CN105949732A - 一种高性能可降解聚乳酸复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高性能可降解聚乳酸复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高性能可降解聚乳酸复合材料，按质量份计算，包括89‑100份的聚乳酸，0.5‑11份聚酰亚胺酸，0‑0.5份环氧树脂，0‑0.5份抗氧剂，0‑0.5份热稳定剂，0‑0.5份固化剂。其制备工艺包括如下步骤：取所述质量份的聚乳酸在40℃的条件下干燥4h，然后将干燥后的聚乳酸与所述质量份的聚酰亚胺酸、环氧树脂、抗氧剂、热稳定剂、固化剂在高速混合机中混合均匀，将混合物在挤出机上熔融挤出，将挤出物牵引至切粒机中切粒，将所得的粒料在80℃的条件下干燥4h，利用注塑机注塑成型为标准样条，然后在样条在90℃的条件下烘10h，使环氧树脂完全固化。本发明具有较高的抗拉伸强度和抗冲击强度，此外，还具有较好的耐热性、吸水性和易生物降解性。

Description

一种高性能可降解聚乳酸复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高性能的高分子复合材料技术领域，特别是一种高性能可降解聚乳酸复合材料的制备方法。
背景技术
聚乳酸(PLA)是作为最具有前景的生物可降解材料之一，因具有较好的可再生性、可降解性、生物相容性、加工性能而被广泛的应用于生物医用、包装、服装、汽车行业、电子等重要的领域，聚乳酸是由生物质原料经发酵而成的小分子乳酸聚合而成的高分子材料，与传统的石油基高分子材料相比，生物基聚乳酸最大优点是废弃的聚乳酸材料可以在自然的条件下快速的降解，从而从根本上解决了“白色污染”问题，但是由于聚乳酸本身分子结构的特点而导致聚乳酸存在抗拉伸强度和抗冲击强度较低、耐热性差、吸水性差等缺点，这些缺点限制了聚乳酸在许多重要领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高性能可降解聚乳酸复合材料及其制备方法，本发明具有较高的抗拉伸强度和抗冲击强度，此外，还具有较好的耐热性、吸水性和易生物降解性。
本发明的技术方案：一种高性能可降解聚乳酸复合材料，由聚乳酸、聚酰亚胺酸、环氧树脂、固化剂、抗氧剂和热稳定剂组成；按质量份计算，包括89-100份的聚乳酸，0.5-11份聚酰亚胺酸，0-0.5份环氧树脂，0-0.5份抗氧剂，0-0.5份热稳定剂，0-0.5份固化剂。
前述的高性能可降解聚乳酸复合材料，按质量份计算，包括91份的聚乳酸，9份聚酰亚胺酸，0.4份环氧树脂，0.5份抗氧剂，0.5份热稳定剂， 0.5份固化剂。
前述的高性能可降解聚乳酸复合材料，所用的聚乳酸为半结晶性聚左旋乳酸或聚右旋乳酸。
前述的高性能可降解聚乳酸复合材料，所述环氧树脂为环氧树脂E51、环氧树脂E44或环氧树脂E55中的一种或几种的组合。
前述的高性能可降解聚乳酸复合材料，所述抗氧剂为抗氧剂-1010、抗氧剂-1076或抗氧剂-1098中的一种或几种组合。
前述的高性能可降解聚乳酸复合材料，所述热稳定剂为三(壬基酚基)亚磷酸酯或环氧大豆油。
前述的高性能可降解聚乳酸复合材料，所述固化剂为乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺、邻苯二甲酸酐或马来酸酐中的一种或几种组合。
一种制备前述的高性能可降解聚乳酸复合材料的方法，其制备工艺包括如下步骤：取所述质量份的聚乳酸在40℃的条件下干燥4h，然后将干燥后的聚乳酸与所述质量份的聚酰亚胺酸、环氧树脂、抗氧剂、热稳定剂、固化剂在高速混合机中混合均匀，将混合物在挤出机上熔融挤出，将挤出物牵引至切粒机中切粒，将所得的粒料在80℃的条件下干燥4h，利用注塑机注塑成型为标准样条，然后在样条在90℃的条件下烘10h，使环氧树脂完全固化。
前述的高性能可降解聚乳酸复合材料的制备方法，所述熔融挤出温度和注塑成型温度均为165-195℃。
有益效果：本发明通过在聚乳酸中添加少量的聚酰亚胺酸，并采用环氧树脂E51作为相容剂，提高了聚乳酸材料的抗冲击强度、抗拉伸强度、维卡温度和吸水性。实验证明：抗冲击强度的平均值从2.4KJ/m2提高到了3.99KJ/m2，提高了66.25％，抗拉伸强度的平均值从60.54MPa提高到了75.83MPa，提高了25.25％,维卡温度的平均值从53.24℃提高到了62.34℃，提高了17.09％，维卡温度的平均值从53.24℃提高到了62.34℃，提高了 17.09％。此外，由于聚酰亚胺酸具有一定的吸水性，添加以后提高了聚乳酸材料的吸水性，有利于聚乳酸的生物降解。综上所述，本发明制备的聚乳酸改性增强复合材料具有较高的抗拉伸强度、抗冲击强度和维卡温度，此外，还具有较好的吸水性和易生物降解性。
为进一步说明本发明的有益效果，发明人做了如下实验：
对比例：
取聚乳酸100份，将称好的聚乳酸在40℃的条件下烘4h,然后将干燥的聚乳酸粒料在165-195℃下熔融挤出，将挤出物牵引至切粒机中切粒，鼓风干燥箱烘干，在注塑机上注塑成标准样条，注塑温度165-195℃，将样条在90℃的条件下烘10h，用所得到的样条进行测试，力学性能、热性能和吸水性数据如表1所示。
实验例
将经实施例1-7制备得到的复合材料的样条进行测试，其力学性能、热性能和吸水性数据如表1所示。
表1 对比例1和实施例1-7所制得的样条的测试结果
从表1中的测试结果可以看出,本发明制备的高性能复合材料不仅具有 较好的力学性能和较高的维卡温度，使其性能大大提高，可以有效扩宽其应用领域，而且该复合材料还具有较好的吸水性和易生物降解性。同时，通过表1可以看出，随着聚酰亚胺酸在组份配比中所占的比重越来越多，制得的复合材料的拉伸强度、冲击强度、维卡温度和吸水率越来越高，但是当聚酰亚胺酸的质量份超过9份(对应实施例6)以后，尽管吸水率仍在上升，但拉伸强度、冲击强度和维卡温度均开始下降，因此，本发明的复合材料的最优配比为聚乳酸91份、聚酰亚胺酸9份、环氧树脂0.5份、抗氧剂0.5份、热稳定剂0.5份、固化剂0.5份。
具体实施例
实施例1：
取聚乳酸99.5份，聚酰亚胺酸0.5份，0.4份环氧树脂，0.5份抗氧剂，0.5份热稳定剂，0.5份固化剂。按所示的重量分数称取；将称好的聚乳酸在40℃的条件下烘4h,然后将干燥的聚乳酸粒料，及称好的环氧树脂，抗氧剂，热稳定剂，固化剂混合均匀后在165-195℃下熔融挤出，将挤出物牵引至切粒机中切粒，鼓风干燥箱烘干，在注塑机上注塑成标准样条，注塑温度165-195℃，将样条在90℃的条件下烘10h，用所得到的样条进行测试，力学性能、热性能和吸水性数据如表1所示。
实施例2：
取聚乳酸99份，1份聚酰亚胺酸,0.4份环氧树脂，0.5份抗氧剂，0.5份热稳定剂，0.5份固化剂。按所示的重量分数称取；将称好的聚乳酸在40℃的条件下烘4h,然后将干燥的聚乳酸粒料，及称好的环氧树脂，抗氧剂，热稳定剂，固化剂混合均匀后在165-195℃下熔融挤出，将挤出物牵引至切粒机中切粒，鼓风干燥箱烘干，在注塑机上注塑成标准样条，注塑温度165-195℃，将样条在90℃的条件下烘10h，用所得到的样条进行测试，力学性能、热性能和吸水性数据如表1所示。
实施例3：
取聚乳酸97份，3份聚酰亚胺酸,0.4份环氧树脂，0.5份抗氧剂，0.5份热稳定剂，0.5份固化剂。按所示的重量分数称取；将称好的聚乳酸在40℃的条件下烘4h,然后将干燥的聚乳酸粒料，及称好的环氧树脂，抗氧剂，热稳定剂，固化剂混合均匀后在165-195℃下熔融挤出，将挤出物牵引至切 粒机中切粒，鼓风干燥箱烘干，在注塑机上注塑成标准样条，注塑温度165-195℃，将样条在90℃的条件下烘10h，用所得到的样条进行测试，力学性能、热性能和吸水性数据如表1所示。
实施例4：
取聚乳酸95份，5份聚酰亚胺酸,0.4份环氧树脂，0.5份抗氧剂，0.5份热稳定剂，0.5份固化剂。按所示的重量分数称取；将称好的聚乳酸在40℃的条件下烘4h,然后将干燥的聚乳酸粒料，及称好的环氧树脂，抗氧剂，热稳定剂，固化剂混合均匀后在165-195℃下熔融挤出，将挤出物牵引至切粒机中切粒，鼓风干燥箱烘干，在注塑机上注塑成标准样条，注塑温度165-195℃，将样条在90℃的条件下烘10h，用所得到的样条进行测试，力学性能、热性能和吸水性如表1所示。
实施例5：
取聚乳酸93份，7份聚酰亚胺酸,0.4份环氧树脂，0.5份抗氧剂，0.5份热稳定剂，0.5份固化剂。按所示的重量分数称取；将称好的聚乳酸在40℃的条件下烘4h,然后将干燥的聚乳酸粒料，及称好的环氧树脂，抗氧剂，热稳定剂，固化剂混合均匀后在165-195℃下熔融挤出，将挤出物牵引至切粒机中切粒，鼓风干燥箱烘干，在注塑机上注塑成标准样条，注塑温度165-195℃，将样条在90℃的条件下烘10h，用所得到的样条进行测试，力学性能、热性能和吸水性如表1所示。
实施例6：
取聚乳酸91份，9份聚酰亚胺酸,0.4份环氧树脂，0.5份抗氧剂，0.5份热稳定剂，0.5份固化剂。按所示的重量分数称取；将称好的聚乳酸在40℃的条件下烘4h,然后将干燥的聚乳酸粒料，及称好的环氧树脂，抗氧剂，热稳定剂，固化剂混合均匀后在165-195℃下熔融挤出，将挤出物牵引至切粒机中切粒，在鼓风干燥箱烘干后，在注塑机上注塑成标准样条，注塑温度165-195℃，将样条在90℃的条件下烘10h，用所得到的样条进行测试，力学性能、热性能和吸水性数据如表1所示。
实施例7：
取聚乳酸89份，11份聚酰亚胺酸，0.4份环氧树脂，0.5份抗氧剂，0.5份热稳定剂，0.5份固化剂。按所示的重量分数称取；将称好的聚乳酸在40℃的条件下烘4h,然后将干燥的聚乳酸粒料，及称好的环氧树脂，抗氧剂，热稳定剂，固化剂混合均匀后在165-195℃下熔融挤出，将挤出物牵引至切粒机中切粒，在鼓风干燥箱烘干后，在注塑机上注塑成标准样条，注塑温度165-195℃，将样条在90℃的条件下烘10h，用所得到的样条进行测试，力学性能、热性能和吸水性数据如表1所示。
上述的实施例中，聚乳酸所用的牌号为4032D,环氧树脂所用的牌号为E51，热稳定剂所用的为三(壬基酚基)亚磷酸酯，固化剂所用的牌号为T31。

Claims (9)

1.一种高性能可降解聚乳酸复合材料，其特征在于：由聚乳酸、聚酰亚胺酸、环氧树脂、固化剂、抗氧剂和热稳定剂组成；按质量份计算，包括89-100份的聚乳酸，0.5-11份聚酰亚胺酸，0-0.5份环氧树脂，0-0.5份抗氧剂，0-0.5份热稳定剂，0-0.5份固化剂。
2.根据权利要求1所述的高性能可降解聚乳酸复合材料，其特征在于：按质量份计算，包括91份的聚乳酸，9份聚酰亚胺酸，0.4份环氧树脂，0.5份抗氧剂，0.5份热稳定剂，0.5份固化剂。
3.根据权利要求1所述的高性能可降解聚乳酸复合材料，其特征在于：所用的聚乳酸为半结晶性聚左旋乳酸或聚右旋乳酸。
4.根据权利要求1所述的高性能可降解聚乳酸复合材料，其特征在于：所述环氧树脂为环氧树脂E51、环氧树脂E44或环氧树脂E55中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述的高性能可降解聚乳酸复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂-1010、抗氧剂-1076或抗氧剂-1098中的一种或几种组合。
6.根据权利要求1所述的高性能可降解聚乳酸复合材料，其特征在于：所述热稳定剂为三(壬基酚基)亚磷酸酯或环氧大豆油。
7.根据权利要求1所述的高性能可降解聚乳酸复合材料，其特征在于：所述固化剂为乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺、邻苯二甲酸酐或马来酸酐中的一种或几种组合。
8.一种制备权利要求1所述的高性能可降解聚乳酸复合材料的方法，其特征在于：其制备工艺包括如下步骤：取所述质量份的聚乳酸在40℃的条件下干燥4h，然后将干燥后的聚乳酸与所述质量份的聚酰亚胺酸、环氧树脂、抗氧剂、热稳定剂、固化剂在高速混合机中混合均匀，将混合物在挤出机上熔融挤出，将挤出物牵引至切粒机中切粒，将所得的粒料在80℃的条件下干燥4h，利用注塑机注塑成型为标准样条，然后在样条在90℃的条件下烘10h，使环氧树脂完全固化。
9.根据权利要求8所述的高性能可降解聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：所述熔融挤出温度和注塑成型温度均为165-195℃。
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