CN101519526A - 聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的制备方法 - Google Patents

聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的制备方法 Download PDF

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冯辉霞
赵丹
张茵
郭静威
陈娜丽
张建强
雒和明
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Abstract

聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的制备方法，采用硅烷偶联剂对二氧化硅进行表面化学改性，以改性后的二氧化硅及丙交酯为原料，在催化剂存在的条件下，使系统保持高真空状态，温度在140℃以上，磁力搅拌下，进行原位开环聚合，得到聚乳酸/二氧化硅纳米复合材料。本发明在原位聚合过程中，丙交酯开环聚合形成聚乳酸的同时，以共价键的形式接枝到SiO2表面。从而得到具有高分散性的聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料。

Description

聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的制备方法
技术领域
本发明是关于一种聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的制备方法，属于聚合物基复合材料领域，是一种可完全降解的复合材料。
背景技术
随着世界人口的急剧增长，人类对全球资源的掠夺性开发，石油等石化资源合成的高分子化合物制品的大量生产、消费、遗弃等所引起的环保问题日趋严重。为了解决合成树脂和纤维不易被环境分解的问题，人们开发出各种可生物降解的合成树脂和纤维，聚乳酸(PLA)就是其中一种研究较多和性能较好的可生物降解的高分子材料。聚乳酸制品废弃后在土壤或水中，会在微生物的作用下分解成天然小分子CO2和H2O，不会对环境产生污染，因而是一种完全自然循环型的可生物降解材料。但是聚乳酸的耐热性较差，力学性能和生物相容性较低，同时，在实际应用时还有一些特殊的功能性需要。这些都促使对PLA的性能进行改善。
纳米SiO2是无定型白色粉末，其分子呈三维链状、网状或硅石结构等。由于纳米SiO2表面富含亲水的硅羟基，与有机物相容性差，因而一般使用硅烷偶联剂对其进行表面改性，经改性后的纳米SiO2与聚合物的相容性增大，通过原位聚合法可制备出聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料，改善PLA的亲水性，提高PLA的力学性能，满足其在实际应用中的需要。
专利CN100347240C揭示了一种制备聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料的方法，选用不同的插层剂以及反应条件的改变制备出高分子量的插层型或剥离型聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料。本发明采用的是改性纳米SiO2为无机物相，以原位开环聚合方法制备得到了聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料。该材料具有良好的热稳定性和可降解性。
发明内容
本发明在于提供一种聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的制备方法，它是以硅烷偶联剂接枝到SiO2表面，使其表面醇羟基引发丙交酯开环聚合，从而将聚乳
酸以共价键的形式接枝到SiO2表面，形成聚乳酸/二氧化硅纳米复合材料。
本发明的聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的制备方法，具体步骤如下：
以改性的纳米二氧化硅和丙交酯为原料，在催化剂存在的条件下进行原位聚合，得到聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料。
首先将95％的丙交酯与4.9％的改性纳米二氧化硅混合，再加入0.1％的粉状催化剂氯化亚锡，保持系统在高真空状态下，将混合物在搅拌下，加热到聚合反应温度150℃聚合，保温16小时，即得聚乳酸/二氧化硅复合材料。
在聚合反应前，要将系统维持在高真空下，聚合反应过程中保持连续搅拌，聚合反应温度可控制到140～180℃，聚合反应时间为15～24小时。
本发明通过原位聚合法制得了热稳定性提高的聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料，原位聚合过程中，丙交酯开环聚合形成聚乳酸的同时，以共价键的的形式接枝到SiO2表面。从而得到具有高分散性的聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料。
具体实施方法
实施例1：
将95％的丙交酯与4.9％的改性纳米二氧化硅混合，再加入0.1％的粉状催化剂氯化亚锡，保持系统在高真空状态下，将混合物在搅拌下，加热到聚合反应温度150℃聚合，保温16小时，即得聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料。
实施例2：
将96.8％的丙交酯与3％的改性纳米二氧化硅混合，再加入0.2％的粉状催化剂辛酸亚锡，保持系统在高真空状态下，将混合物在搅拌下，加热到聚合反应温度150℃聚合，保温16小时，即得聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料。
实施例3：
将91％的丙交酯与8.9％的改性纳米二氧化硅混合，再加入0.1％的粉状催化剂辛酸亚锡，保持系统在高真空状态下，将混合物在搅拌下，加热到聚合反应温度150℃聚合，保温16小时，即得聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料。
实施例4：
将95％的丙交酯与4.85％的改性纳米二氧化硅混合，再加入0.15％的粉状催化剂氯化亚锡，保持系统在高真空状态下，将混合物在搅拌下，加热到聚合反应温度160℃聚合，保温24小时，即得聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料。
实施例5：
将93％的丙交酯与6.9％的改性纳米二氧化硅混合，再加入0.1％的粉状催化剂辛酸亚锡，保持系统在高真空状态下，将混合物在搅拌下，加热到聚合反应温度170℃聚合，保温19小时，即得聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料。
实施例6：
将94％的丙交酯与5.85％的改性纳米二氧化硅混合，再加入0.15％的粉状催化剂辛酸亚锡，保持系统在高真空状态下，将混合物在搅拌下，加热到聚合反应温度140℃聚合，保温24小时，即得聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料。
实施例7：
将94％的丙交酯与5.85％的改性纳米二氧化硅混合，再加入0.15％的粉状催化剂辛酸亚锡，保持系统在高真空状态下，将混合物在搅拌下，加热到聚合反应温度140℃聚合，保温18小时，即得聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料。
实施例8：
将95.5％的丙交酯与4.3％的改性纳米二氧化硅混合，再加入0.2％的粉状催化剂辛酸亚锡，保持系统在高真空状态下，将混合物在搅拌下，加热到聚合反应温度180℃聚合，保温15小时，即得聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料。
实施例9：
将96％的丙交酯与3.8％的改性纳米二氧化硅混合，再加入0.2％的粉状催化剂辛酸亚锡，保持系统在高真空状态下，将混合物在搅拌下，加热到聚合反应温度180℃聚合，保温17小时，即得聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料。

Claims (8)

1、聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于：采用硅烷偶联剂对二氧化硅进行表面化学改性，以改性后的二氧化硅及丙交酯为原料，在催化剂存在的条件下，使系统保持高真空状态，温度在140℃以上，磁力搅拌下，进行原位开环聚合，得到聚乳酸/二氧化硅纳米复合材料。
2、根据权利要求1中所述的聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于改性纳米二氧化硅用量为3％～9％，丙交酯用量为91％～97％，催化剂用量为1‰～2‰。
3、根据权利要求1中所述的聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的制备方法，改性纳米二氧化硅其特征在于所采用的改性剂是硅烷偶联剂，为Y-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷。
4、根据权利要求1中所述的聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于催化剂是锡类化合物，为氯化亚锡或辛酸亚锡。
5、根据权利要求1中所述的聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于原位开环聚合之前，使系统保持在高真空状态。
6、根据权利要求1中所述的聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于原位开环聚合反应加热的温度为140～180℃。
7、根据权利要求1中所述的聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于原位开环聚合反应时间为15～24小时。
8、根据权利要求1中所述的聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于原位开环聚合反应过程中采用磁力搅拌。
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