時(shí)由于其原料為自然農(nóng)作物，因 此碳排放極少。從安全性來看，聚乳酸無毒無刺激性，具有優(yōu)異的透明性和生物降解性能， 易被自然界的多種微生物或動(dòng)植物體內(nèi)的酶分解代謝，最終形成二氧化碳和水，從而不對(duì) 環(huán)境造成影響，是理想的綠色高分子材料。
[0003] 聚乳酸的熱穩(wěn)定性好，加工溫度150~230°C，有較好的抗溶劑性，可用多種方式 進(jìn)行加工，如擠壓、紡絲、雙軸拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的產(chǎn)品除能生物降解外，生物 相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性好，還具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，因此 用途十分廣泛，可用作包裝材料、纖維和非織造物等。目前主要用于服裝、建筑、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、 造紙及醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。當(dāng)然，聚乳酸也有著非常明顯的缺點(diǎn)，純聚乳酸熱變形溫度只有 55~60°C，無法直接應(yīng)用在耐熱性要求較高的餐具方面，甚至不能滿足常規(guī)的運(yùn)輸需求。 因此聚乳酸的加工應(yīng)用首先需要解決的就是耐熱問題。
[0004] 201110409033. 8公開一種耐熱性聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法，其包括組份：聚 乳酸76-98 %，增初劑0. 1-3 %，成核劑0. 5-20 %，抗氧劑0. 5-1 %，潤滑劑0. 1-0. 5 %W及熱 穩(wěn)定劑0. 8-2%。201280041115. 4公開一種耐熱性聚乳酸復(fù)合物，其包括：（a)聚乳酸；化） 聚碳酸醋；（C)占所述復(fù)合物從約2到9重量百分?jǐn)?shù)量的滑石；W及任選的（d)丙締酸類抗 沖改性劑。上述專利技術(shù)方案均與本發(fā)明不同。
[0005] 提高聚乳酸耐熱性的關(guān)鍵技術(shù)是改善聚乳酸的結(jié)晶性能，提高聚乳酸的結(jié)晶度。 另外，還有將聚乳酸與高玻璃化溫度高分子材料共混，引入交聯(lián)結(jié)構(gòu)，纖維增強(qiáng)W及納米復(fù) 合技術(shù)等方法。目前的耐熱聚乳酸加工工藝多W直接注塑為主，采用添加成核劑及無機(jī)填 充等方法有限地提高其耐熱溫度，其產(chǎn)品一般壁厚較厚，結(jié)構(gòu)簡單，無法滿足日益豐富的 市場需求。且常規(guī)采用的模具內(nèi)結(jié)晶的方法來提高制品的耐熱溫度，成型周期慢，一般為 30~90秒，效率低下，且存在較高的廢品率。
[0006] 聚乳酸由于其完全生物降解性，被大量的用作一次性刀叉勺等餐具，運(yùn)類產(chǎn)品消 耗快、市場需求大。目前聚乳酸刀叉勺的生產(chǎn)方法主要有兩種：一是采用模具內(nèi)結(jié)晶的方 法，運(yùn)類方法成型周期慢，效率低下；另外也有采用添加大量滑石粉等填充物來被動(dòng)提高其 耐熱溫度或尺寸穩(wěn)定性，通過常規(guī)模具直接注塑成型，不通過模內(nèi)結(jié)晶的方法，運(yùn)類產(chǎn)品只 能達(dá)到70~80°C的耐熱，無法滿足較高的使用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽007] 本發(fā)明的目的是提供一種耐熱溫度高、機(jī)械性能好、成本低的耐熱聚乳酸復(fù)合材 料，本發(fā)明同時(shí)提供其制備方法。
[0008] 本發(fā)明所述的耐熱聚乳酸復(fù)合材料，由W下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料制成：
[0009] 聚乳酸粒子50~90% 成核劑 0.5~2% 相容劑 0.5~5% 填充材料 5~40% 海藻纖維 4~10%。
[0010] 其中，
[0011] 所述聚乳酸粒子的分子量為10~20萬，聚乳酸粒子的水分含量在50ppmW下。
[0012] 所述成核劑為酷胺或苯基憐酸鹽中的一種或兩種。所述酷胺為鄰苯二甲酯亞胺或 均苯=甲酸=酷胺中的一種；所述苯基憐酸鹽為憐酸苯基二鋼或苯基憐酸鋒中的一種。成 核劑優(yōu)選均苯=甲酸=酷胺，最優(yōu)選TMP-3000。
[0013] 所述相容劑為乙締-醋酸乙締醋共聚物。
[0014] 所述填充材料為納米碳酸巧或滑石粉中的一種，所述填充材料的粒徑為3000目 W上。填充材料優(yōu)選5000目的滑石粉。
[0015] 所述海藻纖維的直徑為0. 4~0. 8微米，長度為1~1. 5毫米。
[0016] 所述的耐熱聚乳酸復(fù)合材料的制備方法是，將各組分在高速攬拌機(jī)中充分混合 后，經(jīng)由雙螺桿擠出機(jī)烙融擠出造粒得到耐熱聚乳酸復(fù)合材料，所述耐熱聚乳酸復(fù)合材料 通過注塑機(jī)注塑成型，并在烘箱中烘烤結(jié)晶定型。
[0017] 其中，所述雙螺桿擠出機(jī)烙融溫度為160~200°C;所述注塑機(jī)的注塑模具的收縮 率為0. 2~0. 4%，注塑模具無加熱功能；所述烘箱的烘烤溫度為100~105°C，烘烤時(shí)間為 0. 5~2小時(shí)，所述烘箱為加熱管加熱的熱風(fēng)循環(huán)烘箱。
[0018] 本發(fā)明采用的海藻纖維提取自海洋藻類，來源廣泛且可再生，富含礦物微組分，具 有非常好的生物相容性。海藻纖維的主要成分是海藻酸鹽、蛋白質(zhì)等組分，高溫下具有一定 的反應(yīng)活性，能促進(jìn)聚乳酸和相容劑、成核劑W及其他組分的反應(yīng)，有效提高聚乳酸的耐熱 性、機(jī)械性能，是理想的添加組分。
[0019] 本發(fā)明優(yōu)化了耐熱聚乳酸的配方及工藝流程，生產(chǎn)連續(xù)性好，效率高，成本低，可 實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。本發(fā)明通過優(yōu)選的成核劑改善結(jié)晶速度，提高耐熱溫度；通過優(yōu)選的相容 劑改善高填充聚乳酸制品的機(jī)械性能并有效降低成本；通過添加海藻纖維，使得相容劑、成 核劑等各組分的反應(yīng)更為充分，使得聚乳酸的耐熱性和機(jī)械性能進(jìn)一步提高；通過改善加 工工藝提高加工效率，提高產(chǎn)能。
[0020] 本發(fā)明的耐熱聚乳酸復(fù)合材料，特別是耐熱聚乳酸刀叉勺產(chǎn)品，生產(chǎn)效率高，耐熱 溫度高。本發(fā)明通過優(yōu)化成核劑和相容劑，改進(jìn)了耐熱聚乳酸的配方和工藝，極大提高聚乳 酸耐熱刀叉勺產(chǎn)品生產(chǎn)效率的同時(shí)，使得制品的耐熱溫度達(dá)到iocrcW上，完全滿足常規(guī)使 用需求。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)： 陽0巧 （1)本發(fā)明優(yōu)選了聚乳酸成核劑，使得結(jié)晶過程可W在烘箱內(nèi)有效完成，且烘烤過 程尺寸變化小。
[0023] (2)本發(fā)明作為填充材料的滑石粉或納米碳酸巧，能夠調(diào)整聚乳酸的密度并提升 質(zhì)感，降低成本，同時(shí)優(yōu)選了相容劑，使得高填充耐熱聚乳酸制品的機(jī)械性能更為出色。
[0024] (3)本發(fā)明添加了海藻纖維，通過其中的海藻酸鹽W及蛋白質(zhì)等組分在加工過程 中的充分反應(yīng)，進(jìn)一步提高了成核劑、相容劑的反應(yīng)效率，W及通過促進(jìn)聚乳酸分子間的交 聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)一步提高聚乳酸的耐熱性和機(jī)械性能。
[00巧](4)本發(fā)明通過設(shè)定模具的收縮率來避免聚乳酸制品在脫模過程中產(chǎn)生的脫模困 難等問題，通過配方和工藝的調(diào)整實(shí)現(xiàn)了模具外結(jié)晶，使得注塑過程快速連續(xù)，單個(gè)注塑周 期縮短到10秒W內(nèi)，生產(chǎn)效率提高5~10倍。
[00%] (5)本發(fā)明尤其適用于耐熱聚乳酸刀叉勺等小型注塑件，因?yàn)榇祟惍a(chǎn)品烘箱結(jié)晶 時(shí)尺寸變化小、烘烤時(shí)受熱均勻，相對(duì)結(jié)晶速度更快，連續(xù)化作業(yè)更方便。
【具體實(shí)施方式】
[0027] W下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。 陽0測實(shí)施例1
[0029] 耐熱聚乳酸復(fù)合材料的制備：
[0030] 聚乳酸粒子采用市售化化reworks公司產(chǎn)品，牌號(hào)為3001D，使用前采用露點(diǎn)干燥 至水分含量50ppmW下，成核劑采用市售聚乳酸成核劑TMP-3000 (均苯=甲酸=酷胺），添 加量為0. 5 %，滑石粉采用市售廣西華美超細(xì)5000目滑石粉，添加量為40 %，相容劑采用 市售EX-501 (乙締-醋酸乙締醋共聚物，EVA)，添加量為5%，采用市售海藻纖維，添加量為 4%。在雙螺桿擠出機(jī)中烙融擠出造粒，擠出機(jī)各段溫度如表1所示，螺桿轉(zhuǎn)