聚乳酸/聚苯乙烯增容共混材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚乳酸/聚苯乙烯增容共混材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚乳酸(PLA)是一種可生物降解高分子材料，與傳統(tǒng)石油基高分子材料相比，聚乳酸的合成原料是乳酸，可以由植物資源發(fā)酵得到，使用后能在自然環(huán)境作用下降解，不污染環(huán)境，這對(duì)于保護(hù)環(huán)境和節(jié)省石油資源具有很大意義。但由于聚乳酸具有性脆、熔體粘度低、合成成本高昂等缺點(diǎn)，因此需要對(duì)其進(jìn)行共混或共聚進(jìn)行改性。苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂是不可降解的塑料或彈性體，通過(guò)將聚乳酸與不同種類(lèi)的苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂共混，可以獲得滿(mǎn)足不同性能需求的共混材料。
[0003]苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂和聚乳酸兩相相容性差，相界面相互作用力弱，往往導(dǎo)致共混物拉伸強(qiáng)度、模量和沖擊強(qiáng)度大幅下降，為了提高兩者相容性，需要加入合適的增容劑提高共混材料的力學(xué)性能。但現(xiàn)有的增容劑還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到顯著提高聚乳酸/聚苯乙烯共混物相容性和力學(xué)性能的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種增容效果顯著、簡(jiǎn)便易行、成本較低的聚乳酸/苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂增容共混材料及其制備方法。
[0005]本發(fā)明的聚乳酸/苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂增容共混材料，由聚乳酸、苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂以及增容劑共混而成，所述增容劑為苯乙烯類(lèi)單體和丙烯酸酯類(lèi)單體按質(zhì)量比100: (20?40)進(jìn)行乳液聚合得到的共聚物。
[0006]上述方案中，聚乳酸與苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂的質(zhì)量比為100:(5?40)，聚乳酸與增容劑質(zhì)量比為100:(0.1?I)。
[0007]聚乳酸可以為左旋聚乳酸、右旋聚乳酸和消旋聚乳酸中的一種，苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂為聚苯乙烯、高抗沖聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物中的一種。
[0008]本發(fā)明的聚乳酸/聚苯乙烯增容共混材料的制備方法，包括以下步驟:
一次混合，將聚乳酸、聚苯乙烯和增容劑進(jìn)行機(jī)械混合；
二次共混，將初步混合好的聚乳酸、聚苯乙烯和增容劑進(jìn)行熔融共混。
[0009]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述一次混合采用高速分散機(jī)混合，混合時(shí)間I?10分鐘。
[0010]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述二次共混采用單螺桿擠出機(jī)，料筒溫度為160?240°C，螺桿轉(zhuǎn)速40?200轉(zhuǎn)/分。
[0011 ]作為一種優(yōu)選，還包括:在一次混合之前，將所述聚乳酸和聚苯乙烯在70?120°C下，增容劑在50?70°C下分別干燥8?15小時(shí)。
[0012]本發(fā)明所使用的增容劑能使苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂在聚乳酸中產(chǎn)生良好的分散和界面粘結(jié)。本發(fā)明共混材料中塑料相的分散尺寸處于微米級(jí)以下的水平，所以聚乳酸降解后，殘留于環(huán)境中的塑料組分易于被自然界分解。因而本發(fā)明中的聚乳酸/苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂可以在包裝、建筑、環(huán)境治理、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中大范圍的代替聚乳酸使用。
[0013]本發(fā)明上述的聚乳酸/聚碳酸酯增容共混材料及其制備方法至少具有如下優(yōu)點(diǎn):
(I)材料主體采用聚乳酸/聚苯乙烯共混，提高了材料的拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、彎曲強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度，提高了聚乳酸的熔體強(qiáng)度。
[0014](2)采用苯乙烯類(lèi)單體與丙烯酸酯類(lèi)單體的共聚物進(jìn)行增容，增容效率高，增容劑用量少。
[0015](3)反應(yīng)條件簡(jiǎn)單，加工工藝容易實(shí)現(xiàn)。
[0016](4)綜合地降低了聚乳酸制品的物料成本和工藝成本。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1，聚乳酸與聚苯乙烯共混材料沖擊斷面的掃描電鏡照片，聚乳酸與聚苯乙烯質(zhì)量比=100:20;
圖2，實(shí)施例1聚乳酸，聚苯乙烯與相容劑質(zhì)量比=100:20:0.5共混材料沖擊斷面的掃描電鏡照片；
圖3，圖2的局部放大圖片。
[0018]從圖1中可以看出，沒(méi)有加相容劑時(shí)，聚苯乙烯分散相呈5?20微米的球形顆粒(或是顆粒被拔出后留下的凹痕)分散于聚乳酸中，且表面光滑，說(shuō)明聚苯乙烯與聚乳酸相容性不好。從圖2中可以看出添加了0.5的相容劑后，聚苯乙烯與聚乳酸相容性得到了極大的改善，在圖中難以看到聚苯乙烯的分散相，在更高的放大倍數(shù)下可以看到聚苯乙烯顆粒尺寸大多處于2微米以下(圖3)，且顆粒表面或凹痕內(nèi)面都可以很明顯的看到:兩相間因?yàn)閺?qiáng)的相互粘接而產(chǎn)生了塑性形變。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例1
本發(fā)明提供的增容劑由以下重量配比準(zhǔn)備原料，聚合方法為無(wú)皂乳液聚合:
苯乙烯100
丙烯酸甲酯20
過(guò)硫酸鉀0.7
在500ml燒瓶中加入250ml水，升溫至40°C，按比例加入單體和乳化劑，啟動(dòng)攪拌，升溫至75°C，加入過(guò)硫酸鉀水溶液，反應(yīng)8小時(shí)后停止反應(yīng)。經(jīng)破乳過(guò)濾洗滌干燥后備用。
[0020]本發(fā)明提供的材料由以下原料按重量比例配置而成:
聚乳酸100
聚苯乙烯20
增容劑0.5
首先將上述原料中的聚乳酸和聚苯乙烯在真空干燥箱中90°C干燥8小時(shí)，增容劑在真空干燥箱中70°C干燥8小時(shí)，然后將上述原料在高速分散機(jī)中混合10分鐘，通過(guò)單螺桿擠出機(jī)擠出，螺桿轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)/分，料筒區(qū)溫度為180?200°C，得到聚乳酸/聚苯乙烯增容共混材料，共混材料拉伸強(qiáng)度為74.2MPa，拉伸模量為2.63GPa，彎曲強(qiáng)度92.2MPa，缺口沖擊強(qiáng)度4.62kJ/m2，熔體流動(dòng)速率 24g/min(210°C，2.16kg)。
[0021 ] 實(shí)施例2
本發(fā)明提供的增容劑由以下重量配比準(zhǔn)備原料，聚合方法為乳液聚合:
甲基苯乙烯100
丙烯酸正丁酯40
過(guò)硫酸鉀0.7
在500ml燒瓶中加入250ml水，升溫至40°C，按比例加入單體和乳化劑，啟動(dòng)攪拌，升溫至75°C，加入過(guò)硫酸鉀水溶液，反應(yīng)8小時(shí)后停止反應(yīng)。經(jīng)破乳過(guò)濾洗滌干燥后備用。
[0022]本發(fā)明提供的材料由以下原料按重量比例配置而成:
聚乳酸100
高抗沖聚苯乙稀40
增容劑I
首先將上述原料中的聚乳酸和聚苯乙烯在真空干燥箱中90°C干燥8小時(shí)，增容劑在真空干燥箱中70°C干燥8小時(shí)，然后將上述原料在高速分散機(jī)中混合10分鐘，通過(guò)單螺桿擠出機(jī)擠出，螺桿轉(zhuǎn)速150轉(zhuǎn)/分，料筒區(qū)溫度為180?200°C，得到聚乳酸/聚苯乙烯增容共混材料，共混材料拉伸強(qiáng)度為58.1MPa，拉伸模量為2.42GPa，彎曲強(qiáng)度62.9MPa，缺口沖擊強(qiáng)度9.30kJ/m2，熔體流動(dòng)速率18.2g/min(210°C，2.16kg)。
[0023]實(shí)施例3
本發(fā)明提供的增容劑由以下配比準(zhǔn)備原料，聚合方法為乳液聚合:
苯乙烯100
丙烯酸甲酯40
過(guò)硫酸鉀0.7
在500ml燒瓶中加入250ml水，升溫至40°C，按比例加入單體和乳化劑，啟動(dòng)攪拌，升溫至75°C，加入過(guò)硫酸鉀水溶液，反應(yīng)8小時(shí)后停止反應(yīng)。經(jīng)破乳過(guò)濾洗滌干燥后備用。
[0024]本發(fā)明提供的材料由以下原料按重量比例配置而成:
聚乳酸100
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物 5
增容劑0.1
首先將上述原料中的聚乳酸和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物在真空干燥箱中90°C干燥8小時(shí)，增容劑在真空干燥箱中70°C干燥8小時(shí)，然后將上述原料在高速分散機(jī)中混合1分鐘，通過(guò)單螺桿擠出機(jī)擠出，螺桿轉(zhuǎn)速150轉(zhuǎn)/分，料筒區(qū)溫度為180?200°C，得到聚乳酸/苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物增容共混材料，共混材料拉伸強(qiáng)度為64.1MPa，拉伸模量為2.59GPa，彎曲強(qiáng)度88.3MPa，缺口沖擊強(qiáng)度6.16kJ/m2，熔體流動(dòng)速率14.lg/min(210°C，2.16kg)o
[0025]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的聚乳酸/苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂增容共混材料，是通過(guò)上文公開(kāi)的方法制備得到的。
[0026]綜上所述，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的聚乳酸/聚苯乙烯增容共混材料及其制備方法，至少有如下優(yōu)點(diǎn):
(I)材料主體采用聚乳酸/聚苯乙烯共混，提高了材料的拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、彎曲強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度，提高了聚乳酸的熔體強(qiáng)度。
[0027](2)采用苯乙烯類(lèi)單體與丙烯酸酯類(lèi)單體的共聚物進(jìn)行增容，增容效率高，增容劑用量少。
[0028](3)反應(yīng)條件簡(jiǎn)單，加工工藝容易實(shí)現(xiàn)。
[0029](4)綜合地降低了聚乳酸制品的物料成本和工藝成本。
[0030]盡管本發(fā)明已經(jīng)做出了詳細(xì)的說(shuō)明并印證了一些具體實(shí)施例，但對(duì)于本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，只要不離開(kāi)本發(fā)明的精神和范圍可做出各種變化或修改。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.聚乳酸/苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂增容共混材料，由聚乳酸、苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂以及增容劑共混而成，所述增容劑為苯乙烯類(lèi)單體和丙烯酸酯類(lèi)單體按質(zhì)量比100: (20?40)進(jìn)行乳液聚合得到的共聚物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增容共混材料，其特征在于，聚乳酸與苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂的質(zhì)量比為100: (5?40)，聚乳酸與增容劑質(zhì)量比為100: (0.1?5)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增容共混材料，其特征在于，聚乳酸為左旋聚乳酸、右旋聚乳酸和消旋聚乳酸中的一種，苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂為聚苯乙烯、高抗沖聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物中的一種。4.聚乳酸/聚苯乙烯增容共混材料的制備方法，包括以下步驟: 一次混合，將聚乳酸、聚苯乙烯和增容劑進(jìn)行機(jī)械混合； 二次共混，將初步混合好的聚乳酸、聚苯乙烯和增容劑進(jìn)行熔融共混。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述一次混合采用高速分散機(jī)混合，混合時(shí)間I?1分鐘。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述二次共混采用單螺桿擠出機(jī)，料筒溫度為160?200°C，螺桿轉(zhuǎn)速40?200轉(zhuǎn)/分。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，在一次混合之前，將所述聚乳酸和聚苯乙烯在70?120°C下，增容劑在50?70°C下分別干燥8?15小時(shí)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及聚乳酸/苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂增容共混材料及其制備方法，共混材料由聚乳酸、苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂以及增容劑共混而成，所述增容劑為苯乙烯類(lèi)單體和丙烯酸酯類(lèi)單體按質(zhì)量比100：（20~40）進(jìn)行乳液聚合得到的共聚物。制備方法包括：將苯乙烯單體與丙烯酸酯類(lèi)單體通過(guò)乳液聚合得到的增容劑，將聚乳酸、苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂和增容劑進(jìn)行熔融共混，得到聚乳酸/苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂增容共混材料。本發(fā)明材料提高了拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、彎曲強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度，提高了聚乳酸的熔體強(qiáng)度。反應(yīng)條件簡(jiǎn)單，加工工藝容易實(shí)現(xiàn)。綜合地降低了聚乳酸制品的物料成本和工藝成本。
【IPC分類(lèi)】C08L25/14, C08L25/16, C08L67/04, C08L53/02, C08L25/06, C08L51/04
【公開(kāi)號(hào)】CN105542412
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610054486
【發(fā)明人】龔興厚, 高翔, 陳業(yè)煌, 廖晴雨, 王敏, 吳劍, 劉北軍
【申請(qǐng)人】湖北工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2016年1月27日