技术领域:
本发明涉及聚乳酸类聚合物组合物,更详细的说涉及可塑剂赋予 聚合物柔软性、韧性。
技术背景:
随着目前全世界的塑料的消费越来越多,塑料的发展也随之出现 了两个严峻的问题:1.大量的废弃塑料给环境施以很大的压力2.有限 的石油资源给塑料的生产敲响了警钟。
聚乳酸(PLA)在有氧和水的调节下很容易被生物降解成CO2和H2O,且PLA的原料是来自一年生的植物玉米,这样PLA的发现 就完全解决了塑料行业遇到的两大致命性的问题,因此PLA的应用 必将取代塑料在某些方面的应用。
但是在用于薄膜方面PLA也有很大的困难:因为PLA具有很大 的脆性,若想把PLA制成薄膜且有很大的韧性,必须改善PLA的韧 性;若想提高PLA的韧性必须通过添加剂的调节。
目前有很多学者和专家也用了很多添加剂来改善PLA的韧性, 如Ljungberg等利用甘油三乙酯和柠檬酸三丁酯来增塑PLA,但是这 样制得的薄膜在使用过程中容易不断的冷结晶,迫使增塑剂迁移到薄 膜的表面,导致薄膜的性能随时间的延长而迅速改变,最终柔性大大 的降低。Yue等利用共混来提高PLA的韧性,他们研究聚乳酸和聚 环氧乙烷/聚乙二醇共混,但是共混物的性能不是很理想。虽然共混 的方法比较简单但是性能很难达到工业的需求。中国科学院成都有机 化学研究所发明了以三异丁基铝作为催化剂制备高分子量的聚乳酸 与聚醚二醇的嵌端共聚物,但是该过程序要加入分子量调节剂,且对 丙交酯的纯度要求较高,特别是水分的处理相当的复杂。
发明内容:
本发明的可塑剂的聚乳酸类聚合物不会在使用过程中从聚乳酸 产品中迁移出来,催化剂也不会像以往的重金属催化剂在使用过程中 析出致毒。
本发明采用的技术解决方案是:
一种可塑剂的聚乳酸类聚合物,其特征是:是以铁的化合物作为 催化剂,利用丙交酯与聚亚烷基醚类聚合 物进行聚合制得的聚合物;其结构为PLA-B-PLA,其中B的结构 为n为2~6,PLA为聚乳酸。
聚亚烷基醚类聚合物的结构为线性聚合物,是分子量在 1500~15000的聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)或聚四氢呋喃 (PTMG)。所述铁的化合物为乙酰丙酮铁或硬脂酸铁。
一种可塑剂的聚乳酸类聚合物的生产方法,其特征是:将丙交酯 与结构式为的聚亚烷基醚类聚合物,在催 化剂存在的条件下,反应制得产品;所述催化剂为铁的化合物。
聚亚烷基醚类聚合物的用量为相当于可塑剂聚乳酸聚合物重量 的20%~80%。催化剂的用量为相当于可塑剂的聚乳酸类聚合物重量 的0.05~3.0%。
以PEG-6000作为原料,通过真空干燥后加入丙交酯和催化剂然 后在氮气保护下反应,再加入失活剂反应,最后慢慢抽真空脱挥即可。
在以上的方法中,制得的可塑剂的聚乳酸类聚合物的分子量在 7500~16000之间。该可塑剂的聚乳酸与聚乳酸共混,最终制得塑性 的聚乳酸组合物。该薄膜在温度为23℃时拉伸模量可以达到 0.1~2GPa。最终薄膜中低聚物的含量在2wt%以下。
与以往的技术相比,本发明的有益效果在于:
1.本发明制得的可塑剂的聚乳酸是PLA和PEG的嵌段共聚物, 因此不会从PLA的薄膜产品中迁移出来,这样就解决了以往的添加 剂从薄膜产品中迁移出来的缺陷,从而解决了PLA薄膜产品的使用 寿命问题;2.由于该实验使用的催化剂是铁的化合物, 不仅催化剂价格比较便宜而且在使用的过程中催化剂不会析出,不像 以往的Sn等重金属催化剂在使用中容易析出有毒重金属导致产品的 使用范围受到限制;3.该可塑剂的聚乳酸塑化效果比较好,制得的薄膜 在23℃的条件下伸模量可以达到0.1~2GPa。
实施例1:
可塑剂聚乳酸聚合物的制备:
在洗净的带有吐嘴的试管中加入58.9g的PEG-6000,然后装上 重合头,放到160℃的硅油槽中,连接搅拌,搅拌的速度调到17rpm, 在PEG溶解前用氮气反复置换反应体系,约3回,然后在全真空下 反应30分钟(真空度大约是300Pa)。恢复常压加入准备好的41.1g 并交酯,搅拌速度调到29rpm,并用氮气置换反应体系约3回合,通 入氮气反应10分钟后,加入催化剂乙酰丙酮铁(0.1mol/ml,2.5ml, 甲苯为溶剂),继续置换3回合后通入氮气下反应2个小时,再加入 失活剂磷酸结晶物(0.1mol/ml,0.09ml)通入氮气下反应20分钟后 开始脱挥,慢慢抽真空半小时,最终压力为200Pa左右,最后吐出。 塑性聚乳酸类聚合物组合物的制备:
称取30g该实施例制备得到的可塑剂聚乳酸聚合物与70g聚乳酸 混合加入硬质试管中,然后将试管放入210℃的硅油槽中,氮气保护 下反应20分钟,搅拌速度为29r/min,后真空下反应30分钟即可。
实施例2:
实验过程以及条件和实施例1相同,催化剂的量为0.1mol/L,10ml, 甲苯作为溶剂。
实施例3:
实验过程和条件与实施例1相同,催化剂的量为1mol/L,2.5ml, 甲苯作为溶剂。
实施例4:
实验过程和条件与实施例1相同,催化剂的量为0.1mol/L,1.4ml, 甲苯为溶剂;PEG-6000的量为13.7g。
实施例5:
实验过程和条件与实施例1相同,催化剂的量为0.1mol/L,3.5ml, 甲苯作为熔剂;PEG-6000的量为95.9g。
实施例6:
实验过程和条件与实施例1相同,催化剂为硬脂酸铁,用量为 0.1mol/L,2.5ml,甲苯作为熔剂;PEG-6000的量为58.9g。
实施例7:
试验过程和条件与实施例1相同,其可塑剂为PTMG-1800,用 量为35.4g,丙交酯的用量为64.6g;催化剂为乙酰丙酮铁,用量为 0.1mol/L,2.5ml。
实施例8:
试验过程和条件与实施例1相同,其可塑剂为PPG-6000,用量 为58.9g,丙交酯的用量为41.1g,催化剂为乙酰丙酮铁,用量为 0.1mol/L,2.5ml。
实施例9:
将丙交酯与分子量在1500~15000的聚乙二醇(或聚丙二醇或聚 四氢呋喃)在催化剂乙酰丙酮铁(或硬脂酸铁)存在的条件下,反应 制得产品;聚亚烷基醚类聚合物的用量为相当于可塑剂聚乳酸聚合物 重量的20%~80%(例20%、50%、80%),催化剂的用量为相当于 可塑剂的聚乳酸类聚合物重量的0.05~3.0%(例0.05%、1.5%、3%)。
制得产品结构为PLA-B-PLA,其中B的结构为n为2~6(例2、4、6),PLA为聚乳酸。
比较例1:
实验过程和条件与实施例1相同,催化剂为为异辛酸铝 (0.1mol/L,2.2ml,甲苯作为熔剂);PEG的量为58.9g。
比较例2:
实验过程和条件与实施例1相同,催化剂为乙酸钙(0.1mol/L, 6.2ml,甲苯为溶剂)。
比较例3:
实验过程和条件与实施例1相同,催化剂为氯化锂(0.1mol/L,23ml, 甲苯为溶剂)。
产品的技术指标:
从上面的表格可以看出,用乙酰丙酮铁作为催化剂与用Sn作为 催化剂制得的可塑剂的聚乳酸的技术指标相当。乙酰丙酮铁完全可以 替代Sn的催化剂,使催化剂的价格大大的降低,而且在使用过程中 也不会有有毒重金属的析出。这样使用乙酰丙酮铁作为催化剂不仪可 以制得塑性的PLA,而且使得其应用范围更加广泛使用寿命也变得更 长。
产品的性能评价方法:
1.COOH含量的测定采用光学滴定法测定。将可塑剂的聚乳酸溶于邻 甲苯酚和氯仿的混合液(重量比为:3/7)中,加入溴百里酚蓝指示 剂,然后用0.05N的氢氧化钾的乙醇溶液进行滴定。
2.薄膜中丙交酯单体含量的测定:
采用气相色谱(GC-14B)进行测定:测定方法是内部标准法。
测定条件:
气化室温度:180℃
检出器温度:220℃
升温条件:起始温度80℃,升温速度为10℃/min,最终温度是 200℃保持时间是5分钟。
注入量:1ul 检出界限:100ppm
3.分子量的测定:
用凝胶色谱(GPC)测定,以THF作为溶剂,将可塑剂的聚乳 酸配成1mg/ml,以THF作为流动相。
4.PLA薄膜拉伸模量的测定:
将评价用的薄膜制成宽度为10mm,长度为150mm的片,在温 度为23℃湿度是65%RH的条件下进行1天的调湿处理。这个试料在 23℃的氮气条件下按照JIS K7161和JIS K71727的标准条件准备好, 采用万能试验机UTC-100,以初期长50mm,拉伸速度为300mm每分 钟的条件进行拉伸试验,测定其拉伸模量。测定时在同一水准下,测 定5次,求出5次的平均值将其作为拉伸模量。