CN105385126A - 一种聚乳酸/多孔地聚物复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚乳酸/多孔地聚物复合材料的制备方法，属于复合材料制备领域。针对目前改性聚乳酸时，通过碳纤维或者天然亚麻纤维进行复合，满足复合材料韧性的同时无法满足对强度的需求，提供了一种通过将高岭土煅烧随后对其发泡处理，制备多孔地聚物，再将多孔地聚物进行碾磨制备粉末地聚物，对其偶联接枝与聚乳酸基团相近的偶联基团，使其有效的与聚乳酸进行有机结合，本发明通过地聚物颗粒进行改性，抗冲击强度可达135～140J/m2通过高岭土制备地聚物进行改性，绿色环保对环境无污染。

Description

一种聚乳酸/多孔地聚物复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚乳酸/多孔地聚物复合材料的制备方法，属于复合材料制备领域。
背景技术
聚乳酸是一种具有优良的生物相容性和可生物降解性的合成高分子材料。这种线型热塑性生物可降解脂肪族聚酯是以玉米、小麦、木薯等一些植物中提取的淀粉为最初原料，经过酶分解得到葡萄糖，再经过乳酸菌发酵后变成乳酸，然后经过化学合成得到高纯度聚乳酸。聚乳酸制品废弃后在土壤或水中，30天内会在微生物、水、酸和碱的作用下彻底分解成CO2和H2O，随后在太阳光合作用下，又成为淀粉的起始原料，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。但聚乳酸自身性能较低，无法满足工程塑料的某些要求，一般通过将其与其他纤维复合制备增强其性能。
将碳纤维增强聚乳酸复合材料，其初始弯曲强度高达412MPa，模量达124GPa，具有相当的承载能力；用天然亚麻纤维增强PLA，与传统用聚丙烯亚麻复合材料相比，其制备方法类似，但复合物强度大大优于亚麻复合材料；但是上述复合材料在韧性方面进行有效的改良的同时，其强度未有显著增强，而地质聚合物主要是以500~900℃煅烧的偏高岭土或粘土等矿物，在碱激发剂及促硬剂等外掺合料的共同作用下形成的由硅氧四面体和铝氧四面体组成的无定形网络凝胶体，其微观结构类似于合成沸石。与有机聚合物相比，地聚物具有抗压强度高、环境污染小、耐腐蚀性、体积收缩小等优点，原料来源广泛，成本低廉，故在基础研究和应用领域。所以制备一种聚乳酸/多孔地聚物复合材料很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前改性聚乳酸时，通过碳纤维或者天然亚麻纤维进行复合，满足复合材料韧性的同时无法满足对强度的需求，提供了一种通过将高岭土煅烧随后对其发泡处理，制备多孔地聚物，再将多孔地聚物进行碾磨制备粉末地聚物，对其偶联接枝与聚乳酸基团相近的偶联基团，使其有效的与聚乳酸进行有机结合，提高其力学性能。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）选取高岭土并将其置于马弗炉中，随后按10～15℃/min的速度缓慢升温至750～880℃，随后保温煅烧2～3h停止加热，并将其冷却至20～30℃，随后将其取出，制备得煅烧高岭土备用；
（2）将质量浓度为40%的水玻璃溶液与上述制备的煅烧高岭土搅拌25～30min，使其混合均匀，制备得地聚物浆液，再按质量比1:5，将混合发泡剂快速滴加至地聚物浆液中，滴加速度为5mL/min，待滴加30～45min后，停止滴加并继续搅拌混合10～15min，并将其置于60～70℃恒温箱中进行保温养护10～12h，制备得多孔地聚物备用；
（3）选取无水乙醇，用质量浓度为10%的乙酸溶液调节其pH至3.1～3.3，随后按质量比1:10，将3-氨基丙基三乙氧基硅烷在300～400r/min速度下，缓慢滴加至上述溶液中，使其混合搅拌反应2～3h，制备得偶联改性溶液；
（4）选取200～300g步骤（2）制备的多孔地聚物，对其碾压并过筛，制备得200～250目的多孔地聚物粉末，随后将其置于体积为500mL的三口烧瓶中，对其抽真空至10～20Pa，随后，将400～450mL上述制备的偶联改性溶液置于三口烧瓶中，使其将多孔地聚物粉末完全浸没，使其浸泡10～15min；
（5）待浸泡完成后，设置等离子射频装置频率，打开射频电源，将装有多孔地聚物粉末的三口烧瓶置于射频两极的中间，打开射频电源后，在处理时外部电极间设置放电功率为250～300kW，进行等离子射频处理，使其偶联改性30～40min，制备得偶联地聚物粉末；
（6）按重量份数计，选取35～55份的聚乳酸颗粒、15～20份的偶联地聚物粉末、5～10份的聚乙二醇、2～3份的过氧化二碳酸二(2-乙基己酯)、3～7份的硬脂酸钙和20～25份的去离子水，将其全部置于聚合釜中，在20～30℃下搅拌混合10～15min，随后对其加热升温至聚合釜压力为1.2～1.3MPa时，保温加热使其充分反应2～3h；
（7）待反应完成后，停止加热并使其冷却，待压力下降至大气压时，添加总质量1%的对叔丁基邻苯二酚至聚合釜中，使其终止反应，并对其减压蒸发除去多余水分，制备得聚乳酸/多孔地聚物复合树脂；
（8）按重量份数计，选取85～95份的聚乳酸/多孔地聚物复合树、4～12份的硬脂酸钙和1～3份的硬脂酸润滑油在双辊混炼机中进行塑化10～12min，随后在160～175℃下，在10MPa下进行热压10min，并冷压2min，即可制备得一种聚乳酸/多孔地聚物复合材料。
所述的混合发泡剂为十二烷基磺酸氨：质量浓度为10%的双氧水=1:5，混合制备而成。
本发明的应用方法是：在聚合管中加入搅拌子，再依次加入20～30g的木糖醇溶于200mL～250mL的无水甲苯中，随后通入氮气2～3次，在-5～-2℃冷冻条件下抽真空至20～30Pa后封住聚合管，在130℃下的油浴中反应24h，自然冷却后取出，粗产物溶于二氯甲烧中，用水做沉淀剂，抽滤，滤饼溶于二氯甲烷中，用石油醚：乙酸乙醋为6:1混合溶剂制备沉淀剂，对抽滤后的样品放于真空供箱中，在50℃下真空干燥24h即得到聚乳酸木糖醇。本发明的有益之处是：
（1）本发明通过地聚物颗粒进行改性，抗冲击强度可达135～140J/m2；
（2）通过高岭土制备地聚物进行改性，绿色环保对环境无污染。
具体实施方案
首先选取高岭土并将其置于马弗炉中，随后按10～15℃/min的速度缓慢升温至750～880℃，随后保温煅烧2～3h停止加热，并将其冷却至20～30℃，随后将其取出，制备得煅烧高岭土备用；将质量浓度为40%的水玻璃溶液与上述制备的煅烧高岭土搅拌25～30min，使其混合均匀，制备得地聚物浆液，再按质量比1:5，将混合发泡剂快速滴加至地聚物浆液中，滴加速度为5mL/min，待滴加30～45min后，停止滴加并继续搅拌混合10～15min，并将其置于60～70℃恒温箱中进行保温养护10～12h，制备得多孔地聚物备用；选取无水乙醇，用质量浓度为10%的乙酸溶液调节其pH至3.1～3.3，随后按质量比1:10，将3-氨基丙基三乙氧基硅烷在300～400r/min速度下，缓慢滴加至上述溶液中，使其混合搅拌反应2～3h，制备得偶联改性溶液；选取200～300g制备的多孔地聚物，对其碾压并过筛，制备得200～250目的多孔地聚物粉末，随后将其置于体积为500mL的三口烧瓶中，对其抽真空至10～20Pa，随后，将400～450mL上述制备的偶联改性溶液置于三口烧瓶中，使其将多孔地聚物粉末完全浸没，使其浸泡10～15min；待浸泡完成后，设置等离子射频装置频率，打开射频电源，将装有多孔地聚物粉末的三口烧瓶置于射频两极的中间，打开射频电源后，在处理时外部电极间设置放电功率为250～300kW，进行等离子射频处理，使其偶联改性30～40min，制备得偶联地聚物粉末；按重量份数计，选取35～55份的聚乳酸颗粒、15～20份的偶联地聚物粉末、5～10份的聚乙二醇、2～3份的过氧化二碳酸二(2-乙基己酯)、3～7份的硬脂酸钙和20～25份的去离子水，将其全部置于聚合釜中，在20～30℃下搅拌混合10～15min，随后对其加热升温至聚合釜压力为1.2～1.3MPa时，保温加热使其充分反应2～3h；待反应完成后，停止加热并使其冷却，待压力下降至大气压时，添加总质量1%的对叔丁基邻苯二酚至聚合釜中，使其终止反应，并对其减压蒸发除去多余水分，制备得聚乳酸/多孔地聚物复合树脂；按重量份数计，选取85～95份的聚乳酸/多孔地聚物复合树、4～12份的硬脂酸钙和1～3份的硬脂酸润滑油在双辊混炼机中进行塑化10～12min，随后在160～175℃下，在10MPa下进行热压10min，并冷压2min，即可制备得一种聚乳酸/多孔地聚物复合材料。
实例1
首先选取高岭土并将其置于马弗炉中，随后按10℃/min的速度缓慢升温750℃，随后保温煅烧2h停止加热，并将其冷却至20℃，随后将其取出，制备得煅烧高岭土备用；将质量浓度为40%的水玻璃溶液与上述制备的煅烧高岭土搅拌25min，使其混合均匀，制备得地聚物浆液，再按质量比1:5，将混合发泡剂快速滴加至地聚物浆液中，滴加速度为5mL/min，待滴加30min后，停止滴加并继续搅拌混合10min，并将其置于60℃恒温箱中进行保温养护10h，制备得多孔地聚物备用；选取无水乙醇，用质量浓度为10%的乙酸溶液调节其pH至3.1，随后按质量比1:10，将3-氨基丙基三乙氧基硅烷在300r/min速度下，缓慢滴加至上述溶液中，使其混合搅拌反应2h，制备得偶联改性溶液；选取200g制备的多孔地聚物，对其碾压并过筛，制备得200目的多孔地聚物粉末，随后将其置于体积为500mL的三口烧瓶中，对其抽真空至10Pa，随后，将400mL上述制备的偶联改性溶液置于三口烧瓶中，使其将多孔地聚物粉末完全浸没，使其浸泡10min；待浸泡完成后，设置等离子射频装置频率，打开射频电源，将装有多孔地聚物粉末的三口烧瓶置于射频两极的中间，打开射频电源后，在处理时外部电极间设置放电功率为250kW，进行等离子射频处理，使其偶联改性30min，制备得偶联地聚物粉末；按重量份数计，选取35份的聚乳酸颗粒、20份的偶联地聚物粉末、10份的聚乙二醇、3份的过氧化二碳酸二(2-乙基己酯)、7份的硬脂酸钙和25份的去离子水，将其全部置于聚合釜中，在20℃下搅拌混合10min，随后对其加热升温至聚合釜压力为1.2MPa时，保温加热使其充分反应2h；待反应完成后，停止加热并使其冷却，待压力下降至大气压时，添加总质量1%的对叔丁基邻苯二酚至聚合釜中，使其终止反应，并对其减压蒸发除去多余水分，制备得聚乳酸/多孔地聚物复合树脂；按重量份数计，选取85份的聚乳酸/多孔地聚物复合树、12份的硬脂酸钙和3份的硬脂酸润滑油在双辊混炼机中进行塑化10min，随后在160℃下，在10MPa下进行热压10min，并冷压2min，即可制备得一种聚乳酸/多孔地聚物复合材料。
在聚合管中加入搅拌子，再依次加入20g的木糖醇溶于200mL的无水甲苯中，随后通入氮气2次，在-5℃冷冻条件下抽真空至20Pa后封住聚合管，在130℃下的油浴中反应24h，自然冷却后取出，粗产物溶于二氯甲烧中，用水做沉淀剂，抽滤，滤饼溶于二氯甲烷中，用石油醚：乙酸乙醋为6:1混合溶剂制备沉淀剂，对抽滤后的样品放于真空供箱中，在50℃下真空干燥24h即得到聚乳酸木糖醇。
实例2
首先选取高岭土并将其置于马弗炉中，随后按12℃/min的速度缓慢升温700℃，随后保温煅烧2.5h停止加热，并将其冷却至25℃，随后将其取出，制备得煅烧高岭土备用；将质量浓度为40%的水玻璃溶液与上述制备的煅烧高岭土搅拌27min，使其混合均匀，制备得地聚物浆液，再按质量比1:5，将混合发泡剂快速滴加至地聚物浆液中，滴加速度为5mL/min，待滴加28min后，停止滴加并继续搅拌混合12min，并将其置于65℃恒温箱中进行保温养护11h，制备得多孔地聚物备用；选取无水乙醇，用质量浓度为10%的乙酸溶液调节其pH至3.2，随后按质量比1:10，将3-氨基丙基三乙氧基硅烷在350r/min速度下，缓慢滴加至上述溶液中，使其混合搅拌反应2.5h，制备得偶联改性溶液；选取250g制备的多孔地聚物，对其碾压并过筛，制备得225目的多孔地聚物粉末，随后将其置于体积为500mL的三口烧瓶中，对其抽真空至15Pa，随后，将425mL上述制备的偶联改性溶液置于三口烧瓶中，使其将多孔地聚物粉末完全浸没，使其浸泡12min；待浸泡完成后，设置等离子射频装置频率，打开射频电源，将装有多孔地聚物粉末的三口烧瓶置于射频两极的中间，打开射频电源后，在处理时外部电极间设置放电功率为275kW，进行等离子射频处理，使其偶联改性35min，制备得偶联地聚物粉末；按重量份数计，选取40份的聚乳酸颗粒、20份的偶联地聚物粉末、8份的聚乙二醇、2份的过氧化二碳酸二(2-乙基己酯)、6份的硬脂酸钙和24份的去离子水，将其全部置于聚合釜中，在25℃下搅拌混合12min，随后对其加热升温至聚合釜压力为1.3MPa时，保温加热使其充分反应2.5h；待反应完成后，停止加热并使其冷却，待压力下降至大气压时，添加总质量1%的对叔丁基邻苯二酚至聚合釜中，使其终止反应，并对其减压蒸发除去多余水分，制备得聚乳酸/多孔地聚物复合树脂；按重量份数计，选取90份的聚乳酸/多孔地聚物复合树、8份的硬脂酸钙和2份的硬脂酸润滑油在双辊混炼机中进行塑化11min，随后在170℃下，在10MPa下进行热压10min，并冷压2min，即可制备得一种聚乳酸/多孔地聚物复合材料。
在聚合管中加入搅拌子，再依次加入25g的木糖醇溶于225mL的无水甲苯中，随后通入氮气2次，在-4℃冷冻条件下抽真空至25Pa后封住聚合管，在130℃下的油浴中反应24h，自然冷却后取出，粗产物溶于二氯甲烧中，用水做沉淀剂，抽滤，滤饼溶于二氯甲烷中，用石油醚：乙酸乙醋为6:1混合溶剂制备沉淀剂，对抽滤后的样品放于真空供箱中，在50℃下真空干燥24h即得到聚乳酸木糖醇。
实例3
首先选取高岭土并将其置于马弗炉中，随后按15℃/min的速度缓慢升温880℃，随后保温煅烧3h停止加热，并将其冷却至30℃，随后将其取出，制备得煅烧高岭土备用；将质量浓度为40%的水玻璃溶液与上述制备的煅烧高岭土搅拌30min，使其混合均匀，制备得地聚物浆液，再按质量比1:5，将混合发泡剂快速滴加至地聚物浆液中，滴加速度为5mL/min，待滴加45min后，停止滴加并继续搅拌混合15min，并将其置于70℃恒温箱中进行保温养护12h，制备得多孔地聚物备用；选取无水乙醇，用质量浓度为10%的乙酸溶液调节其pH至3.3，随后按质量比1:10，将3-氨基丙基三乙氧基硅烷在400r/min速度下，缓慢滴加至上述溶液中，使其混合搅拌反应3h，制备得偶联改性溶液；选取300g制备的多孔地聚物，对其碾压并过筛，制备得250目的多孔地聚物粉末，随后将其置于体积为500mL的三口烧瓶中，对其抽真空至20Pa，随后，将450mL上述制备的偶联改性溶液置于三口烧瓶中，使其将多孔地聚物粉末完全浸没，使其浸泡15min；待浸泡完成后，设置等离子射频装置频率，打开射频电源，将装有多孔地聚物粉末的三口烧瓶置于射频两极的中间，打开射频电源后，在处理时外部电极间设置放电功率为300kW，进行等离子射频处理，使其偶联改性40min，制备得偶联地聚物粉末；按重量份数计，选取55份的聚乳酸颗粒、15份的偶联地聚物粉末、5份的聚乙二醇、2份的过氧化二碳酸二(2-乙基己酯)、3份的硬脂酸钙和20份的去离子水，将其全部置于聚合釜中，在30℃下搅拌混合15min，随后对其加热升温至聚合釜压力为1.3MPa时，保温加热使其充分反应3h；待反应完成后，停止加热并使其冷却，待压力下降至大气压时，添加总质量1%的对叔丁基邻苯二酚至聚合釜中，使其终止反应，并对其减压蒸发除去多余水分，制备得聚乳酸/多孔地聚物复合树脂；按重量份数计，选取95份的聚乳酸/多孔地聚物复合树、4份的硬脂酸钙和1份的硬脂酸润滑油在双辊混炼机中进行塑化12min，随后在175℃下，在10MPa下进行热压10min，并冷压2min，即可制备得一种聚乳酸/多孔地聚物复合材料。
在聚合管中加入搅拌子，再依次加入30g的木糖醇溶于250mL的无水甲苯中，随后通入氮气3次，在-2℃冷冻条件下抽真空至30Pa后封住聚合管，在130℃下的油浴中反应24h，自然冷却后取出，粗产物溶于二氯甲烧中，用水做沉淀剂，抽滤，滤饼溶于二氯甲烷中，用石油醚：乙酸乙醋为6:1混合溶剂制备沉淀剂，对抽滤后的样品放于真空供箱中，在50℃下真空干燥24h即得到聚乳酸木糖醇。

Claims (2)

1.一种聚乳酸/多孔地聚物复合材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）选取高岭土并将其置于马弗炉中，随后按10～15℃/min的速度缓慢升温至750～880℃，随后保温煅烧2～3h停止加热，并将其冷却至20～30℃，随后将其取出，制备得煅烧高岭土备用；
（2）将质量浓度为40%的水玻璃溶液与上述制备的煅烧高岭土搅拌25～30min，使其混合均匀，制备得地聚物浆液，再按质量比1:5，将混合发泡剂快速滴加至地聚物浆液中，滴加速度为5mL/min，待滴加30～45min后，停止滴加并继续搅拌混合10～15min，并将其置于60～70℃恒温箱中进行保温养护10～12h，制备得多孔地聚物备用；
（3）选取无水乙醇，用质量浓度为10%的乙酸溶液调节其pH至3.1～3.3，随后按质量比1:10，将3-氨基丙基三乙氧基硅烷在300～400r/min速度下，缓慢滴加至上述溶液中，使其混合搅拌反应2～3h，制备得偶联改性溶液；
（4）选取200～300g步骤（2）制备的多孔地聚物，对其碾压并过筛，制备得200～250目的多孔地聚物粉末，随后将其置于体积为500mL的三口烧瓶中，对其抽真空至10～20Pa，再将400～450mL上述制备的偶联改性溶液置于三口烧瓶中，使其将多孔地聚物粉末完全浸没，使其浸泡10～15min；
（5）待浸泡完成后，设置等离子射频装置频率，打开射频电源，将装有多孔地聚物粉末的三口烧瓶置于射频两极的中间，打开射频电源后，在处理时外部电极间设置放电功率为250～300kW，进行等离子射频处理，使其偶联改性30～40min，制备得偶联地聚物粉末；
（6）按重量份数计，选取35～55份的聚乳酸颗粒、15～20份的偶联地聚物粉末、5～10份的聚乙二醇、2～3份的过氧化二碳酸二(2-乙基己酯)、3～7份的硬脂酸钙和20～25份的去离子水，将其全部置于聚合釜中，在20～30℃下搅拌混合10～15min，随后对其加热升温至聚合釜压力为1.2～1.3MPa时，保温加热使其充分反应2～3h；
（7）待反应完成后，停止加热并使其冷却，待压力下降至大气压时，添加总质量1%的对叔丁基邻苯二酚至聚合釜中，使其终止反应，并对其减压蒸发除去多余水分，制备得聚乳酸/多孔地聚物复合树脂；
（8）按重量份数计，选取85～95份的聚乳酸/多孔地聚物复合树、4～12份的硬脂酸钙和1～3份的硬脂酸润滑油在双辊混炼机中进行塑化10～12min，随后在160～175℃下，在10MPa下进行热压10min，并冷压2min，即可制备得一种聚乳酸/多孔地聚物复合材料。
2.根据权利要求书1所述的一种聚乳酸/多孔地聚物复合材料的制备方法，其特征在于所述的混合发泡剂为十二烷基磺酸氨：质量浓度为10%的双氧水=1:5，混合制备而成。
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