一种PLA/PBAT增容共混物及其制备方法

一种pla/pbat增容共混物及其制备方法
技术领域
1.本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种pla/pbat增容共混物及其制备方法。

背景技术：

2.目前，大多数的包装材料还是不可再生的石油基制品，其带来的污染严重威胁我们赖以生存的环境。由此，可完全生物降解塑料应运而生。
3.聚乳酸(pla)近期受到极大的关注，因为它是可堆肥和可再生的，由玉米、木薯等原料生产，是一种具有高拉伸强度的线性脂肪族聚酯。与其他可降解材料相比，pla的低韧性限制了其加工和使用性能。研究pla与生物可降解聚合物共混改性是提高其韧性、保持整体可降解性的简单且有效的方法。
4.聚(己二酸丁烯-共对苯二甲酸酯)(pbat)是一种芳香族聚酯，具有优异的韧性和可加工性，用pbat对pla共混改性不仅可以保持可生物降解性，而且改善pla的脆性，是pla共混增韧的最佳选择之一。
5.然而，pla和pbat作为两相体系，不相容性是两者共混的首要问题，pla和pbat相容性差的特性造成了pla/pbat共混物机械性能较差。因此，需要改善pla和pbat的相容性，来进一步改善共混物的物理机械性能。

技术实现要素：

6.为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种pla/pbat增容共混物及其制备方法，通过该制备方法能够提高pla/pbat共混物中两相的相容性，增强界面粘合性，改善界面作用力，进而实现pla和pbat两相的力学性能得到最佳互补，共混物的机械性能得到有效提升。
7.一种pla/pbat增容共混物的制备方法，包括：
8.将pla或pbat与tgic进行熔融共混，后加入pbat或pla继续熔融共混，共混结束即得所述pla/pbat增容共混物。
9.上述制备方法中，利用tgic(异氰尿酸三缩水甘油酯)中的环氧基团与pla(聚乳酸)和pbat(聚(己二酸丁烯-共对苯二甲酸酯))末端的羟基和羧基基团发生反应，采用分步法，即先将pla和pbat中的任一种与tgic先进行熔融共混，再加入另外一种继续熔融共混，最终制得相容性改善的pla/pbat共混物。该分步法的设计有利于逐步引发tgic的环氧官能团分别与pla和pbat原位反应，从而生成更高含量的增容剂pla-g-pbat，其由于两亲性而主要分布于pla和pbat两相的相界面，起到高效的界面增容和提高界面粘结作用。且，tgic为多官能度小分子物质，具有很好的亲和性和分散性，能够在pla或pbat很好地分散，进而提高反应程度，进一步改善pla与pbat两相的相容性。
10.作为优选，以物料总质量分数为100wt％计，pla添加量为10～90wt％；pbat添加量为10～90wt％；tgic添加量为1～20wt％。
11.作为进一步优选，以物料总质量分数为100wt％计，pla添加量为60～80wt％；pbat添加量为20～40wt％；tgic添加量为2～10wt％。
12.作为更进一步优选，以物料总质量分数为100wt％计，pla添加量为65～70wt％；pbat添加量为25～30wt％；tgic添加量为3～5wt％。
13.作为优选，熔融共混的温度为165～240℃。进一步优选为180～210℃。更进一步优选为190～200℃。
14.作为优选，熔融共混的总时间为5～15min。进一步优选为8～10min。更进一步优选为8min。
15.作为优选，将pla或pbat与tgic熔融共混作为第一步，将加入pbat或pla后的熔融共混作为第二步；其中，第一步和第二步熔融共混的时间相同。
16.作为优选，熔融共混转子转速为50～120rpm。进一步优选为60～100rpm。更进一步优选为75～85rpm。
17.作为优选，pla、pbat、tgic在进行共混前先进行烘干处理。
18.作为优选，将pla或pbat与tgic先进行物理预混合，使物料混合均匀后再进行熔融共混。
19.作为具体优选，一种pla/pbat增容共混物的制备方法，包括：
20.将烘干后的pla或pbat与tgic混合均匀(物理预混合)后投入密炼机中进行熔融共混(密炼)；待物料熔融后，加入pbat或pla继续熔融共混，共混结束后得所述pla/pbat增容共混物。
21.一种pla/pbat增容共混物，由上述任一项所述的制备方法制备得到。
22.该pla/pbat增容共混物不仅能够生物降解，还具有优异的力学性能(拉伸强度、断裂伸长率)，特别是韧性(断裂伸长率)相对纯pla/pbat有极大提升。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
24.(1)本发明的pla/pbat增容共混物的制备方法，利用环氧基化合物tgic对pla/pbat共混物进行改性，提高pla/pbat共混物的相容性，并改善其力学性能。混合过程中采用分步法制备增容共混物，多官能环氧增容剂tgic先和pbat或pla熔融混合，得到预混物pbta/tgic或pla/tgic；再将pla或pbta和对应的预混物进行熔融混合。采用该分步法可逐步引发tgic的环氧官能团分别与pla和pbat原位反应，从而生成高含量的增容剂pla-g-pbat，其由于两亲性而主要分布于pla和pbat两相的相界面，起到高效的界面增容和提高界面粘结作用。
25.(2)本发明的pla/pbat增容共混物的制备方法中，tgic的加入改善了pla、pbat两相界面之间粘合力差的问题，有效减小分散相尺寸，提高界面粘结牢度，达到共混物增容的目的，进一步提高pla/pbat增容共混物的机械性能。
26.(3)本发明提供的环氧基化合物tgic改性pla/pbat共混物的制备方法工艺简单，绿环保，增容共混物兼具pla的强度和pbat的韧性，并能够生物降解，在农业薄膜、食品包装等应用领域前景广阔。
附图说明
27.图1为本技术实施例1中制备的共混物的sem(scanning electron microscope，扫
描电子显微镜)图像；
28.图2为本技术实施例2中制备的共混物的sem图像；
29.图3为对比例1中制备的共混物的sem图像；
30.图4为对比例2中制备的共混物的sem图像；
31.图5为对比例3中制备的共混物的sem图像。
具体实施方式
32.下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
33.下列实施例中采用的pla购自美国natureworks公司，型号4032d。
34.pabt购自德国巴斯夫公司，型号c1200。
35.异氰尿酸三缩水甘油酯(tgic)，购自麦克林。
36.拉伸测试根据iso527-2/5a标准，以10mm/min的速度进行，每个样品至少测试5次，取平均值。
37.断裂伸长率根据iso527-2/5a标准，每个样品至少测5次，取平均值。
38.实施例1
39.将干燥好的pbat和tgic按照表1的质量比混合均匀后加入密炼机中，在195℃，80rpm的速度下密炼4分钟。待预混物熔融后，再加入pla继续密炼4min，得到高界面相容性的pla、pbat和tgic共混物，即pla/pbat增容共混物。
40.使用热压机制备用于性能测试的样品，记为1#样品。
41.实施例2
42.将干燥好的pla和tgic按照表1的质量比混合均匀后加入密炼机中，在195℃，80rpm的速度下密炼4min。待预混物熔融后，再加入pbat继续密炼4min，得到高界面相容性的pla、pbat和tgic共混物，即pla/pbat增容共混物。
43.使用热压机制备用于性能测试的样品，记为2#样品。
44.对比例1
45.将干燥好的pla、pbat和tgic按照表1的质量比混合均匀后同时加入密炼机中，在195℃，80rpm的速度下密炼8min，得到tgic改性的pla/pbat共混物。
46.使用热压机制备用于性能测试的样品，记为3#样品。
47.对比例2
48.将干燥好的pla和pbat按照表1的质量比混合均匀后加入密炼机中，在195℃，80rpm的速度下密炼4min。待预混物熔融后，再加入tgic继续密炼4min，得到tgic改性的pla/pbat共混物。
49.使用热压机制备用于性能测试的样品，记为4#样品。
50.对比例3
51.将干燥好的pla和pbat按照表1的质量比混合均匀后加入密炼机中，在195℃，80rpm的速度下密炼8min，得到pla/pbat共混物，。
52.使用热压机制备用于性能测试的样品，记为5#样品。
53.各实施例和对比例中物料配比见表1。
54.表1各实施例和对比例中pla、pbat和tgic配比
[0055] pla(wt％)pbat(wt％)tgic(wt％)实施例167.228.84实施例267.228.84对比例167.228.84对比例267.228.84对比例37030—
[0056]
按照iso527-2/5a对上述实施例和对比例所得的共混物进行拉伸强度(抗拉强度)和断裂伸长率进行测试测试，结果见表2。
[0057]
表2实施例1-2和对比例1～3制备的样品的力学性能测试结果
[0058][0059][0060]
由表2可以看出，与对比例3制得的纯pla/pbat复合材料(共混材料)相比，使用tgic作为相容剂的实施例1～2和对比例1～2中制得的pla/pbat复合材料具有更好的断裂韧性，说明tgic的使用能够有效改善pla/pbat共混物中两相之间的相容性，进而提高共混物的机械性能。
[0061]
其中，实施例1和2中制备的1#和2#样品的机械性能(拉伸强度和断裂伸长率)明显优于对比例1和2中制备的3#和4#样品，特别是断裂伸长率，提升幅度尤为明显。说明，实施例1和2中将pbat或pla先和tgic预共混后再与pla或pbat熔融混合，相比对比例1中直接将pbat、pla和tgic一起熔融共混以及对比例2中先将pbat和pla预共混再与tgic熔融共混，实施例1和2中的共混改性方式更有利于逐步引发tgic的环氧官能团分别与pla和pbat原位反应，从而生成更高含量的增容剂pla-g-pbat，其由于两亲性而主要分布于pla和pbat两相的相界面，起到高效的界面增容和提高界面粘结作用，能够有效提高最终共混材料的机械性能。
[0062]
实施例1中制得的(pbat/4％t)/pla(1#样品)的断裂伸长率比对比例3中制得的pla/pbat共混物(5#样品)提升2565.62％，抗拉强度提升至32.13mpa，具有最优的机械性能。通过对共混物力学性能测试发现，采用扩链的方法(实施例1和2)可显著提高共混物的界面相容性，改性后的共混物力学性能得到显著提高，特别是韧性的改善最为突出。
[0063]
另外，图1～5也分别给出了对应实施例1～2和对比例1～3所得的共混物的sem图像。由图1～5可以看出，相比图3～5中的对比例1～3中制得的共混物的形貌，图1和2中分别
显示的实施例1和2中加入tgic作为相容剂后，分散相以更小的粒径尺寸均匀分散在pla基体中，说明实施例1和2的共混物的相容效果较为理想，各组分间的界面粘合力更强，这是由于共混物间的界面增容作用所致。tgic的环氧基与pla和pbat末端的羧基或羟基发生反应，在界面处生成以共价键连接的支链。

技术特征：

1.一种pla/pbat增容共混物的制备方法，其特征在于，包括：将pla或pbat与tgic进行熔融共混，后加入pbat或pla继续熔融共混，共混结束即得所述pla/pbat增容共混物。2.根据权利要求1所述的pla/pbat增容共混物的制备方法，其特征在于，以物料总质量分数为100wt％计，pla添加量为10～90wt％；pbat添加量为10～90wt％；tgic添加量为1～20wt％。3.根据权利要求2所述的pla/pbat增容共混物的制备方法，其特征在于，以物料总质量分数为100wt％计，pla添加量为60～80wt％；pbat添加量为20～40wt％；tgic添加量为2～10wt％。4.根据权利要求1所述的pla/pbat增容共混物的制备方法，其特征在于，熔融共混的温度为165～240℃，熔融共混的总时间为5～15min；熔融共混转子转速为50～120rpm。5.根据权利要求1所述的pla/pbat增容共混物的制备方法，其特征在于，pla、pbat、tgic在进行共混前先进行烘干处理。6.根据权利要求1所述的pla/pbat增容共混物的制备方法，其特征在于，将pla或pbat与tgic先进行物理预混合，使物料混合均匀后再进行熔融共混。7.一种pla/pbat增容共混物，其特征在于，由权利要求1～6中任一项所述的制备方法制备得到。

技术总结

本发明提供一种PLA/PBAT增容共混物及其制备方法。其中，上述制备方法利用环氧基化合物TGIC对PLA/PBAT共混物进行改性，提高共混物的相容性，并改善其力学性能。混合过程中采用分步法制备增容共混物，多官能环氧增容剂TGIC先和PBAT或PLA熔融预混合，再将PLA或PBTA和对应的预混物进熔融混合。采用该分步法可先在分散相界面上发生扩链反应，有利于逐步引发TGIC的环氧官能团分别与PLA和PBAT原位反应，从而生成更高含量的增容剂PLA-g-PBAT，其由于两亲性而主要分布于PLA和PBAT两相的相界面，起到高效的界面增容和提高界面粘结作用，提高PLA/PBAT增容共混物的机械性能。PBAT增容共混物的机械性能。