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巴斯夫扩链剂在可生物降解材料的扩链增粘效果及应用

巴斯夫扩链剂在可生物降解材料的扩链增粘效果及应用

  • 分类:扩链剂百科
  • 作者:Kimson Wong
  • 来源:
  • 发布时间:2020-11-02 17:28
  • 访问量:

【概要描述】 目前国内外生产的 PLA最普遍的问题是分子量较低, 主要原因是丙交酯的纯度过低,制不成纯度达到 99.5%L-乳酸,造成机械性能不好;另一个情况是由于聚乳酸分子两端分别含有 -COOH和-OH吸水基团,在开放式的加工中不可避免的吸收水分,根据调查发现在 PLA含水量达不到 200ppm的情况下, PLA的性能下降的主要原因是水分降解,热氧降解因素是较次要的。

巴斯夫扩链剂在可生物降解材料的扩链增粘效果及应用

【概要描述】 目前国内外生产的 PLA最普遍的问题是分子量较低, 主要原因是丙交酯的纯度过低,制不成纯度达到 99.5%L-乳酸,造成机械性能不好;另一个情况是由于聚乳酸分子两端分别含有 -COOH和-OH吸水基团,在开放式的加工中不可避免的吸收水分,根据调查发现在 PLA含水量达不到 200ppm的情况下, PLA的性能下降的主要原因是水分降解,热氧降解因素是较次要的。

  • 分类:扩链剂百科
  • 作者:Kimson Wong
  • 来源:
  • 发布时间:2020-11-02 17:28
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1PLA加扩链剂加硬脂酸锌挤出抽粒工艺巴斯夫扩链剂在可生物降解材料的扩链增粘效果及应用 -PLAPBSPHAPHBPCL 

 

        目前国内外生产的 PLA最普遍的问题是分子量较低, 主要原因是丙交酯的纯度过低,制不成纯度达到 99.5%L-乳酸,造成机械性能不好;另一个情况是由于聚乳酸分子两端分别含有 -COOH-OH吸水基团,在开放式的加工中不可避免的吸收水分,根据调查发现在 PLA含水量达不到 200ppm的情况下, PLA的性能下降的主要原因是水分降解,热氧降解因素是较次要的。

 

 

一、PLA水分降解含湿量和 PLA降解的平衡关系如下: 1

二、ADR扩链剂对 PLA分子量的影响根据 ADR扩链剂的扩链原理,PLA在扩链后提高了其本身的分子量 (分子链增长),其必然结果会造成 -COOH和-OH吸水基团减少而降低其吸水率。

        扩链剂有助于降低由于 Mw减少而导致的性能下降。PLA使用 ADR改性后分子量增加, BASF的试验结果已经证明。ADR含量对 PLA分子量的影响如下图所示:图 2

        ADR-4368C/CS和 ADR-4370S通过支化反应最大限度的提高分子量以适应高融体强度的应用,适用于吹塑薄膜、片材和低密度发泡;ADR-4300和 ADR-4385通过适度的支化反应提高分子量以适应高速加工应用, 适用于条带、低密度发泡、单向和双向拉伸薄膜;ADR-4380通过主链和低支化扩链来获得流变和机械性能的理想平衡,适用于高密度发泡、片材、长条物品、纤维(短纤维、单丝)等。

 

三、ADR扩链剂改性PLA的性能

 

        在需要高熔体强度的场合,ADR-4368C/CS和ADR-4370S通过支化反应使PLA  熔体强度达到最大,解决了均化塑料胚型、异型材下垂,闭孔结构/低密度发泡等问题;在需要高弹性的场合,ADR-4300和4385通过适当的支化反应使PLA熔体强度提高,解决深凹异型品热成型加工、平衡取向性/性能等;ADR-4380依靠线性扩链增加熔体强度,以适应剪切速率的变化、解决了高定向纤维、剪切减少结晶、注射模塑等问题。


        (1) ADR对熔体强度的影响

 

        (2)剪切速率对PLA粘度的影响

        剪切速率对PLA粘度的影响如图3所示。

ADR对熔体强度的影响如图45所示。

四、ADR扩链剂对PLA的扩链方法

 

        这种方法使用简单,不需要完全干燥、催化剂和抽真空,ADR扩链剂就能大幅度的提高分子量和机械流变性能;在加工、后处理和回收低等级物料中,不需要固相聚合反应就能增加较高的价值。这种方法需要注意的问题:

 

        (1)在加工前PLA树脂要进行干燥,否则对扩链效果将会产生影响;

 

        (2)在真空排气口之前的螺杆组合的着眼点是让ADR扩链剂和PLA进行的分散混合,不希望进行反应,不要让剪切热造成局部过热;而在自然排气口到机头口模之间则要让ADR扩链剂和PLA进行充分的反应而达到扩链效果ADR扩链剂对PLA的扩链主要有两种方法。第一种方法是后加工反应挤出扩链,简单易行,是主要使用的方法;第二种方法是聚合反应时进行反应扩链,由于控制比较难,可变因素较多,使用者较少。

 

 

        1、反应挤出扩链最常使用的反应基础设备为通向双螺杆挤出机,如下图6示意。

        (3)固体ADR的熔点温度在120-140℃之间。要完成99%的反应,再200℃时需要大约30s。因此选用双螺杆挤出机时要考虑到螺杆长径比和螺杆转速的影响。必要时要首先进行大略的计算。

 

        建议螺杆的长径比L/D要大于36,最好使用L/D=48

 

        1,这样可以保证在较低的温度、较高的产量(较高的螺杆转速)下获得最佳的扩链效果;如果螺杆的长径比过小,势必要提高挤出温度来保证扩链效果,可能的后果就是PLA的降解;

 

        (4)温度的设置应当在PLA能充分的熔融和ADR能进行快速反应为前提条件,在此原则下,温度设定应取底限;

 

        (5)不要添加亚磷酸酯类的抗氧剂如168等;

 

        (6)为了使ADR扩链剂的扩链效果均匀,建议在模头添加虑网增加回流;(7)在较低温度下,建议添加150PPM硬脂酸锌。

 

2、聚合反应扩链

 

        这种扩链方式使用较少,目前尚没成功的经验和数据加以说明,但前景良好。曾经有一厂家进行过小釜试验,使PLA的分子量从14000提高到60000以上,效果十分明显。我司建议,如果是两步法,即丙交酯开环聚合来聚合PLA,是否应当在聚合完成后加入扩链剂来进行扩链反应?这在理论上是可行的,但尚没有成功的实验说明。

 

五、试验效果1、配方

Zine Stearate:硬脂酸锌

 

2、加工工艺:

 

1PLA加扩链剂加硬脂酸锌挤出抽粒工艺

        1)、PLA70度烘4个小时

 

        2)、高速搅拌机混合

 

        3)、双螺杆挤出机,Φ=26mm,L/D=40,各区的温度为:(进料区至模头)150℃、180℃、200℃、200℃、200℃、200℃、200℃、200℃、195℃、195℃;压力36,扭矩54%,喂料速率23s

 

        (2)纯PLA吹膜工艺

        1)、PLA70度烘4个小时

 

        2)、各区的温度为:(进料区至模头)180℃、181℃、180℃、181℃、180℃;扭矩54%,喂料速率49s

 

        3)加入扩链剂后PLA吹膜工艺

 

        1)、PLA70度烘4个小时

 

        2)、各区的温度为:(进料区至模头)210℃、210℃、210℃、210℃、210℃;扭矩77%,喂料速率49s

 

        3、测试结果:

 

        1)熔融指数的测试

        2)拉伸强度的测试

4、图表总结

 

        添加扩链剂ADR-4368-C后,熔融指数的减少。 

 

DR-4368-C后,拉伸屈服强度的增加。 

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