新型增容聚乳酸/聚碳酸酯合金材料及其制備方法
【專利摘要】該發(fā)明主要涉及一種增容聚乳酸/聚碳酸酯合金材料及其制備方法。該新型增容聚乳酸/聚碳酸酯合金材料以聚乳酸及聚碳酸酯作為主體原材料，加入適量的法國阿克瑪公司的AX8900型增容劑EMG；成核劑選用有機成核劑己二酰苯甲酰肼（BHAD）。由上述原料及輔料制成的新型增容聚乳酸/聚碳酸酯合金材料具有較純聚乳酸更優(yōu)良的斷裂伸長率、韌性等，有望取代傳統(tǒng)完全非降解材料，應用于手機通訊，計算機等各個領(lǐng)域，緩解白色污染帶來的環(huán)境問題。
【專利說明】
新型増容聚乳酸/聚碳酸酯合金材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及有一種增容聚乳酸/聚碳酸酯合金材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚乳酸(poly-dactideacid), PLA)是具有優(yōu)良力學性能、生物相容性、生物降解性及可再生合成高分子材料。在自然環(huán)境下，廢棄的聚乳酸制品通過水解和生物代謝，可完全轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸己退?。此后二氧化碳和水還可以經(jīng)過植物光合作用生成淀粉，淀粉發(fā)酵后可成為聚乳酸合成的起始原料，對環(huán)境無污染，實現(xiàn)潔凈的碳循環(huán)，是一種具備可持續(xù)發(fā)展特性的完全自然型可生物降解材料。
[0003]但聚乳酸也存在一些缺陷:(I)主鏈剛性大，柔性不佳，抗沖擊性差，脆性高；(2)熱變形溫度低(0.46MPa負荷下為54°C); (3)聚乳酸結(jié)晶速率慢，注塑成型周期較長，不利于生產(chǎn)加工。上述的缺陷限制了聚乳酸材料的應用范圍，因此，對聚乳酸的改性研究十分重要。
[0004]從目前的研究可以發(fā)現(xiàn)，需要同時提高PLA材料的韌性與耐熱性，必須選擇一種耐熱性高且具有較高韌性的高分子，與此同時，其加工溫度必須與PLLA的加工溫度接近，防止PLA熱降解。PC是一個理想的選擇，其的維卡軟化溫度為144°C，并且具有較高的抗沖擊強度。德國Bayer材料科技公司推出了一款PC/PLLA合金材料，但其耐熱性仍無法滿足汽車、電子產(chǎn)品等的應用需求。
[0005]將聚乳酸和聚碳酸酯進行共混來制備聚乳酸/聚碳酸酯合金材料，一方面由于聚乳酸所具有的優(yōu)異的流動性，可以改善聚碳酸酯難以成型加工的問題，另一方面可以提高聚乳酸的耐熱性能和機械強度，但是在聚乳酸和聚碳酸酯的合金化制備過程中存在以下難點:二者相容性差、聚乳酸結(jié)晶性能差等問題。因此，人們在這些方面進行更多的研究。
[0006]但是，人們的研究大都集中在使用具有使制品的色澤、外觀及分子量等下降的有機小分子反應型增容劑，如:酯交換劑等來改善聚乳酸/聚碳酸酯合金的相容性等方面，但是副作用的出現(xiàn)往往使得制品從色澤、分子量等方面發(fā)生不良的改變，影響產(chǎn)品的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的之一在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種增容聚乳酸/聚碳酸酯合金材料，相比純聚乳酸，該合金材料的斷裂伸長率、沖擊強度、耐熱性能均有不同程度提高。
[0008]本發(fā)明的目的之二在于提供該合金材料的制備方法。
[0009]為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種增容聚乳酸/聚碳酸酯合金材料，其特征在于，該合金材料的組成及重量份數(shù)為: 聚乳酸10-90份；
聚碳酸酯10-90份；
增容劑1-7份；
成核劑ο-1份。
[0010]上述的聚乳酸為L-乳酸和D-乳酸中的至少一種，該聚乳酸的重均分子量為60000g/mol-600000g/mol。
[0011]上述的聚碳酸酯包括線性聚碳酸酯樹脂、支鏈聚碳酸酯樹脂和聚碳酸酯共聚物中的至少一種，重均分子量為10000g/mol-75000g/mol。
[0012]上述的增容劑EMG是乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯無規(guī)三元共聚物。
[0013]上述的成核劑為有機類成核劑。
[0014]上述的有機類成核劑為:己二酰苯甲酰肼。
[0015]—種制備上述的增容聚乳酸/聚碳酸酯合金材料的方法，其特征在于該制備方法包含以下具體步驟:將所有原料加入進行熔融共混，加工溫度為190至220 0C，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50至70轉(zhuǎn)/分鐘，停留時間為5至10分鐘，經(jīng)冷卻、干燥和切粒，制得所述的增容聚乳酸/聚碳酸酯合金材料。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)方案是在聚乳酸/聚碳酸酯合金中加入增容劑EMG，由于增容劑EMG兩親聚乳酸相和聚碳酸酯相，我們通過示差掃描量熱儀和偏光顯微鏡可以看出:合金材料中聚乳酸相與聚碳酸酯相的玻璃化溫度的臺階逐漸變淺并且兩相之間的界面逐漸變小。我們又通過使用注塑成型工藝制成的聚乳酸/聚碳酸酯合金發(fā)現(xiàn):沖擊強度、斷裂伸長率和耐熱性均有明顯提高。同時從掃描電子顯微鏡(SEM)可以看出，隨著增容劑EMG的加入，聚乳酸相和聚碳酸酯相間的相界面逐漸變得模糊，兩相的大小也發(fā)生著相應的變化。
【附圖說明】
[0017]圖1.添加不同含量相容劑條件下的DSC升溫曲線。
[0018]圖2.樣品h(左)及h_e7(右)的偏光顯微鏡明場圖(10X放大)。
[0019]圖3.由樣品h及h_e7沖擊斷面的掃描電子顯微鏡圖。
[0020]圖4.由樣品11，1111，1113，1117沖擊強度示意圖。
[0021]圖5.由樣品11，1111，11-63，1117斷裂伸長率示意圖。
[0022]圖6.由樣品h，h_el，h-e3，h-e7維卡軟化點示意圖。
【具體實施方式】
[0023]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步地說明本發(fā)明實施例所用的原料來源如下:
聚碳酸酯為拜耳公司的雙酚A型聚碳酸酯(以下簡稱PC)2405，分子量為25000?28000g/molο
[0024]聚乳酸使用美國NATURE WORKS公司的PLA4032D(以下簡稱PLA)。
[0025 ] 增韌劑使用的是法國阿克瑪?shù)腁X8900型樹脂EMG (以下簡稱EMG )。
[0026]成核劑使用的是自行合成的己二酰苯甲酰肼BHAD(以下簡稱BHAD)。
[0027]本發(fā)明使用美國Thermofischer公司生產(chǎn)的HAAKE PolyLab QC型流變儀。
[0028]本發(fā)明主要性能測試方法如下:
缺口沖擊強度:按ASTM D256進行測試，試樣尺寸為64mm*12.7mm*3.2mm，缺口深度為2.2mm，測試設備為深圳新三思材料檢測公司的ZBC 50擺錘沖擊機。
[0029]斷裂伸長率測試按ASTM D638進行測試，試樣尺寸為168mm*13mm*3.2mm，測試速度為50mm/min，測試設備為深圳萬測公司的萬能拉伸試驗機。
[0030]耐熱性能測試按ASTM D648進行測試，試樣尺寸為64mm*12.7mm*3.2mm，升溫
速度為120°C/h，測試設備為深證市新三思材料檢測有限公司的的微機控制熱變形維卡軟化試驗機。
[0031 ] 掃描電子顯微鏡(SEM)是復納科學儀器(上海)有限公司的pro型。
[0032]示差掃描量熱儀(DSC)為美國TA公司的Q2000型。
[0033]偏光顯微鏡(POM)為德國Leica公司的DM2700P型。
[0034]注塑機為美國賽默飛世爾公司生產(chǎn)的HAAKE MINJET II注塑機。
[0035]參見圖1?圖6，圖中11，11-61，11-62-七-67分別代表聚乳酸/聚碳酸酯合金中添加相容劑EMG的質(zhì)量百分比含量為O，I，2…7 wt%。
[0036]參見圖1由添加不同含量相容劑條件下的DSC升溫曲線可知:隨著EMG含量的增加，合金材料中聚乳酸相與聚碳酸酯相的玻璃化溫度的臺階逐漸變淺，并且兩相玻璃化溫度之間的距離也略微接近。可以看出:EMG在兩相間起到了一定的增容作用。
[0037]參見圖2，由樣品h及h-e7的偏光顯微鏡明場圖可知:添加增容劑EMG后，聚乳酸及聚碳酸酯兩相之間的界面逐漸變小，這是由于EMG增容后減少了兩相間的界面張力所致。
[0038]參見圖3，由樣品h及h_e7沖擊斷面的掃描電子顯微鏡圖可知:聚乳酸相和聚碳酸酯相間的相界面逐漸變得模糊，兩相的大小也發(fā)生著相應的變化。
[0039]參見圖4，由樣品h，h-el，h-e3，h-e7沖擊強度示意圖可知:隨著EMG含量的增加，聚乳酸/聚碳酸酯共混合金的沖擊強度逐漸提升，進而改善了合金材料抗破壞的能力。
[0040]參見圖5，由樣品h，h-eI，h_e3，h_e7斷裂伸長率示意圖可知:隨著EMG含量的增加，聚乳酸/聚碳酸酯共混合金的斷裂伸長率逐漸提升。
[0041]參見圖6，由樣品h，h-el，h-e3，h-e7維卡軟化點示意圖可知:隨著EMG含量的增加，聚乳酸/聚碳酸酯合金材料的耐熱性呈現(xiàn)略微下降趨勢，但總體而言EMG的加入對于改善材料耐熱性能沒有顯著作用。
[0042]本發(fā)明的技術(shù)方案通過在聚乳酸/聚碳酸酯合金中加入增容劑EMG，由于增容劑EMG兩親聚乳酸相和聚碳酸酯相，從而促進了兩相的相容性，使得兩相界面變小并且細化了相區(qū)，是合金材料具有相比純聚乳酸更好的力學性能和耐熱性能。
[0043]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應該被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權(quán)利要求來限定。
【主權(quán)項】
1.一種增容聚乳酸/聚碳酸酯合金材料，其特征在于，該合金材料的組成及重量百分含量為: 聚乳酸10-90%; 聚碳酸酯10-90%; 增容劑1-7%; 有機類成核劑0-1%; 以上各組分的質(zhì)量百分含量之和為100%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增容聚乳酸/聚碳酸酯合金材料，其特征在于所述的聚乳酸為L-乳酸和D-乳酸中的至少一種，該聚乳酸的重均分子量為60000g/mol-600000g/mol。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增容聚乳酸/聚碳酸酯合金材料，其特征在于所述的聚碳酸酯內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括線性型、支鏈型，重均分子量為10000g/mol-75000g/mol。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增容聚乳酸/聚碳酸酯合金材料，其特征在于所述的增容劑EMG是乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯無規(guī)三元共聚物。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增容聚乳酸/聚碳酸酯合金材料，其特征在于所述的有機類成核劑為:己二酰苯甲酰肼。6.—種制備根據(jù)權(quán)利要求1?7中任一項所述的增容聚乳酸/聚碳酸酯合金材料的方法，其特征在于該制備方法包含以下具體步驟:將所有原料加入進行熔融共混，加工溫度為190至220 0C，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50至70轉(zhuǎn)/分鐘，停留時間為5至1分鐘，經(jīng)冷卻、干燥和切粒，制得所述的增容聚乳酸/聚碳酸酯合金材料。
【文檔編號】C08L23/08GK105860463SQ201610130568
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月8日
【發(fā)明人】李貴飛, 朱俊, 徐盛華, 杜祎軒
【申請人】上海大學