一种制备取向态聚乳酸型材的方法与流程

本发明涉及生产有机高分子型材的工艺，尤其是一种生产取向态聚乳酸型材的方法。
背景技术：
：聚乳酸作为一种可降解材料，有良好的组织相容性，因此在医学上有广泛的用途，但是常规的聚乳酸材料由于其强度低，制约了其在医学，特别是骨科上的应用。中国专利CN103540111A公开了一种高强度、耐高温的全降解聚乳酸片材及其制备方法，将50％-78％的聚乳酸、10％-30％的增韧组分、10％-30％的无机填料和1％-3％其他助剂混合均匀，使用挤出机制备共混母粒，然后通过挤出机制备片材。该方法因为添加助剂，因此存在界面匹配性差的问题。中国专利CN101525812A通过纺丝法来制备高强度的聚乳酸，以聚乳酸切片为原料，采用高速气流喷头拉伸，提高连续长丝的取向度，以获得足够的纤维强度；采用高于100N/mm的轧机线压力和125℃～157℃的轧辊温度，以获得最佳的粘合强度。该方法轧机线压力和气流喷头难以控制，对设备、原料、聚乳酸的纯度要求苛刻，因而实际操作复杂。技术实现要素：为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种制备取向态聚乳酸型材的方法，包括如下步骤：1)将聚乳酸原料通过注塑机注塑制成胚材或对聚乳酸原料加热加压通过锻压制成胚材；2)将步骤1)所得胚材进行取向强化，所述取向强化方法为挤出(压出)或锻压；3)将步骤2)所得产物进行冷却淬火，待产物稳定后形成取向态聚乳酸型材。优选的，所述步骤1)的锻压的方法为真空锻压。优选的，所述步骤1)中的聚乳酸原料为左旋聚乳酸,其比旋光度在-155°～-160°之间,特性粘度为1dL/g-7dL/g。优选的，所述步骤1)的锻压制胚的加热温度为160℃-210℃，压强为5Mpa-30Mpa,加热时间为1min-5min。优选的，所述步骤2)中的挤出的预热温度为120℃-200℃，预热时间为1min-5min。所述步骤2)中的锻压方法预热温度为140℃-180℃，预热时间为1min-5min。优选的，所述步骤2)中的挤出速度为10-200cm3/s。优选的，所述步骤3)的淬火温度为-20℃到30℃,冷却时间为1-2min，淬火冷却速率为50℃/min-150℃/min。优选的，步骤3)中的型材的结晶度为50％-90％，晶粒形状为片晶、伸直链晶或串晶，微观结构上呈线性排列。本发明的有益效果是：1、工艺简单，操作方便，对设备要求低，可适应规模化生产。本发明方法为高取向度聚乳酸型材的制备提供了合理的工艺条件和技术路线，在选定的工艺条件的协同作用下，分子链的排列更加有序规整，聚乳酸晶区在一定的成型压力及成型温度下发生结构重排，形成在微观以及宏观结构都高度取向的聚乳酸型材，并有效克服其常规聚乳酸制品力学性能不理想等缺陷，从而进一步扩大聚乳酸制品的实际应用领域。2、通过对注塑速率、预热温度、保压温度、保压压强、冷却速率和时间参数等相关条件的设置，最大程度上提高了聚乳酸分子以及晶区的取向作用，取得了预料不到的技术效果，从而获得了具有优良力学性能的聚乳酸型材。一方面处于高弹态聚乳酸材料分子链段在外界应力作用下可以发生沿应力方向的择优取向排列，在此过程中原本无规排列的非晶态聚乳酸分子规整排列形成伸直链晶或串晶，与此同时原本主要以球晶形式存在的晶态部分发生结构重排沿应力方向分布，经过取向过程的聚乳酸材料的机械性能大幅度的优于普通聚乳酸材料产品。本发明在120℃—200℃条件下，对聚乳酸胚材进行强化，使聚乳酸沿特制模具型腔发生择优取向，经过取向的聚乳酸型材的机械性能得到明显的提升，特别是产品的弯曲强度较市面已有产品提高约100％。本发明在加工成型过程中通过对加工过程中温度的调节与把控，合理的控制聚乳酸的结晶度，从而进一步的提高产品的机械性能。另一方面，在120℃—200℃条件下对聚乳酸胚材进行强化，得到的强化过后的型材通过低温淬火，使材料中的取向结构得到有效的保存，防止其解取向作用的发生，确保型材具有优良的机械性能；与此同时，低温淬火可以防止型材结晶过度而使产品的脆性增加。3、制备聚乳酸型材的胚材加工的过程中通过低温淬火，使胚材的温度迅速的降低到聚乳酸的玻璃化温度以下，有效的控制了聚乳酸的结晶，为后续的强化过程提供合格的胚材。4、性能稳定。因为本工艺是对温度、压强、注塑速率等参数的调整，未添加成核剂、增塑剂等助剂，所以不存在界面的问题以及小分子溢出的问题，材料性能稳定。5、更加健康无害。因为所用原料为纯聚乳酸，不添加任何助剂，生物相容性良好，在医疗健康产业的使用更加健康无害。与通常在原料中加入其他增强剂来提高材料的机械性能的方法相比较，本发明采用全新的加工成型方法，不添加其他任何增强剂或助剂，拓宽了材料的应用范围，提升了聚乳酸产品的价值，特别是在对产品原材料严格控制的医疗领域的应用。附图说明图1按照本发明的方法制备聚乳酸型材的纵截面扫描电镜图；图2按照本发明的方法制备聚乳酸型材的横截面扫描电镜图。具体实施方式实施例A：一种制备取向态聚乳酸型材的方法，按照下列步骤：[1].将左旋聚乳酸真空充分干燥后备用。[2].将注塑机各项参数设置完毕后进行预热；预热完成之后，加入经干燥的聚乳酸开始注塑加工。[3].注塑成型的胚材脱模后通过特制冷却系统迅速冷却降温制成聚乳酸胚材。[4].将挤出模具加热到180℃，稳定后，将胚材放入模具型腔中加热2min。[5].完成加热后启动设备将胚材挤入预热到120℃的成型模腔中，制备成取向态的聚乳酸型材。[6].完成挤压后将聚乳酸型材连同成型模腔一起快速冷却淬火得到最终的聚乳酸型材。在其他生产条件相同条件下，采用比旋光度为-150°～-160°、粘度为4dL/g的聚乳酸为原材料，对生产中的相关参数进行调整，具体调整参数参见如下表1。表1相关参数调整列表表2为按照实施例1-8和比较例1-3的参数生产的材料进行弯曲强度测试的结果(随机取样7个样品的平均弯曲强度)，试验条件如下:试验速度：2mm/min跨距(L)：15mm试样形状：棒材试样直径：4mm最大力弯曲强度(平均值)单位NMPa实施例1395.0235.9实施例2458.5273.8实施例3408.6244.0实施例4391.6233.8实施例5331.5198.0实施例6352.2210.4实施例7273.6163.4实施例8(最佳实施例)509.7304.3比较例1314.3187.7比较例2286.8171.2比较例3342.0204.2通过表1、2的可以看出原料注塑温度、胚材冷却速度、预热温度，预热时间，冷却温度等相关生产条件对聚乳酸型材的弯曲强度有很大的影响。通过对不同粘度的聚乳酸的试验发现预热温度为120℃-200℃、预热时间为1min-5min、胚材冷却速度为50℃-200℃、聚乳酸型材冷却温度为-20℃-30℃时得到的聚乳酸型材的弯曲强度达到最大，各项力学性能达到最优。实施例B：一种制备取向态聚乳酸型材的方法，按照下列步骤：[1].将结晶度为8.5％的左旋聚乳酸置于真空环境中充分干燥后备用。[2].将胚材加工模具加热到200℃并恒温，预热完成之后，将聚乳酸颗粒放入模具中并在真空环境下进行升温和加压。[3].待聚乳酸在模具中加热3min后，进行锻压，锻压压强为10MPa，时间3min，形成胚材。[4].将聚乳酸型材成型模具加热到180℃并恒温，接着将胚材放入模具中加热3min。[5].待加热完成，开动设备进行锻压，锻压压强为15MPa，并保压20s。[6].保压完成后迅速对聚乳酸型材在保压条件下进行淬火，淬火时间为10分钟。[7].待淬火完成即得到聚乳酸型材。在其他生产条件相同条件下，按照锻压的方法对相关参数进行调整，具体调整参数参见如下表3。表3按照锻压法调整相关参数其中表1、表3中“-”表示在常温(10-25℃)、常压下(0.1Mpa)或自然冷却。表4为按照表3的参数生产的实施例所得材料进行结晶度、弯曲强度测试的结果列表：附图1是按照表1中最佳实施例8的参数条件下制得的聚乳酸型材(纵截面)的扫描电子显微镜(SEM)照片：放大倍数从低到高分别是60倍、100倍、1000倍和2000倍，从图中可以看出无论是宏观(60倍、100倍)，还是微观(1000倍、2000倍)结构，通过本发明制得的聚乳酸型材取向明显；这是因为在选定的初始工艺条件的协同作用下，聚乳酸在一定的成型压力及成型温度下发生结构重排，分子链的排列更加有序规整，形成有效的取向结构，由此能有效克服力学性能不理想等缺陷，从而进一步扩大聚乳酸制品的实际应用领域。附图2是按照表1中的最佳实施例8的参数条件下制得的聚乳酸型材(横截面)的SEM照片，从图中可以看出，本发明制备的聚乳酸型材的断裂方式为典型的韧性断裂，其机理是通过对加工过程中的温度的控制将聚乳酸的结晶度控制在一个理想的范围内，从而使制备的聚乳酸型材具有良好的韧性。结合表1、表2、表3、表4和附图1、附图2可以得出，在合适的温度、强化条件下，特别是在优选条件下所得的聚乳酸型材具有良好的取向结构。因此本发明方法为高结晶度的聚乳酸制备提供了合理的工艺条件和路线。根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限。当前第1页1 2 3