專利名稱：一種改性聚碳酸亞丙酯材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料科學領(lǐng)域，尤其是一種高分子材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
二氧化碳是許多工業(yè)領(lǐng)域所產(chǎn)生的廢氣，排放到大氣層中，不僅對環(huán)境造成了污染，而且也是碳資源的浪費。利用二氧化碳與環(huán)氧丙烷共聚反應(yīng)可以固定二氧化碳，同時合成得到聚碳酸亞丙酯(PPC)材料，這種材料具有無毒、無味、阻隔性能優(yōu)異、完全生物降解等特性，可以代替普通塑料解決“白色污染”問題，因此具有雙環(huán)保作用。但是，由于PPC分子鏈間相互作用力小，呈現(xiàn)出力學性能較差、低溫脆性與粘流等問題；同時，醚鍵的存在使得PPC主鏈鏈段容易繞醚鍵發(fā)生內(nèi)旋轉(zhuǎn)，增加了分子鏈的柔性，因此它的玻璃化溫度(Tg)較低(35°C左右)，呈現(xiàn)出熱學性能較差。溫度在Tg以上時，PPC發(fā)生粘結(jié)塊，影響其儲存和 運輸；在Tg以下時，PPC處于玻璃態(tài)，脆性較大，因此PPC材料的熱學性能及力學性能相對較差，加工溫度范圍狹窄等因素限制了該材料在工業(yè)上的應(yīng)用。聚乙烯醇(PVA)是一種應(yīng)用廣泛的合成高分子材料，它具有線型大分子，在柔性主鏈上含有大量羥基，分子間和分子內(nèi)形成大量氫鍵，物理交聯(lián)點多，密度高，使得PVA具有良好的熱學性能和力學性能。通過不同性能聚合物的共混改性使材料性能不足之處得到互補，是一種開發(fā)新材料簡單有效地方法。復合材料集合幾種基體材料的優(yōu)點，實現(xiàn)不足處互補，所以復合材料能夠滿足單一材料不能滿足的某些性能要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改性聚碳酸亞丙酯材料及其制備方法，它能改善聚碳酸亞丙酯材料的力學性能，擴寬其應(yīng)用領(lǐng)域，提高其使用價值，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種改性聚碳酸亞丙酯材料，按重量份數(shù)計算，包括50 100份聚碳酸亞丙酯，80 95份聚乙烯醇，5 20份乙烯-丙烯酸共聚物以及I. 5 2. 5份氯化鋰。所選的聚乙烯醇的聚合度為500 2400、醇解度為88%?！N改性聚碳酸亞丙酯材料的制備方法，先將聚乙烯醇、乙烯-丙烯酸共聚物及氯化鋰進行預(yù)混合，然后將混合后的物料加入雙螺桿擠出機中進行擠出，將擠出的物料切粒，獲得改性的聚乙烯醇材料；然后，將改性的聚乙烯醇材料與聚碳酸亞丙酯進行預(yù)混合，再將混合后的物料加入雙螺桿擠出機中進行擠出，將擠出的物料切粒，即獲得了成品。第一次擠出溫度為170°C 210°C，雙螺桿擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速50 300rad/min ；第二次擠出溫度為120°C 180°C，雙螺桿擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速100 300rad/min。聚乙烯醇(PVA)是由聚醋酸乙烯酯水解而成，并可完全生物降解的水溶性聚合物，其強度較大，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔點分別是在68°C左右和200°C左右。乙烯-丙烯酸共聚物以下縮寫為EAA。氯化鋰以下縮寫為LiCl。
本發(fā)明的原理在于PVA玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在68°C左右，熔點在200°C左右，PVA與PPC共混得到的共混物發(fā)粘結(jié)塊的溫度高于純PPC，力學性能優(yōu)于純PPC，且可以完全生物降解；加入EAA和LiCl是為了改善PVA的加工性能，實現(xiàn)較低溫度的加工，提高加工效率；擠出造粒的溫度不超過210°C可以保證在加工過程中PPC和PVA不發(fā)生熱分解。為了驗證本發(fā)明的技術(shù)效果，進行了如下實驗 I、實驗設(shè)計
通過表I和表2的配方，確定聚乙烯醇、乙烯-丙烯酸共聚物和氯化鋰進行熔融共混擠出的最佳配比，制備改性聚乙烯醇，然后按照表3和表4的配方將改性的聚乙烯醇材料再與PPC熔融共混擠出，獲得性能良好的成品。表I用EAA改性PVA0588和PVA1788的配方(單位重量份數(shù))
_fMM__P^A__EAA_
II953
I90K)
__3__85__15_
4I8020
H丨 S2 ^
通過實驗發(fā)現(xiàn)，當EAA含量較低或者較高時，混合材料不易擠出造粒，加工效率低。當EAA重量份數(shù)為15份時，能很好的實現(xiàn)擠出造粒。雖然很好擠出造粒，但是PVA0588的加工溫度依然過高，不合適與PPC熔融共混擠出，故繼續(xù)加入LICl，改善PVC熔融加工性能，其配方如下表所示。表2 EAA-LiCl復合改性PVA0588的配方(單位重量份數(shù))
材料 PVAEAA LiCl_改性 PVA-I____5__15
_ggfjPVA-2__ IO__I "
__改性 PVA>3_ Sy13__2
改性 3P\:4-4SJIZ2 J
改性 PWS 202.5
改152.5
圖I為不同配比的改性PVA0588復合材料的熔融曲線圖。由圖I可以看出，當PVA的含量為85份、EAA含量為15份和LiCl含量為2. 5份時，改性PVA0588復合材料的熔點最低，與PPC的加工溫度相近，并且加工性能良好。因此，選擇PVA的含量為85份、LiCl含量為2. 5份、EAA含量為15份的改性PVA材料來改性PPC最為合適。同樣用此配方改性PVA1788。PPC-20%改性PVA0588則表示為PPC的重量份數(shù)為80份，改性PVA的重量份數(shù)為20份，其他表示以此類推。2、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測試和熱重測試
將材料進行玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測試；實驗中各組材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度如圖2及圖4所示，實驗中材料的熱穩(wěn)定性如圖3及圖5所示。根據(jù)圖2及圖4可以得知，由于PPC中加入了改性PVA，因此其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度顯著提高，解決了純PPC易發(fā)生粘塊的問題。根據(jù)圖3及圖5可以得知，加入改性PVA后，PPC的熱穩(wěn)定性明顯增強。3、力學性能測試 通過注塑機將材料注塑為標準測試樣條，然后按照國標進行力學性能測試，記錄測試結(jié)果。其測試的結(jié)果如表3和表4所示。表3 PPC-改性PVA0588的力學性能測試
材料抗拉強度/MPa斷裂伸長率/%
純 EPC 9,2438,5
PPC-20。, 改性 Pm05SS ICil16,9
PPC-40% 改性 P140588 24.04,6
PPC-500...。改性 88 31-83i)
PPC-<50% 改性 PVA05S8 34Xi3 J
PPC-80。+ 改性 P\^405SS 37-33.1
表4 PPC-改性PVA1788的力學性能測試
材料拉伸強度/MPa斷裂伸長率/%
純 EPC 9,2438.5
PPC-10% 改性 PVA17SS 10 41CR2
PPC-20°&改性 P141.788 1L230J
PPC-30。。改性 ICO21.4
PPC-40% 改性 PVA1788 11.5S.3
PPC-50。。改性 P141.788 IlJ玉 5通過表3可以得知，純PPC力學性能并不理想，拉伸強度較低。在PPC中加入了改性PVA后，PPC的力學性能獲得了改善，拉伸強度逐漸增加，而斷裂伸長率不斷降低，具有良好的強度和剛性。通過表4可以看出，在PPC中添加改性的PVA1788后，拉伸強度也呈上升趨勢，但是與PVA0588相比較，增強的幅度不大，而斷裂伸長率也是呈緩慢下降趨勢變化。結(jié)合表3及表4可以得知，效果最理想的是將改性的PVA與PPC按I: I進行共混。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用將PPC與經(jīng)過改性的PVA進行共混，獲得改性PPC，這樣改性PPC解決了儲存和運輸不方便的難題，同時力學性能有了很大的改善，擴大了其應(yīng)用范圍，且可以生物降解。本發(fā)明的制備方法工藝簡單、易操作，非常適宜工業(yè)化生產(chǎn)。


附圖I為不同配比的改性PVA0588復合材料的熔融曲線圖；· 附圖2為不同質(zhì)量份數(shù)改性PVA0588對PPC玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg的影響；
附圖3為不同質(zhì)量份數(shù)改性PVA0588對PPC熱穩(wěn)定性的影響；
附圖4為不同質(zhì)量份數(shù)改性PVA1788對PPC玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg的影響；
附圖5為不同質(zhì)量份數(shù)改性PVA1788對PPC熱穩(wěn)定性的影響。
具體實施例方式本發(fā)明的實施例I :一種改性聚碳酸亞丙酯材料的制備，按重量份數(shù)計算，先將95份聚合度為500、醇解度為88%的PVA與5份EAA及I. 5份LiCl進行預(yù)混合，然后將混合后的物料加入雙螺桿擠出機中進行擠出，擠出溫度為180°C，雙螺桿擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速200rad/min ;將擠出的物料切粒，獲得改性的PVA材料；然后，將改性的PVA材料與95份PPC進行預(yù)混合，再將混合后的物料加入雙螺桿擠出機中進行擠出，擠出溫度為175°C，雙螺桿擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速300rad/min ;將擠出的物料切粒，即獲得了成品。本發(fā)明的實施例2 :—種改性聚碳酸亞丙酯材料的制備，按重量份數(shù)計算，先將85份聚合度為1700、醇解度為88%的PVA與15份EAA及2. 5份LiCl進行預(yù)混合，然后將混合后的物料加入雙螺桿擠出機中進行擠出，擠出溫度為200 V，雙螺桿擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速200rad/min ;將擠出的物料切粒，獲得改性的PVA材料；然后，將改性的PVA材料與100份PPC進行預(yù)混合，再將混合后的物料加入雙螺桿擠出機中進行擠出，擠出溫度為175°C，雙螺桿擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速300rad/min ;將擠出的物料切粒，即獲得了成品。本發(fā)明的實施例3 :—種改性聚碳酸亞丙酯材料的制備，按重量份數(shù)計算，先將85份聚合度為2400、醇解度為88%的PVA與20份EAA及2份LiCl進行預(yù)混合，然后將混合后的物料加入雙螺桿擠出機中進行擠出，擠出溫度為210°C，雙螺桿擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速150rad/min ;將擠出的物料切粒，獲得改性的PVA材料；然后，將改性的PVA材料與50份PPC進行預(yù)混合，再將混合后的物料加入雙螺桿擠出機中進行擠出，擠出溫度為150°C，雙螺桿擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速200rad/min ;將擠出的物料切粒，即獲得了成品。
權(quán)利要求
1.一種改性聚碳酸亞丙酯材料，其特征在于按重量份數(shù)計算，包括50 100份聚碳酸亞丙酯，80 95份聚乙烯醇，5 20份乙烯-丙烯酸共聚物以及I. 5 2. 5份氯化鋰。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種改性聚碳酸亞丙酯材料，其特征在于所選的聚乙烯醇的聚合度為500 2400、醇解度為88%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種改性聚碳酸亞丙酯材料的制備方法，其特征在于先將聚乙烯醇、乙烯-丙烯酸共聚物及氯化鋰進行預(yù)混合，然后將混合后的物料加入雙螺桿擠出機中進行擠出，將擠出的物料切粒，獲得改性的聚乙烯醇材料；然后，將改性的聚乙烯醇材料與聚碳酸亞丙酯按照配方進行預(yù)混合，再將混合后的物料加入雙螺桿擠出機中進行擠出，將擠出的物料切粒，即獲得了成品。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改性聚碳酸亞丙酯材料的制備方法，其特征在于第一次擠出溫度為170°C 210°C，雙螺桿擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速50 300rad/min ;第二次擠出溫度為120°C 180°C，雙螺桿擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速100 300rad/min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改性聚碳酸亞丙酯材料，按重量份數(shù)計算，包括50～100份聚碳酸亞丙酯，80～95份聚乙烯醇，5～20份乙烯-丙烯酸共聚物以及1.5～2.5份氯化鋰。本發(fā)明采用將PPC與經(jīng)過改性的PVA進行共混，獲得改性PPC，這樣改性PPC解決了儲存和運輸不方便的難題，同時力學性能有了很大的改善，擴大其應(yīng)用范圍，并可以生物降解。本發(fā)明的制備方法工藝簡單、易操作，非常適宜工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C08K3/16GK102702718SQ201210235289
公開日2012年10月3日 申請日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月9日
發(fā)明者于杰, 何敏, 張敏敏, 秦舒浩, 羅筑, 郝智, 郭建兵, 雷楊 申請人:貴州省復合改性聚合物材料工程技術(shù)研究中心