CN103360737A - 一种热塑性聚合物基层状结构复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种热塑性聚合物基层状结构复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN103360737A
CN103360737A CN2013103428327A CN201310342832A CN103360737A CN 103360737 A CN103360737 A CN 103360737A CN 2013103428327 A CN2013103428327 A CN 2013103428327A CN 201310342832 A CN201310342832 A CN 201310342832A CN 103360737 A CN103360737 A CN 103360737A
Authority
CN
China
Prior art keywords
preparation
thermoplastic
matrix material
laminate structure
composite material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2013103428327A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103360737B (zh
Inventor
刘昌胜
洪华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
East China University of Science and Technology
Original Assignee
East China University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by East China University of Science and Technology filed Critical East China University of Science and Technology
Priority to CN201310342832.7A priority Critical patent/CN103360737B/zh
Publication of CN103360737A publication Critical patent/CN103360737A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103360737B publication Critical patent/CN103360737B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种热塑性聚合物基层状结构复合材料及其制备方法和应用。所述制备方法包括以下步骤：第一步，将热塑性树脂和热塑性弹性体在溶剂中溶解，加热搅拌直至聚合物完全溶解，加入沉淀剂使聚合物析出；第二步，将析出的聚合物冻干，熔融混合；第三步，将熔融混合得到的复合物热压及冷压，最后得到层状结构的复合材料。本发明所制备的热塑性聚合物层状结构复合材料具有优良的力学性能，韧性和冲击强度高于目前堆砌结构的复合材料，可用于材料制品的成型加工，具有广阔的工业应用前景。

Description

一种热塑性聚合物基层状结构复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于材料学领域，具体地说，是关于一种热塑性聚合物基层状结构复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着石油危机日趋加剧以及以石油为原料的高分子对环境造成的影响日益严重，以可再生资源为主要原料制备环境友好的聚合物越来越成为关注的焦点。
聚乳酸来源于可再生的玉米和甜菜等，在环境中可降解为二氧化碳和水，具有优良的生物相容性和生物降解能力。但是，由于聚乳酸脆性高、冲击强度低和材料韧性差，这些不足严重地限制了聚乳酸的应用范围。
聚氨酯是由聚酯或聚醚多元醇与氨基甲酸酯重复单元形成的嵌段共聚物，具有高冲击性、优异的柔顺性和生物相容性，被认为是制备高性能聚合物复合材料最理想的改性材料之一。
通常聚乳酸和聚氨酯共混材料结构多为海岛结构或双连续相结构，这两种结构的共混材料冲击强度的提高有限，因此，有必要提供力学性能更为优良的热塑性聚合物基复合材料的制备方法。
发明内容
现有技术中，常规的聚乳酸/聚氨酯共混物微观结构为海岛或双连续相的堆砌结构，虽然这些结构对聚乳酸的脆性改善、韧性提高有作用，但效果不理想。本申请的发明人借鉴力学性能优异的贝壳层状结构特性，制备了一种新型的热塑性聚合物基层状结构复合材料，其采用聚乳酸等热塑性聚合物作为主体材料，添加聚氨酯等热塑性弹性体聚合物作为增韧增强材料，利用聚氨酯优越的力学性能来改善聚乳酸的脆性，该层状复合材料的冲击强度和韧性大大高于海岛结构和双连续相结构的聚乳酸/聚氨酯复合材料，克服了现有聚乳酸材料脆性高、聚乳酸/聚氨酯复合材料堆砌结构冲击强度提高有限的缺陷。
因此，本发明的第一个目的在于提供一种热塑性聚合物基层状结构复合材料的制备方法。
本发明的第二个目的在于提供一种根据上述制备方法得到的热塑性聚合物基层状结构复合材料。
本发明的第三个目的在于提供上述热塑性聚合物基层状结构复合材料的应用。
根据本发明的第一个方面，一种热塑性聚合物基层状结构复合材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，将热塑性树脂和热塑性弹性体在溶剂中溶解，加热搅拌直至聚合物完全溶解，得到均相聚合物溶液，加入沉淀剂使聚合物析出；
第二步，将析出的聚合物冻干，得到含水量低于1%的复合原料进行熔融混合；
第三步，将熔融混合得到的复合物热压及冷压，最后得到层状结构的复合材料。
根据本发明，所述热塑性树脂为聚乳酸，所述热塑性弹性体为聚氨酯。
根据本发明，所述热塑性树脂的分子量为10～50万，优选20万～30万，所述热塑性弹性体的分子量为15～60万，优选35万～40万，所述热塑性树脂与所述热塑性弹性体的质量比为4：1～2.5：2.5。
根据本发明，所述溶剂选自四氢呋喃、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺中的一种或两种的混合物。
根据本发明，所述加热搅拌的温度为40～80℃，优选50℃。
根据本发明，所述沉淀剂为水。
根据本发明，所述熔融混合的温度为180～210℃，优选190℃。
根据本发明，所述热压的温度为180～210℃，优选195℃，时间为5～30min，优选15min。
根据本发明，所述冷压的温度为10～35℃，优选25℃，时间为2～10min，优选8min。
根据本发明的第二个方面，如上所述任一项的制备方法制备得到的热塑性聚合物基层状结构复合材料。
根据本发明的第三个方面，如上所述的热塑性聚合物基层状结构复合材料可用于材料制品的成型加工。
本发明的有益效果：本发明提供了一种热塑性聚合物层状结构复合材料，该复合物通过层状叠加，达到二维有序结构，这种有序结构可以大大提高材料的冲击性能和韧性，因此，本发明所制备的热塑性聚合物层状结构复合材料具有优良的力学性能，韧性和冲击强度高于目前堆砌结构的复合材料，可用于材料制品的成型加工，具有广阔的工业应用前景。
附图说明
图1为三种复合材料的扫描电镜结果，其中，（a）为现有技术的“海岛结构”复合材料，（b）为现有技术的“双连续结构”复合材料，（c）为本发明的“层状结构”复合材料。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
实施例1：本发明的热塑性聚合物基层状结构复合材料的制备
称取80克分子量为12万的聚乳酸和20克分子量为16万的热塑性聚氨酯溶解于烧杯中，加入二甲基亚砜/二甲基甲酰胺混合溶剂中并升温至40℃，搅拌24小时得到均匀的聚合物溶液，加入水，复合物析出，将析出的聚合物放入冻干机中冻干48小时；
将冻干脱水的复合原料加入转矩流变仪中，长径比为25：1，升温至180℃，转速为60/分，塑化6min；
塑化后的复合原料置于模具中，放置在预热至180℃的硫化机中，热压6min，每隔两分钟放一次气，室温（20℃）下冷压5min，得到层状结构复合模压板。
实施例2：本发明的热塑性聚合物基层状结构复合材料的制备
称取60克分子量为25万的聚乳酸和40克分子量为30万的热塑性聚氨酯溶解于烧杯中，加入四氢呋喃/二甲基甲酰胺并升温至50℃，搅拌24小时得到均匀的聚合物溶液，加入水，复合物析出，将析出的聚合物放入冻干机中冻干48小时；
将冻干脱水的复合原料加入转矩流变仪中，长径比为25：1，升温至190℃，转速为60/分，塑化10min；
塑化后的复合原料置于模具中放置在预热至195℃的硫化机中，热压15min，每隔两分钟放一次气，室温（25℃）下冷压8min，得到层状结构复合模压板。
实施例3：本发明的热塑性聚合物基层状结构复合材料的制备
称取60克分子量为50万的聚乳酸和40克分子量为60万的热塑性聚氨酯溶解于烧杯中，加入四氢呋喃/二甲基甲酰胺并升温至60℃，搅拌24小时得到均匀的聚合物溶液，加入水，复合物析出，将析出的聚合物放入冻干机中冻干48小时；
将冻干脱水的复合原料加入转矩流变仪中，长径比为25：1，升温至210℃，转速为60/分，塑化20min；
塑化后的复合原料置于模具中放置在预热至210℃的硫化机中，热压20min，每隔两分钟放一次气，室温（25℃）下冷压10min，得到层状结构复合模压板。
实施例4：结构表征和力学性能测试
4.1、结构表征
将本发明所制备的热塑性聚合物基层状结构复合材料以及现有技术的“海岛结构”和“双连续结构”的复合材料的结构通过扫描电镜加以表征确定，扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy）规格型号：HITACHI S-4800；最大放大倍数100K。结果如图1所示。
由图1可见，本发明所制备的热塑性聚合物基层状结构复合材料在扫描电镜下观察显示典型的层状结构，与现有技术的“海岛结构”和“双连续结构”的复合材料的堆彻结构完全不同。
4.2、力学性能测试
将本发明所制备的热塑性聚合物基层状结构复合材料以及现有技术的“海岛结构”和“双连续结构”的复合材料的力学性能通过冲击测试和拉伸测试加以表征，测试方法如下。
冲击测试：按照GB/T1043-1993：冲击样条尺寸规格为50×6×4mm，裁V型口。取压好的板材，用裁样机裁成50×6×4mm的样条3根；在每个样条中心处打出约为厚度1/3的V型缺口，用于材料冲击性能的测试。
拉伸测试：按照GB/T6344－1996；拉伸样条为哑铃型，宽度4mm，厚度1mm。每种样品制得5根，用于材料拉伸性能的测试。
冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率的结果如表1所示。
表1、三种不同结构的复合材料的力学测试结果
Figure BDA00003633759900051
由表1的结果可见，现有技术的“海岛结构”和“双连续结构”的复合材料的冲击强度分别为6KJ/m2和11KJ/m2，而本发明所制备的热塑性聚合物基层状结构复合材料的冲击强度达到18KJ/m2，分别是“海岛结构”和“双连续结构”的复合材料的3倍和1.6倍。现有技术的“海岛结构”和“双连续结构”的复合材料的拉伸强度分别为60MPa和80MPa，而本发明所制备的热塑性聚合物基层状结构复合材料的拉伸强度则达到200MPa，分别是“海岛结构”和“双连续结构”的复合材料的3.3倍和2.5倍。现有技术的“海岛结构”和“双连续结构”的复合材料的断裂伸长率分别为4%和5%，而本发明所制备的热塑性聚合物基层状结构复合材料的断裂伸长率则达到17%，分别是“海岛结构”和“双连续结构”的复合材料的4.25倍和3.4倍。以上结果说明本发明所制备的热塑性聚合物基层状结构复合材料的冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率显著优于现有技术的“海岛结构”和“双连续结构”的复合材料。
综上所述，本发明以聚乳酸和聚氨酯为原料，制备得到热塑性聚合物基层状结构复合材料。扫描电镜观察显示本发明制备得到的复合材料为典型的层状结构，不同于现有技术的“海岛结构”和“双连续结构”的复合材料的堆砌结构。冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率等力学性能测试发现本发明所制备的热塑性聚合物基层状结构复合材料的韧性和冲击强度显著优于现有技术的“海岛结构”和“双连续结构”的复合材料，可用于材料制品的成型加工，具有广阔的工业应用前景。

Claims (10)

1.一种热塑性聚合物基层状结构复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将热塑性树脂和热塑性弹性体在溶剂中溶解，加热搅拌直至聚合物完全溶解，加入沉淀剂使聚合物析出；
第二步，将析出的聚合物冻干，熔融混合；
第三步，将熔融混合得到的复合物热压及冷压，最后得到层状结构的复合材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热塑性树脂为聚乳酸，所述热塑性弹性体为聚氨酯。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热塑性树脂的分子量为10万～50万，所述热塑性弹性体的分子量为15万～60万，所述热塑性树脂与所述热塑性弹性体的质量比为4：1～2.5：2.5。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自四氢呋喃、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺中的一种或两种的混合物。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热搅拌的温度为40～80℃。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂为水。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔融混合的温度为180～210℃。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热压的温度为180～210℃，时间为5～30min，所述冷压的温度为10～35℃，时间为2～10min。
9.如权利要求1～8中任一项的制备方法制备得到的热塑性聚合物基层状结构复合材料。
10.如权利要求9所述的热塑性聚合物基层状结构复合材料的应用，其特征在于，用于材料制品的成型加工。
CN201310342832.7A 2013-08-07 2013-08-07 一种热塑性聚合物基层状结构复合材料及其制备方法和应用 Active CN103360737B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310342832.7A CN103360737B (zh) 2013-08-07 2013-08-07 一种热塑性聚合物基层状结构复合材料及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310342832.7A CN103360737B (zh) 2013-08-07 2013-08-07 一种热塑性聚合物基层状结构复合材料及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103360737A true CN103360737A (zh) 2013-10-23
CN103360737B CN103360737B (zh) 2015-04-29

Family

ID=49363048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310342832.7A Active CN103360737B (zh) 2013-08-07 2013-08-07 一种热塑性聚合物基层状结构复合材料及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103360737B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107540805A (zh) * 2017-09-06 2018-01-05 烟台蓝海博隆超纤新材料有限公司 一种加工溶剂及其应用
CN110483965A (zh) * 2019-05-31 2019-11-22 西安理工大学 用于3d打印的复合树脂材料及其制备方法和应用
CN113480770A (zh) * 2021-07-23 2021-10-08 上海交通大学 一种形状记忆聚氨酯开孔泡沫材料及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101519527A (zh) * 2009-03-24 2009-09-02 山东威高集团医用高分子制品股份有限公司 医用可降解复合材料
CN103172894A (zh) * 2011-12-26 2013-06-26 东丽纤维研究所（中国）有限公司 一种多孔聚乳酸微粒及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101519527A (zh) * 2009-03-24 2009-09-02 山东威高集团医用高分子制品股份有限公司 医用可降解复合材料
CN103172894A (zh) * 2011-12-26 2013-06-26 东丽纤维研究所（中国）有限公司 一种多孔聚乳酸微粒及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107540805A (zh) * 2017-09-06 2018-01-05 烟台蓝海博隆超纤新材料有限公司 一种加工溶剂及其应用
CN110483965A (zh) * 2019-05-31 2019-11-22 西安理工大学 用于3d打印的复合树脂材料及其制备方法和应用
CN110483965B (zh) * 2019-05-31 2021-08-06 西安理工大学 用于3d打印的复合树脂材料及其制备方法和应用
CN113480770A (zh) * 2021-07-23 2021-10-08 上海交通大学 一种形状记忆聚氨酯开孔泡沫材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103360737B (zh) 2015-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mo et al. The compatibilization of PLA-g-TPU graft copolymer on polylactide/thermoplastic polyurethane blends
CN103087298B (zh) 一种多臂嵌段共聚物、制备方法及其在改善左旋聚乳酸力学性能中的应用
CN104927322B (zh) 一种快速形成聚乳酸立构复合物的方法
CN111349253B (zh) 一种改性木质素/pbs生物塑料薄膜及其制备方法
CN113736228B (zh) 一种高倍率pbat发泡珠粒及其制备方法
CN113604017B (zh) 可完全降解的自体纳米纤维增强聚乳酸复合材料及其制备
CN104725801A (zh) 高耐热高强度的聚乳酸/无机纤维复合材料或制品及其制备方法
CN103360737B (zh) 一种热塑性聚合物基层状结构复合材料及其制备方法和应用
CN112592571A (zh) 一种医用生物可降解复合薄片材料及其制备方法
CN115322543B (zh) 一种聚乳酸/聚己内酯/植物炭黑复合材料及其制备方法
CN112094488A (zh) 一种高韧高耐热聚乳酸复合材料及其制备方法
CN113234304A (zh) 一种生物可降解薄膜材料及薄膜的制备方法
CN106189131A (zh) 超韧耐热导电的聚乳酸/弹性体/碳纳米粒子复合材料或制品及其制备方法
Qu et al. Effect of compatibilizer and nucleation agent on the properties of poly (lactic acid)/polycarbonate (PLA/PC) blends
Wu et al. Super toughened blends of poly (lactic acid) and poly (butylene adipate-co-terephthalate) injection-molded foams via enhancing interfacial compatibility and cellular structure
CN111187495A (zh) 一种高韧高耐热透明聚乳酸复合材料的制备方法
Wang et al. Compatibilization of polylactide/poly (butylene adipate-co-terephthalate) blends with epoxidized natural rubber as a reactive compatibilizer
CN108102320B (zh) 一种聚乳酸/聚己内酯/聚甲醛共混物的制备方法
CN115433442B (zh) 可生物降解强韧复合材料及其制备方法
CN115232452B (zh) 一种高耐热、耐湿性聚乳酸服装辅料及其制备方法
CN113088057B (zh) 一种增强增韧的聚乳酸共混材料及其制备方法
CN113248879B (zh) 一种荷叶改性聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯复合材料及其制备方法
CN101759967A (zh) 无卤防翘曲变形高电性能pbt及其制作工艺
CN112876826B (zh) 一种促进聚乳酸立构复合结晶的方法
CN101717497A (zh) 一种生物基相容剂和其制备方法及应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant