CN105061687A - 一种聚乳酸复合材料的增容兼增韧剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种聚乳酸复合材料的增容兼增韧剂及其制备方法。该增容兼增韧剂是由聚乳酸与聚己内酯的混合物100份、过氧化物0.1~2份和极性不饱和单体1~5份制备得到，具体方法如下：将过氧化物溶于无水乙醇配制成溶液，然后和聚合物混合物混合均匀，敞开存放让溶剂挥发干净，再加入极性不饱和单体，混合均匀，加入双螺杆挤出机中，挤出后即得聚乳酸复合材料的增容兼增韧剂。该增容兼增韧剂能有效解决聚乳酸复合材料中增强纤维与聚乳酸基体之间界面相容性差的问题，同时又能提高复合材料的韧性。本发明具有制备工艺简单，产品可完全生物降解、力学性能高等众多优点，可用于包装、生物、工程塑料等众多领域。

Description

一种聚乳酸复合材料的增容兼增韧剂及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种聚乳酸复合材料的增容兼增韧剂及其制备方法。

背景技术

近年来，发展非石油原材料和可生物降解材料逐渐成为人们关注的焦点。聚乳酸具有良好的生物相容性、降解可吸收性以及易加工性，具有广阔的应用前景。但是其还存在一些缺点，比如生产成本高、脆性高、热变形温度过低等。为了克服这些缺点，进一步拓展聚乳酸的应用领域，常使用无机填料或增强纤维与聚乳酸制备复合材料。纤维增强聚乳酸复合材料的开发，可降低聚乳酸制品的价格，提高聚乳酸的利用价值和扩大使用范围，对于缓解全球能源危机与环境危机，促进农业经济的发展，扩展玻璃纤维、碳纤维、植物纤维以及相关可降解高分子材料的应用，具有重要的实际应用价值。

由于亲水的增强纤维与疏水的聚乳酸间相容性不好，界面粘合较差，加上聚乳酸本身脆性较大，断裂伸长率较低，从而使制备的增强纤维/聚乳酸复合材料的断裂伸长率也较低，冲击强度较差。因此提高增强纤维与聚乳酸基体间的界面相容性，同时又能提高复合材料的韧性对促进增强纤维/聚乳酸复合材料的应用十分重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种聚乳酸复合材料的增容兼增韧剂及其制备方法，它能有效解决增强纤维与聚乳酸基体之间界面相容性差的问题，同时又能提高复合材料的韧性，而且制备工艺简单，生成效率高、适合工业化生产。

一种聚乳酸复合材料的增容兼增韧剂，其特征在于：是由下列质量份数比的成分制备得到：

聚乳酸与聚己内酯的混合物：100份

过氧化物：0.1~2份

极性不饱和单体：1~5份。

聚乳酸与聚己内酯的混合物中，聚乳酸与聚己内酯的质量比为1:1~99:1。

过氧化物为：偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯，或由以上引发剂组成的复合引发体系。

极性不饱和单体为：马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯，或由以上多种单体组成的复配单体。

一种聚乳酸复合材料的增容兼增韧剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

称取聚乳酸与聚己内酯的混合物100份，过氧化物0.1~2份，极性不饱和单体1~5份，将过氧化物溶于无水乙醇配制成10%~30%的溶液，然后和聚乳酸与聚己内酯的混合物混合均匀，敞开存放让溶剂挥发干净，再加入极性不饱和单体，混合均匀，将混和料加入双螺杆挤出机中，挤出温度为140~190℃，调整主机和喂料转速使物料在挤出机中的停留时间为2~10分钟，挤出后即得可用于聚乳酸复合材料的增容兼增韧剂。

本发明的积极效果在于：1、一方面通过极性不饱和单体与聚合物间的接枝共聚反应，生成的接枝共聚物可改善聚乳酸复合材料中极性增强纤维与聚乳酸基体之间的界面相容性，另一方面聚乳酸与聚己内酯也会通过自由基偶合发生共聚反应，生成的共聚物能够改善聚己内酯在聚乳酸中的分散，使柔性的聚己内酯在聚乳酸复合材料中起到更好的增韧作用；2、聚乳酸与聚己内酯皆为完全可生物降解聚合物，因此本发明制备的增容兼增韧剂具有完全可生物降解的特点，扩大了其在聚乳酸复合材料中的应用范围；3、该制备方法具有工艺简单、生产效率高、适于工业化生产的优点；4、选取一种纤维作为增强材料，以麻纤维为例，与本方法制得的增容兼增韧剂、聚乳酸通过熔融混炼方法制备复合材料，当增容兼增韧剂的含量为30%时，测定复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和缺口冲击强度分别为34.9MPa、14.9%和36.3KJ/m²，与同样方法和配比制备的未添加增容兼增韧剂的麻纤维/聚乳酸复合材料（分别为31MPa、9.4%和10.1KJ/m²）相比分别增加了12.6%、58.5%和259.4%。

附图说明

图1为本发明未添加增容兼增韧剂时，麻纤维/聚乳酸复合材料样条冲击断面的扫描电子显微镜照片。

图2为本发明增容兼增韧剂的含量为30%时，复合材料样条冲击断面的扫描电子显微镜照片。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但是本发明保护的范围并不局限于实施例所表示的范围。

实施例1

称取聚乳酸与聚己内酯的混合物100份，其中聚乳酸与聚己内酯的质量比为80/20，过氧化二异丙苯0.3份，马来酸酐3份，将过氧化二异丙苯溶于无水乙醇配制成20%的溶液，然后和聚乳酸与聚己内酯的混合物混合均匀，敞开存放让溶剂挥发干净，再加入马来酸酐，混合均匀，将混和料加入双螺杆挤出机中，挤出温度为140~190℃，调整主机和喂料转速使物料在挤出机中的停留时间为3分钟23秒，挤出后即得可用于聚乳酸复合材料的增容兼增韧剂。将增容兼增韧剂与聚乳酸、麻纤维通过熔融混炼的方法制备复合材料，增容兼增韧剂的含量为20%。测定复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和缺口冲击强度，分别为33.9MPa、11.9%和35.2KJ/m²，与同样方法和配比制备的未添加增容兼增韧剂的麻纤维/聚乳酸复合材料（分别为31MPa、9.4%和10.1KJ/m²）相比分别增加了9.4%、26.6%和248.5%。

实施例2

称取聚乳酸与聚己内酯的混合物100份，其中聚乳酸与聚己内酯的质量比为70/30，过氧化二异丙苯0.3份，马来酸酐3份，将过氧化二异丙苯溶于无水乙醇配制成20%的溶液，然后和聚乳酸与聚己内酯的混合物混合均匀，敞开存放让溶剂挥发干净，再加入马来酸酐，混合均匀，将混和料加入双螺杆挤出机中，挤出温度为140~190℃，调整主机和喂料转速使物料在挤出机中的停留时间为3分钟21秒，挤出后即得可用于聚乳酸复合材料的增容兼增韧剂。将增容兼增韧剂与聚乳酸、麻纤维通过熔融混炼的方法制备复合材料，增容兼增韧剂的含量为20%。测定复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和缺口冲击强度，分别为32.1MPa、10.8%和24.3KJ/m²，与同样方法和配比制备的未添加增容兼增韧剂的麻纤维/聚乳酸复合材料（分别为31MPa、9.4%和10.1KJ/m²）相比分别增加了3.5%、14.9%和140.6%。

实施例3

增容兼增韧剂的制备方法同实施例1。将增容兼增韧剂与聚乳酸、麻纤维通过熔融混炼的方法制备复合材料，增容兼增韧剂的含量为5%。测定复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和缺口冲击强度，分别为31.4MPa、10.9%和19.1KJ/m²，与同样方法和配比制备的未添加增容兼增韧剂的麻纤维/聚乳酸复合材料（分别为31MPa、9.4%和10.1KJ/m²）相比分别增加了1.3%、16.0%和89.1%。

实施例4

增容兼增韧剂的制备方法同实施例1。将增容兼增韧剂与聚乳酸、麻纤维通过熔融混炼的方法制备复合材料，增容兼增韧剂的含量为10%。测定复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和缺口冲击强度，分别为32.5MPa、11.9%和22.1KJ/m²，与同样方法和配比制备的未添加增容兼增韧剂的麻纤维/聚乳酸复合材料（分别为31MPa、9.4%和10.1KJ/m²）相比分别增加了4.8%、26.6%和118.8%。

实施例5

增容兼增韧剂的制备方法同实施例1。将增容兼增韧剂与聚乳酸、麻纤维通过熔融混炼的方法制备复合材料，增容兼增韧剂的含量为15%。测定复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和缺口冲击强度，分别为33.7MPa、11.5%和30.1KJ/m²，与同样方法和配比制备的未添加增容兼增韧剂的麻纤维/聚乳酸复合材料（分别为31MPa、9.4%和10.1KJ/m²）相比分别增加了8.7%、22.3%和198.0%。

实施例6

增容兼增韧剂的制备方法同实施例1。将增容兼增韧剂与聚乳酸、麻纤维通过熔融混炼的方法制备复合材料，增容兼增韧剂的含量为30%。测定复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和缺口冲击强度，分别为34.9MPa、14.9%和36.3KJ/m²，与同样方法和配比制备的未添加增容兼增韧剂的麻纤维/聚乳酸复合材料（分别为31MPa、9.4%和10.1KJ/m²）相比分别增加了12.6%、58.5%和259.4%。

Claims (5)

1.一种聚乳酸复合材料的增容兼增韧剂，其特征在于：是由下列质量份数比的成分制备得到：

聚乳酸与聚己内酯的混合物：100份

过氧化物：0.1~2份

极性不饱和单体：1~5份。

2.根据权利要求1所述的一种聚乳酸复合材料的增容兼增韧剂，其特征在于：所述的聚乳酸与聚己内酯的混合物中，聚乳酸与聚己内酯的质量比为1:1~99:1。

3.根据权利要求1所述的一种聚乳酸复合材料的增容兼增韧剂，其特征在于所述的过氧化物为：偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯，或由以上引发剂组成的复合引发体系。

4.根据权利要求1所述的一种聚乳酸复合材料的增容兼增韧剂，其特征在于所述的极性不饱和单体为：马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯，或由以上多种单体组成的复配单体。

5.根据权利要求1所述的一种聚乳酸复合材料的增容兼增韧剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

称取聚乳酸与聚己内酯的混合物100份，过氧化物0.1~2份，极性不饱和单体1~5份，将过氧化物溶于无水乙醇配制成10%~30%的溶液，然后和聚乳酸与聚己内酯的混合物混合均匀，敞开存放让溶剂挥发干净，再加入极性不饱和单体，混合均匀，将混和料加入双螺杆挤出机中，挤出温度为140~190℃，调整主机和喂料转速使物料在挤出机中的停留时间为2~10分钟，挤出后即得可用于聚乳酸复合材料的增容兼增韧剂。