一种增塑增强改性聚乳酸塑料及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚乳酸塑料技术领域，具体涉及一种增塑增强改性聚乳酸塑料及其制备方法。

背景技术

塑料是20世纪以来开发出来的一种石油化学产品，在过去的几十年中被广泛用于人类生活的各个方面，然而，废旧塑料的不可降解性又给人类的生活环境带来白色污染。因此，为了解决不可降解塑料的处置问题，开发替代不可降解塑料的产品成为全世界科学家们重点关注的难题。

聚乳酸(PLA)是一种重要的生物基生物可降解聚合物，由生物基质、玉米等自然物质经过发酵得到乳酸，再通过化学缩聚以及通过丙交酯开环聚合而成。它具有良好的生物相容性，在自然环境中可被微生物完全降解生成水和二氧化碳，不会对环境造成危害。在食品包装、电子产品和医疗器械等行业中，聚乳酸所具有的高强度、高模量、透明性好、易加工成型的特点，在替代热塑性塑料方面具有很高的价值。

然而，聚乳酸的高生产成本和脆性阻碍了其广泛使用。现有技术中，通过增塑剂对聚乳酸进行改性解决了其脆性问题，提高了聚乳酸的柔韧性，但是也降低了其拉伸模量，导致力学性能变差。

发明内容

本发明的目的之一在于针对现有技术的不足，提供一种柔韧性和力学性能优异的增塑增强改性聚乳酸塑料。

本发明的目的之二在于针对现有技术的不足，提供一种增塑增强改性聚乳酸塑料的制备方法。

为实现上述目的之一，本发明采用如下技术方案：

提供一种增塑增强改性聚乳酸塑料，包括聚乳酸50-85份、改性棉纤维10-20份和马来酸二乙酯5-30份。

上述技术方案中，所述增塑增强改性聚乳酸塑料包括聚乳酸59-67份、改性棉纤维13-16 份和马来酸二乙酯20-25份。

优选的，所述增塑增强改性聚乳酸塑料包括聚乳酸67份、改性棉纤维13份和马来酸二乙酯20份。

优选的，所述增塑增强改性聚乳酸塑料包括聚乳酸65份、改性棉纤维15份和马来酸二乙酯20份。

优选的，所述增塑增强改性聚乳酸塑料包括聚乳酸59份、改性棉纤维16份和马来酸二乙酯25份。

优选的，所述增塑增强改性聚乳酸塑料包括聚乳酸62份、改性棉纤维13份和马来酸二乙酯25份。

上述技术方案中，所述改性棉纤维(MCF)的制备方法为：于室温下将棉纤维(CF)浸泡在质量分数为0.5-20wt％乙醇钠溶液5-30h，然后用蒸馏水冲洗至中性，接着在35-40℃的烤箱中干燥24-26小时，即得所述改性棉纤维。天然棉纤维分子结构中含有许多羟基，具有很强的亲水性能，而聚乳酸具有疏水性能，两者复合界面相容性差，通过对天然棉纤维进行碱处理改性，增加棉纤维表面的粗糙度，使得改性棉纤维与聚乳酸的粘附性增强，能够较好的相容，且改性棉纤维的热稳定性也得到提高。

上述技术方案中，所述聚乳酸的商品型号为4032D，摩尔质量为2.23×10

马来酸二乙酯(DM)的摩尔质量为172.18g/mol。

为实现上述目的之二，本发明采用如下技术方案：

提供一种增塑增强改性聚乳酸塑料的制备方法，包括如下步骤：

在扭矩流变仪上将配方量的聚乳酸、改性棉纤维、马来酸二乙酯熔融混合，熔融混合温度为110-240℃，转速为50-120rpm，混合时间为1-20min，然后将共混的样品切成小块，在平板固化机上于80-240℃、5-15MPa下热压5-15min后，将样品压成0.1cm厚的薄片，然后置于冷压机中保持压力并使其冷却至室温以进行固化，即得所述增塑增强改性聚乳酸塑料。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过改性棉纤维和马来酸二乙酯对聚乳酸进行改性，马来酸二乙酯作为一种小分子增塑剂，可以降低聚乳酸的玻璃化转变温度和柔韧性；改性棉纤维可以增强聚乳酸的力学性能，使断裂伸长率和抗冲击强度提高。得到的增塑增强改性聚乳酸塑料不仅具有生物可降解特性，而且具有高柔韧性和拉伸模量，表现出明显韧性断裂和优异的力学性能。

(2)本发明的增塑增强改性聚乳酸塑料的制备方法，操作简单，原料易得，在生物可降解材料领域具有广阔的应用前景。

具体实施方式

实施例1

一种增塑增强改性聚乳酸塑料的制备方法，包括如下步骤：取干燥的聚乳酸80重量份、改性棉纤维10重量份、马来酸二乙酯10重量份，将聚乳酸、改性棉纤维和马来酸二乙酯一同加入扭矩流变仪熔融混合，熔融混合温度为140℃，转速为80rpm，混合时间为7min。在整个实验过程中，温度，转速和混合时间保持不变。之后，将共混的样品切成小块，在平板固化机上于180℃和10MPa下热压8min后，将样品压成薄片，然后置于冷压机中保持压力并使其冷却至室温以进行固化，即得所述增塑增强改性聚乳酸塑料。

实施例2

一种增塑增强改性聚乳酸塑料的制备方法，包括如下步骤：取干燥的聚乳酸75重量份、改性棉纤维10重量份、马来酸二乙酯15重量份，将聚乳酸、改性棉纤维和马来酸二乙酯一同加入扭矩流变仪熔融混合，熔融混合温度为160℃，转速为80rpm，混合时间为7min。在整个实验过程中，温度，转速和混合时间保持不变。之后，将共混的样品切成小块，在平板固化机上于180℃和10MPa下热压8min后，将样品压成薄片，然后置于冷压机中保持压力并使其冷却至室温以进行固化，即得所述增塑增强改性聚乳酸塑料。

实施例3

一种增塑增强改性聚乳酸塑料的制备方法，包括如下步骤：取干燥的聚乳酸70重量份、改性棉纤维10重量份、马来酸二乙酯20重量份，将聚乳酸、改性棉纤维和马来酸二乙酯一同加入扭矩流变仪熔融混合，熔融混合温度为180℃，转速为80rpm，混合时间为7min。在整个实验过程中，温度，转速和混合时间保持不变。之后，将共混的样品切成小块，在平板固化机上于180℃和10MPa下热压8min后，将样品压成薄片，然后置于冷压机中保持压力使其冷却至室温以进行固化，即得所述增塑增强改性聚乳酸塑料。

实施例4

一种增塑增强改性聚乳酸塑料的制备方法，包括如下步骤：取干燥的聚乳酸67重量份、改性棉纤维13重量份、马来酸二乙酯20重量份，将聚乳酸、改性棉纤维和马来酸二乙酯一同加入扭矩流变仪熔融混合，熔融混合温度为200℃，转速为80rpm，混合时间为5min。在整个实验过程中，温度，转速和混合时间保持不变。之后，将共混的样品切成小块，在平板固化机上于180℃和10MPa下热压8min后，将样品压成薄片，然后置于冷压机中保持压力，并使其冷却至室温以进行固化，即得所述增塑增强改性聚乳酸塑料。

实施例5

一种增塑增强改性聚乳酸塑料的制备方法，包括如下步骤：取干燥的聚乳酸65重量份、改性棉纤维15重量份、马来酸二乙酯20重量份，将聚乳酸、改性棉纤维和马来酸二乙酯一同加入扭矩流变仪熔融混合，熔融混合温度为200℃，转速为80rpm，混合时间为6min。在整个实验过程中，温度，转速和混合时间保持不变。之后，将共混的样品切成小块，在平板固化机上于180℃和10MPa下热压8min后，将样品压成薄片，然后置于冷压机中保持压力，并使其冷却至室温以进行固化，即得所述增塑增强改性聚乳酸塑料。

实施例6

一种增塑增强改性聚乳酸塑料的制备方法，包括如下步骤：取干燥的聚乳酸59重量份、改性棉纤维16重量份、马来酸二乙酯25重量份，将聚乳酸、改性棉纤维和马来酸二乙酯一同加入扭矩流变仪熔融混合，熔融混合温度为180℃，转速为80rpm，混合时间为6min。在整个实验过程中，温度，转速和混合时间保持不变。之后，将共混的样品切成小块，在平板固化机上于180℃和10MPa下热压8min后，将样品压成薄片，然后置于冷压机中以保持压力，并使其冷却至室温以进行固化，即得所述增塑增强改性聚乳酸塑料。

实施例7

一种增塑增强改性聚乳酸塑料的制备方法，包括如下步骤：取干燥的聚乳酸62重量份、改性棉纤维13重量份、马来酸二乙酯25重量份，将聚乳酸、改性棉纤维和马来酸二乙酯一同加入扭矩流变仪熔融混合，熔融混合温度为180℃，转速为80rpm，混合时间为7min。在整个实验过程中，温度，转速和混合时间保持不变。之后，将共混的样品切成小块，在平板固化机上于180℃和10MPa下热压8min后，将样品压成薄片，然后置于冷压机中以保持压力，并使其冷却至室温以进行固化，即得所述增塑增强改性聚乳酸塑料。

对比例1

取干燥的聚乳酸100重量份加入扭矩流变仪熔融，所用的熔融温度为180℃，转速为 80rpm，时间为7min。在整个实验过程中，温度，转速和时间保持不变。之后，将样品切成小块，在平板固化机上于180℃和10MPa下热压8min后，将样品压成薄片，然后置于冷压机中以保持压力，并使其冷却至室温以进行固化，得到聚乳酸塑料。

测试与性能分析

(1)玻璃化转变温度：进行标准差示扫描量热法(DSC)测量，在氮气流下，以10℃ /min的速率将封装在铝锅中的2～6mg样品从0加热到180℃，记录下热流。

(2)拉伸性能：样条是50mm×3.5mm×1mm大小的哑铃形状，并且使用的测试标准是GB/T1040-1992，测试了五个样条并取平均值，试验温度为25℃，拉伸速度为15mm/min。

(3)冲击性能：使用样品切割机将样品制成尺寸为63.5mm×12.7mm×3.2mm的矩形样条，在切槽机上铣削成v形切口，得到悬臂梁切槽冲击样条。使用的测试标准为GB/T1843-1996，测试了五个样条并取平均值。

采用上述方法对实施例1-7及对比例1的塑料进行玻璃化转变温度、拉伸性能、冲击性能测试，结果参见表1。

表1

由表1可知，本发明制得的增塑增强改性聚乳酸塑料具有较好的柔韧性，断裂伸长率达到200％以上，且拉伸强度达到100MPa左右，玻璃化转变温度降低20℃左右。且用于改性聚乳酸的改性棉纤维和马来酸二乙酯都可以完全被生物降解。因此，本发明提供的增塑增强改性聚乳酸塑料在提高塑性和拉伸模量的同时保证了生物可降解性，使聚乳酸塑料的应用更广阔。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。