CN106977889A - 一种高性能聚乳酸纳米复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高性能聚乳酸纳米复合材料的制备方法，其特征在于：以可生物降解塑料为增韧剂、无机纳米颗粒为增强剂，采用溶液共混法制备高性能聚乳酸纳米复合材料。所述高性能聚乳酸纳米复合材料由聚乳酸100质量份，可生物降解塑料1‑50质量份，无机纳米颗粒0.1‑10质量份和溶剂10‑200质量份组成。本发明的制备方法简单，所得的高性能聚乳酸纳米复合材料具有优良的冲击强度和弯曲强度。

Description

一种高性能聚乳酸纳米复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及高性能高分子材料技术领域，尤其涉及一种高性能聚乳酸纳米复合材料的制备方法。
背景技术
聚乳酸由乳酸合成，乳酸的原料为所有碳水化合物富集的物质，例如粮食以及有机废弃物，其来源丰富、价格低廉。聚乳酸是目前产业化最成熟、产量最大、应用最广泛的生物基塑料，是最有前途的可生物降解高分子材料之一，其最终的降解产物是二氧化碳和水，不会对环境造成污染。
聚乳酸具有良好的力学性能、生物相容性、生物可吸收性、热塑性和耐油性，广泛应用于农业、林业、食品包装、医疗卫生、服装等领域。聚乳酸为线性脂肪族聚酯，具有较高的拉伸强度和压缩模量，但韧性小、脆性大、耐热性较差，阻碍了它的更广泛应用，因此有必要对聚乳酸进行改性。
聚乳酸改性方法有化学改性和物理改性。化学改性包括共聚、交联等，工艺过程复杂、成本较高；物理改性包括共混、增塑等，工艺操作简单、产率高、成本较低。
本发明创新的应用可生物降解聚合物和无机纳米颗粒复合改性聚乳酸，通过无机纳米颗粒的表面处理，使无机纳米颗粒在聚乳酸中分散均匀，从而显著提高聚乳酸的力学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能聚乳酸纳米复合材料的制备方法。本发明以可生物降解塑料为增韧剂、无机纳米颗粒为增强剂，采用溶液共混法制备出高性能聚乳酸纳米复合材料。所得的高性能聚乳酸纳米复合材料具有优良的冲击强度和弯曲强度。
本发明采用的技术方案：一种高性能聚乳酸纳米复合材料的制备方法，其特征在于：高性能聚乳酸纳米复合材料由聚乳酸100质量份，可生物降解聚合物1-50质量份，无机纳米颗粒0.1-10质量份和溶剂10-200质量份组成；
将上述聚乳酸、可生物降解聚合物、无机纳米颗粒和溶剂按照质量配比加入混合釜中，在室温下搅拌1-8小时，在50-200oC和减压下去除溶剂，浇模，在1-15 MPa和60-200oC下用平板硫化机压成板材，最后冷却，得到所述高性能聚乳酸纳米复合材料。
所述聚乳酸为L-乳酸制备而成，其重均分子量为150,000-250,000 g/mol；所述可生物降解聚合物为聚丁酸乙二醇酯或聚丁酸丁二醇酯,其重均分子量分别为40,000-100,000和50,000-120,000 g/mol；所述无机纳米颗粒为未处理的纳米碳化硅、硫酸处理的纳米碳化硅、硝酸处理的纳米碳化硅、磷酸处理的纳米碳化硅、硅烷偶联剂处理的纳米碳化硅或钛酸酯偶联剂处理的纳米碳化硅；所述溶剂为二氯甲烷。
本发明的有益效果：本发明的第一个重要的技术措施是使用可生物降解塑料为增韧剂改性聚乳酸，有助于提高聚乳酸的冲击强度。本发明的第二个重要的技术措施是使用无机纳米颗粒作为增强剂，可提高聚乳酸的冲击强度和弯曲强度。本发明的第三个重要措施是对无机纳米颗粒进行表面处理，可提高无机纳米颗粒在聚乳酸中的分散性，从而显著提高聚乳酸的力学性能。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制对本发明的保护范围。
实施例1
聚乳酸：本实施例中所使用的聚乳酸为L-乳酸制备而成，其重均分子量为150,000-250,000 g/mol。
可生物降解聚合物：本实施例中所使用的可生物降解聚合物为聚丁酸乙二醇酯,其重均分子量为40,000-100,000。
无机纳米颗粒：本实施例中所使用的无机纳米颗粒为未处理的纳米碳化硅。
溶剂：本实施例中所使用的溶剂为二氯甲烷。
将100份聚乳酸、5份聚丁酸乙二醇酯、5份未处理的纳米碳化硅、50份二氯甲烷依次加入混合釜中，在室温下搅拌2小时，在100oC和减压下去除溶剂，浇模，在5 MPa和150oC下用平板硫化机压成板材，最后冷却，得到所述高性能聚乳酸纳米复合材料。
对实施例1的产物采用中华人民共和国国家标准(冲击强度：GB/T 1843-2008；弯曲强度：GB/T 9341-2000)进行各种性能的测试，其试验结果见表1。
实施例2
可生物降解聚合物：本实施例中所使用的可生物降解聚合物为聚丁酸丁二醇酯,其重均分子量为50,000-120,000 g/mol。
除了将5份聚丁酸乙二醇酯改为5份聚丁酸丁二醇酯外，其余同实施例1。高性能聚乳酸纳米复合材料的组分及试验结果见表1。
实施例3
无机纳米颗粒：本实施例中所使用的无机纳米颗粒为硫酸处理的纳米碳化硅，其制备方法如下：
在烧杯中加入50克硫酸和10克纳米碳化硅颗粒，在室温下搅拌2小时，过滤后用蒸馏水清洗碳化硅，在120oC下干燥2小时。得到的纳米碳化硅标记为纳米碳化硅-A。
除了将5份未处理的纳米碳化硅改为1份纳米碳化硅-A外，其余同实施例1。高性能聚乳酸纳米复合材料的组分及试验结果见表1。
实施例4
无机纳米颗粒：本实施例中所使用的无机纳米颗粒为硝酸处理的纳米碳化硅，其制备方法如下：
硝酸处理的纳米碳化硅：在烧杯中加入50克硝酸和10克纳米碳化硅颗粒，在室温下搅拌2小时，过滤后用蒸馏水清洗碳化硅，在120oC下干燥2小时。得到的纳米碳化硅标记为纳米碳化硅-B。
除了将5份聚丁酸乙二醇酯改为10份聚丁酸丁二醇酯、5份未处理的纳米碳化硅改为2份纳米碳化硅-B、二氯甲烷用量改为100份外，其余同实施例1。高性能聚乳酸纳米复合材料的组分及试验结果见表1。
实施例5
无机纳米颗粒：本实施例中所使用的无机纳米颗粒为磷酸处理的纳米碳化硅，其制备方法如下：
磷酸处理的纳米碳化硅：在烧杯中加入50克磷酸和10克纳米碳化硅颗粒，在室温下搅拌2小时，过滤后用蒸馏水清洗碳化硅，在120oC下干燥2小时。得到的纳米碳化硅标记为纳米碳化硅-C。
除了将聚丁酸乙二醇酯用量改为15份、5份未处理的纳米碳化硅改为3份纳米碳化硅-C、二氯甲烷用量改为100份外，其余同实施例1。高性能聚乳酸纳米复合材料的组分及试验结果见表1。
实施例6
无机纳米颗粒：本实施例中所使用的无机纳米颗粒为硅烷偶联剂处理的纳米碳化硅，其制备方法如下：
硅烷偶联剂处理的纳米碳化硅：在烧杯中加入5克硅烷偶联剂和95克乙醇，在室温下搅拌2小时配成偶联剂溶液。加入纳米碳化硅颗粒浸泡1小时，过滤后将碳化硅在120oC下干燥2小时。得到的纳米碳化硅标记为纳米碳化硅-D。
除了将5份聚丁酸乙二醇酯改为20份聚丁酸丁二醇酯、5份未处理的纳米碳化硅改为4份纳米碳化硅-D、二氯甲烷用量改为100份外，其余同实施例1。高性能聚乳酸纳米复合材料的组分及试验结果见表1。
实施例7
无机纳米颗粒：本实施例中所使用的无机纳米颗粒为钛酸酯偶联剂处理的纳米碳化硅，其制备方法如下：
钛酸酯偶联剂处理的纳米碳化硅：在烧杯中加入5克钛酸酯偶联剂和95克乙醇，在室温下搅拌2小时配成偶联剂溶液。加入纳米碳化硅颗粒浸泡1小时，过滤后将碳化硅在120oC下干燥2小时。得到的纳米碳化硅标记为纳米碳化硅-E。
除了将聚丁酸乙二醇酯用量改为25份、5份未处理的纳米碳化硅改为5份纳米碳化硅-E、二氯甲烷用量改为150份外，其余同实施例1。高性能聚乳酸纳米复合材料的组分及试验结果见表1。
比较例1
将100份聚乳酸和50份二氯甲烷依次加入混合釜中，在室温下搅拌2小时，在100oC和减压下去除溶剂，浇模，在5 MPa和150oC下用平板硫化机压成板材，最后冷却，得到聚乳酸产物。对比较例1的产物采用中华人民共和国国家标准进行各种性能的测试，其试验结果见表1。
表1
通过比较实施例1-7和比较例1可以看出，与纯聚乳酸相比，以可生物降解塑料为增韧剂、无机纳米颗粒为增强剂，可显著提高聚乳酸的冲击强度和弯曲强度。
所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高性能聚乳酸纳米复合材料的制备方法，其特征在于：高性能聚乳酸纳米复合材料由聚乳酸100质量份，可生物降解聚合物1-50质量份，无机纳米颗粒0.1-10质量份和溶剂10-200质量份组成；
将上述聚乳酸、可生物降解聚合物、无机纳米颗粒和溶剂按照质量配比加入混合釜中，在室温下搅拌1-8小时，在50-200oC和减压下去除溶剂，浇模，在1-15 MPa和60-200oC下用平板硫化机压成板材，最后冷却，得到所述高性能聚乳酸纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述高性能聚乳酸纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述聚乳酸为L-乳酸制备而成，其重均分子量为150,000-250,000 g/mol。
3.根据权利要求1所述高性能聚乳酸纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述可生物降解聚合物为聚丁酸乙二醇酯或聚丁酸丁二醇酯,其重均分子量分别为40,000-100,000和50,000-120,000 g/mol。
4.根据权利要求1所述高性能聚乳酸纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述无机纳米颗粒为未处理的纳米碳化硅、硫酸处理的纳米碳化硅、硝酸处理的纳米碳化硅、磷酸处理的纳米碳化硅、硅烷偶联剂处理的纳米碳化硅或钛酸酯偶联剂处理的纳米碳化硅。
5.根据权利要求1所述高性能聚乳酸纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述溶剂为二氯甲烷。
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