專利名稱：由玻璃微球填充的聚乳酸材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種由玻璃微球填充的聚乳酸材料及
其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，綠色材料越來越受到青睞。聚乳酸(PLA)就是其中一種，它來源于可再生農(nóng)作物，具有良好的生物降解性，且在許多性能上與聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)等通用塑料相似，具有廣闊的市場前景，被全球公認(rèn)為新世紀(jì)最有前途的綠色新型環(huán)保材料，有望成為通用塑料的替代產(chǎn)品，可普遍應(yīng)用于包裝材料、醫(yī)療衛(wèi)生、家電、建筑和汽車領(lǐng)域，如儀表板、門板、裝飾柱等汽車內(nèi)外飾件等。但是普通的聚乳酸材料的密度較大，且其耐熱性能和機械性能較差，很難滿足各種行業(yè)的應(yīng)用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種由玻璃微球填充的聚乳酸材料，該聚乳酸材料的質(zhì)量較輕，機械性能和耐熱性能好。 本發(fā)明的由玻璃微球填充的聚乳酸材料，包括如下重量百分比的組分聚乳酸10-89 % ，玻璃微球5-40 % ，增韌劑5-30 % ，光熱穩(wěn)定劑0. 5-5 % ，加工助劑0. 5-5 % ，相容劑0-5%，硅烷偶聯(lián)劑0_5% ; 所述的增韌劑為乙烯_丙烯_辛烯三元共聚物(P0E)、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物(EP匿)、苯乙烯-丁二烯共聚物(SBS)、氫化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS)或丙烯_乙烯接枝共聚物中的任意一種或一種以上的混合物； 所述的光熱穩(wěn)定劑為鈦白粉、紫外線吸收劑、抗氧劑、防老劑中的任意一種或一種以上的混合物； 所述相容劑為馬來酸酐； 所述的加工助劑為硬脂酸、硬脂酸鹽、硅橡膠、乙烯基雙硬脂酰胺(EBS)、聚乙烯(PE蠟)中的任意一種或一種以上的混合物。 玻璃微球(中空玻璃微珠)是由無機材料構(gòu)成的，化學(xué)成份包括二氧化硅、氧
化鋁、氧化鋯、氧化鎂、硅酸鈉等，是一種微小、中空的圓球狀超輕質(zhì)填充材料，密度在
0. 1-0. 6g/cm3，具有重量輕、體積大、導(dǎo)熱系數(shù)低、抗壓強度高，分散性、流動性、穩(wěn)定性好的
優(yōu)點，另外還具有絕緣、自潤滑、隔音、不吸水、耐火、耐腐蝕、防輻射、無毒等優(yōu)異性能。根據(jù)
玻璃微球的特性，可直接填充于絕大部分類型的熱固性、熱塑性樹脂產(chǎn)品中，起到減輕產(chǎn)品
重量，降低成本，消除產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力確保尺寸穩(wěn)定性，提高抗壓、抗沖擊性、阻燃、隔音隔熱性、
絕緣性等作用，并且還可取替部分青銅粉、二硫化鉬和白炭黑等一些昂貴的填充材料。 本發(fā)明的由玻璃微球填充的聚乳酸材料是在聚乳酸組分中按照一定的比例添加
玻璃微球、硅烷偶聯(lián)劑、增韌劑、填充劑、光熱穩(wěn)定劑、相容劑和加工助劑制備而成，其中增
韌劑可以提高聚乳酸的抗沖擊性能；填充劑可以改善聚乳酸的耐熱性能，提高聚乳酸的強度；光熱穩(wěn)定劑可以增強聚乳酸的耐候性能；加工助劑可以改善聚乳酸的加工性能；相容劑和硅烷偶聯(lián)劑可以改善聚乳酸的相容性，使聚乳酸能與其他的原料能夠更好的混合；玻璃微球通過硅烷偶聯(lián)劑的處理可以更好的與聚乳酸組分相容，可以得到密度較小的聚乳酸材料，同時還能提高聚乳酸材料的各種綜合性能；所以本發(fā)明的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的質(zhì)量較輕，機械性能和耐熱性能好，同時該聚乳酸材料的其他綜合性能也有一定的改善。 本發(fā)明的另一目的是提供一種上述由玻璃微球填充的聚乳酸材料的制備方法，該制備方法簡單方便，由該方法制備的聚乳酸材料的質(zhì)量較輕，機械性能和耐熱性能好。
本發(fā)明的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的制備方法，包括以下步驟
a、將聚乳酸、玻璃微球、增韌劑、光熱穩(wěn)定劑、相容劑和加工助劑在溫度為60-150。C之間混合15-20分鐘； b 、將上述混合物在擠出機中加熱至140-220 °C ，擠出切粒即得聚乳酸材料的母粒。
由上述技術(shù)方案可知本發(fā)明的制備方法是將各個原料混合后在擠出機中擠出即得本發(fā)明的聚乳酸材料，所以本發(fā)明的制備方法簡單方便，本發(fā)明的制備方法是在聚乳酸原料中添加玻璃微球，可以降低本發(fā)明的聚乳酸材料的密度，并且對聚乳酸材料的綜合性能也有一定的改善；同時還添加增韌劑、光熱穩(wěn)定劑、相容劑和加工助劑來改善聚乳酸材料的抗沖擊性能、耐熱性能及生物相容性能，所以由本發(fā)明方法制備的聚乳酸材料的質(zhì)量較輕，且其機械性能和耐熱性能好，同時該聚乳酸材料的其他綜合性能也有一定的改善。


圖1是本發(fā)明的制備工藝流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的由玻璃微球填充的聚乳酸材料，其中所述的玻璃微球的粒徑為1-500微米，這樣可確保玻璃微球能更好的與聚乳酸原料及其他加工助劑更好相容，同時玻璃微球的密度較小，可得到密度較小的改性聚乳酸材料，同時配合其他加工助劑的共同作用，該聚乳酸材料的玻璃化溫度較高，抗沖擊性能好，且其綜合性能均有顯著提高，所以本發(fā)明的由玻璃微球填充的聚乳酸材料，可替代部分石油基塑料如PVC、PP、PE、ABS、PS等，并可應(yīng)用于汽車、家電、電動工具、建筑裝潢等應(yīng)用領(lǐng)域的注塑或擠出產(chǎn)品中。 如圖1所示本發(fā)明的制備工藝流程圖，本發(fā)明的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的制備方法，優(yōu)選的是首先將玻璃微球用硅烷偶聯(lián)劑浸泡，再超聲震蕩10-15分鐘后取出，然后在80-10(TC的烘箱中烘干，這樣有助于玻璃微球能更好的與聚乳酸原料相容，得到密度小的改性聚乳酸材料；其次再將表面處理的玻璃微球與聚乳酸、增韌劑、光熱穩(wěn)定劑、相容劑和加工助劑在溫度為60-15(TC之間混合15-20分鐘，本發(fā)明的制備方法優(yōu)選的是將各個原料在高混機中混合，且高混機的轉(zhuǎn)速為1000-2000rpm，這樣可得到混合均一且干燥的物料；最后將上述混合物料在擠出機中加熱至140-22(TC，擠出切粒即得聚乳酸材料的母粒，本發(fā)明優(yōu)選的是采用雙螺桿擠出機進(jìn)行擠出，且雙螺桿擠出機的轉(zhuǎn)速為100-250rpm ;通過上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的制備方法簡單方便，且由該方法制備的改性聚乳酸材料的質(zhì)量較輕，機械性能和耐熱性能好，且其綜合性能均有顯著提高。 實施例1 聚乳酸89% ，玻璃微球5% ，增韌劑5% ，光熱穩(wěn)定劑0.5%，加工助劑0. 5% ，其中增韌劑為POE，光熱穩(wěn)定劑為抗氧劑1010，加工助劑為硬脂酸、PE蠟和硅橡膠的混合物。
將上述聚乳酸顆粒、玻璃微球、增韌劑、填充劑、光熱穩(wěn)定劑、加工助劑置于高混機中，在轉(zhuǎn)速為1000rpm下高速混合15min，混合溫度為80°C，得到混合均一、干燥的物料；再將混合物料加入到雙螺桿擠出機的加料斗中，加熱溫度為140 19(TC、螺桿轉(zhuǎn)速為150rpm，擠出切粒后得到改性聚乳酸母粒，密封包裝。 測試結(jié)果上述方法制備的聚乳酸材料的密度為1.20g/cm、缺口沖擊強度為4. 3KJ/m2 ;熱變形溫度為74°C。
實施例2 聚乳酸40 % ，玻璃微球40 % ，增韌劑5 % ，光熱穩(wěn)定劑5 % ，加工助劑5 % ，相容劑5%，其中所述的增韌劑為POE和SBS的混合物，相容劑為馬來酸酐，加工助劑為硬脂酸、PE蠟和硅橡膠的混合物，光熱穩(wěn)定劑為紫外線吸收劑。 將上述聚乳酸顆粒、玻璃微球、增韌劑、填充劑、光熱穩(wěn)定劑、加工助劑和相容劑置于高混機中，在轉(zhuǎn)速為1000rpm下高速混合15min，混合溫度為80°C ，得到混合均一、干燥的物料；再將混合物料加入到雙螺桿擠出機的加料斗中，加熱溫度為140 19(TC、螺桿轉(zhuǎn)速為150rpm，擠出切粒后得到改性聚乳酸母粒，密封包裝。 測試結(jié)果上述方法制備的聚乳酸材料的密度為0. 89g/cm3 ;缺口沖擊強度為4. 6KJ/m2 ;熱變形溫度為82°C 。
實施例3 聚乳酸60 % ，玻璃微球20 % ，增韌劑10 % ，光熱穩(wěn)定劑2 % ，加工助劑5 % ，硅烷偶聯(lián)劑3%，其中所述的增韌劑為P0E、 SEBS和丙烯-乙烯接枝共聚物的混合物，加工助劑為硬脂酸、PE蠟和硅橡膠的混合物，光熱穩(wěn)定劑為抗氧劑1010和鈦白粉的混合物。
首先將玻璃微球浸泡于硅烷偶聯(lián)劑中，超聲震蕩10min，得到表面處理過、相容性好的玻璃微球，再置于烘箱中8(TC烘干；其次將表面處理后的玻璃微球與聚乳酸顆粒、增韌劑、填充劑、光熱穩(wěn)定劑、加工助劑置于高混機中，在轉(zhuǎn)速為1000rpm下高速混合15min，混合溫度為8(TC，得到混合均一、干燥的物料；最后將混合物料加入到雙螺桿擠出機加料斗中，加熱溫度為140 19(TC、螺桿轉(zhuǎn)速為150rpm，擠出切粒后得到改性聚乳酸母粒，密封包裝。 測試結(jié)果上述方法制備的聚乳酸材料的密度為1.03g/cm、缺口沖擊強度為7. lKJ/m2 ;熱變形溫度為83°C。
實施例4 聚乳酸10 % ，玻璃微球40 % ，增韌劑30 % ，光熱穩(wěn)定劑5 % ，加工助劑5 % ，相容劑5% ，硅烷偶聯(lián)劑5% ，其中所述的增韌劑為EP匿和SBS的混合物，加工助劑為硬脂酸、PE蠟和硅橡膠的混合物，光熱穩(wěn)定劑為抗氧劑1010和防老劑的混合物，相容劑為馬來酸酐。
首先將玻璃微球浸泡于硅烷偶聯(lián)劑中，超聲震蕩15min，得到表面處理過、相容性好的玻璃微球，再置于烘箱中IO(TC烘干；將聚乳酸顆粒、已處理的玻璃微球、增韌劑、填充齊U、光熱穩(wěn)定齊U、相容齊U、加工助劑置于高混機中，在轉(zhuǎn)速為1500rpm下高速混合20min，混合溫度為6(TC，得到混合均一、干燥的物料；最后將混合物料加入到雙螺桿擠出機加料斗中，加熱溫度為160 20(TC、螺桿轉(zhuǎn)速為170rpm，擠出切粒后得到改性聚乳酸母粒，密封包裝。 測試結(jié)果上述方法制備的聚乳酸材料的密度為0. 79g/cm3 ;缺口沖擊強度為9KJ/m2 ;熱變形溫度為81。C。
實施例5 聚乳酸55 % ，玻璃微球25 % ，增韌劑10 % ，光熱穩(wěn)定劑2 % ，加工助劑3 % ，相容劑2%，硅烷偶聯(lián)劑3%，其中所述的增韌劑為EPDM、 POE和SEBS的混合物，加工助劑為PE蠟和硅橡膠的混合物，光熱穩(wěn)定劑為抗氧劑IOIO，相容劑為馬來酸酐。 首先將玻璃微球浸泡于硅烷偶聯(lián)劑中，超聲震蕩12min，得到表面處理過、相容性好的玻璃微球，再置于烘箱中9(TC烘干；將聚乳酸顆粒、已處理的玻璃微球、增韌劑、填充劑、光熱穩(wěn)定劑、相容劑、加工助劑置于高混機中，在轉(zhuǎn)速為2000rpm下高速混合18min，混合溫度為15(TC，得到混合均一、干燥的物料；最后將混合物料加入到雙螺桿擠出機加料斗中，加熱溫度為160 22(TC、螺桿轉(zhuǎn)速為100rpm，擠出切粒后得到改性聚乳酸母粒，密封包裝。 測試結(jié)果上述方法制備的聚乳酸材料的密度為1.00g/cm、缺口沖擊強度為7. 8KJ/m2 ;熱變形溫度為83°C。
實施例6 聚乳酸40%，玻璃微球40%，增韌劑15%，光熱穩(wěn)定劑1%，加工助劑1.5%，相容劑0. 5%，硅烷偶聯(lián)劑2%，其中所述的增韌劑為EP匿和丙烯-乙烯接枝共聚物的混合物，加工助劑為硬脂酸鉀、PE蠟和硅橡膠的混合物，光熱穩(wěn)定劑為抗氧劑和紫外線吸收劑的混合物，相容劑為馬來酸酐。 首先將玻璃微球浸泡于硅烷偶聯(lián)劑中，超聲震蕩10min，得到表面處理過、相容性好的玻璃微球，再置于烘箱中8(TC烘干；將聚乳酸顆粒、已處理的玻璃微球、增韌劑、填充劑、光熱穩(wěn)定劑、相容劑、加工助劑置于高混機中，在轉(zhuǎn)速為1500rpm下高速混合15min，混合溫度為9(TC，得到混合均一、干燥的物料；最后將混合物料加入到雙螺桿擠出機加料斗中，加熱溫度為140 20(TC、螺桿轉(zhuǎn)速為250rpm，擠出切粒后得到改性聚乳酸母粒，密封包裝。 測試結(jié)果上述方法制備的聚乳酸材料的密度為0. 89g/cm3 ;缺口沖擊強度為4KJ/m2 ;熱變形溫度為86。C。
實施例7 聚乳酸80 % ，玻璃微球5 % ，增韌劑5% ，光熱穩(wěn)定劑4% ，加工助劑3% ，相容劑2%，硅烷偶聯(lián)劑1%，其中所述的增韌劑為SEBS，加工助劑為硬脂酸、PE蠟和硅橡膠的混合物，光熱穩(wěn)定劑為防老劑和抗氧劑1010的混合物，相容劑為馬來酸酐。
首先將玻璃微球浸泡于硅烷偶聯(lián)劑中，超聲震蕩10min，得到表面處理過、相容性好的玻璃微球，再置于烘箱中8(TC烘干；將聚乳酸顆粒、已處理的玻璃微球、增韌劑、填充劑、光熱穩(wěn)定劑、相容劑、加工助劑置于高混機中，在轉(zhuǎn)速為1500rpm下高速混合15min，混合溫度為9(TC，得到混合均一、干燥的物料；最后將混合物料加入到雙螺桿擠出機加料斗中，加熱溫度為160 20(TC、螺桿轉(zhuǎn)速為200rpm，擠出切粒后得到改性聚乳酸母粒，密封包裝。 測試結(jié)果上述方法制備的聚乳酸材料的密度為1. 16g/cm、缺口沖擊強度為5. lKJ/m2 ;熱變形溫度為76°C。
實施例8 聚乳酸40 % ，玻璃微球20 % ，增韌劑30 % ，光熱穩(wěn)定劑1 % ，加工助劑5 % ，相容劑2%，硅烷偶聯(lián)劑2%，其中所述的增韌劑為POE，加工助劑為硬脂酸、PE蠟和硅橡膠的混合物，光熱穩(wěn)定劑為抗氧劑1010與鈦白粉的混合物，相容劑為馬來酸酐。
首先將玻璃微球浸泡于硅烷偶聯(lián)劑中，超聲震蕩10min，得到表面處理過、相容性好的玻璃微球，再置于烘箱中8(TC烘干；將聚乳酸顆粒、已處理的玻璃微球、增韌劑、填充劑、光熱穩(wěn)定劑、相容劑、加工助劑置于高混機中，在轉(zhuǎn)速為1500rpm下高速混合15min，混合溫度為9(TC，得到混合均一、干燥的物料；最后將混合物料加入到雙螺桿擠出機加料斗中，加熱溫度為160 20(TC、螺桿轉(zhuǎn)速為170rpm，擠出切粒后得到改性聚乳酸母粒，密封包裝。 測試結(jié)果上述方法制備的聚乳酸材料的密度為0. 96g/cm3 ;缺口沖擊強度為16. 4KJ/m2 ;熱變形溫度為78°C。
權(quán)利要求
一種由玻璃微球填充的聚乳酸材料，包括如下重量百分比的組分聚乳酸10-89％，玻璃微球5-40％，增韌劑5-30％，光熱穩(wěn)定劑0.5-5％，加工助劑0.5-5％，相容劑0-5％，硅烷偶聯(lián)劑0-5％；所述的增韌劑為乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、氫化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物或丙烯-乙烯接枝共聚物中的任意一種或一種以上的混合物；所述的光熱穩(wěn)定劑為鈦白粉、紫外線吸收劑、抗氧劑、防老劑中的任意一種或一種以上的混合物；所述的加工助劑為硬脂酸、硬脂酸鹽、硅橡膠、乙烯基雙硬脂酰胺、聚乙烯中的任意一種或一種以上的混合物；所述的相容劑為馬來酸酐。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的由玻璃微球填充的聚乳酸材料，其特征在于所述的玻璃微 球的粒徑為1-500微米。
3. 制備權(quán)利要求1所述的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的方法，包括以下步驟a、 將聚乳酸、玻璃微球、增韌齊U、光熱穩(wěn)定齊U、相容劑和加工助劑在溫度為60-15(rC之 間混合15-20分鐘;b、 將上述混合物在擠出機中加熱至140-22(TC，擠出切粒即得聚乳酸材料的母粒。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的制備方法，其特征在于所 述的玻璃微球是先浸泡于硅烷偶聯(lián)劑中超聲震蕩10-15分鐘后取出烘干，再與聚乳酸、增 韌劑、光熱穩(wěn)定劑、相容劑和加工助劑混合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的制備方法，其特征在于所 述的聚乳酸、玻璃微球、增韌劑、光熱穩(wěn)定劑、相容劑和加工助劑的混合是在高混機中混合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的制備方法，其特征在于所 述的擠出機為雙螺桿擠出機。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的制備方法，其特征在于所 述的烘干是在80-10(TC的烘箱中烘干。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的制備方法，其特征在于所 述的高混機的轉(zhuǎn)速為1000-2000rpm。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的制備方法，其特征在于所 述的雙螺桿擠出機的轉(zhuǎn)速為100-250rpm。
全文摘要
本發(fā)明涉及高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種由玻璃微球填充的聚乳酸材料及其制備方法，該聚乳酸材料包括如下重量百分比的組分聚乳酸10-89％，玻璃微球5-40％，增韌劑5-30％，光熱穩(wěn)定劑0.5-5％，加工助劑0.5-5％，相容劑0-5％，硅烷偶聯(lián)劑0-5％；制備時將上述各組分在溫度為60-150℃之間混合15-20分鐘，然后在擠出機中加熱至140-220℃，擠出切粒即得聚乳酸材料的母粒，本發(fā)明的由玻璃微球填充的聚乳酸材料的質(zhì)量較輕，機械性能和耐熱性能好，同時該聚乳酸材料的綜合性能均有一定的改善。
文檔編號C08L51/00GK101717563SQ20091018586
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月8日
發(fā)明者唐少俊, 李進(jìn) 申請人:奇瑞汽車股份有限公司