CN110804292A - 一种纤维增强聚己内酯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于塑料改性技术领域，尤其涉及一种纤维增强聚己内酯复合材料及其制备方法和应用。本发明通过高熔点的PET纤维增强PCL材料，PET纤维和PCL同属聚酯结构，相容性优异，两相界面结合力良好，利用两种组分的熔点差异，制备的复合材料中PET纤维形态保持良好，可进一步降低复合材料的体积收缩率、提高材料的强度。本发明通过添加纳米氧化锌，得到的复合材料具有抑菌功能，采用该材料制备的体位固定器在医院存放时具有抑菌功能，可避免交叉感染。因此，该材料在肿瘤放疗体位固定器、康复固定器、形状记忆等领域具有广泛应用前景。

Description

一种纤维增强聚己内酯复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及塑料改性技术领域，尤其涉及一种纤维增强聚己内酯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着放疗技术的发展和进步，放射治疗现已成为肿瘤治疗的重要手段之一。21世纪肿瘤放射治疗进入“精确定位、精确计划、精确放疗”的三精时代。体位固定是肿瘤放射治疗精确定位的首要环节，影响定位的精度、摆位的精度和重复性，进而影响放射治疗效果。

体位固定是借助体位固定装置，以防止患者因下意识运动而使治疗体位发生变化，并且保证患者在治疗过程中体位保持不变。合格的体位固定必须做到精确可重复，并且不影响射线的投照。结构合理的体位固定装置可以减少每天患者的摆位时间，增加患者放疗中的舒适度，限制身体呼吸动度并帮助固定体表标记与靶区的相对位置。

现有的体位固定技术有简易固定板、真空负压袋和热塑膜等。热塑膜具有可塑性强、可重复使用、透气性好、射线穿透性好、安全性好、无污染以及使用方便等特性。现有的热塑膜以聚己内酯(PCL)为主要成分，添加少量的滑石粉熔融共混改性制备而成。然而，现有热塑膜使用过程中存在以下不足：(1)塑形时要拉伸均匀，以免冷却硬化材料自身轻微的收缩导致患者不适；(2)已成形的热塑膜存放时不可挤压、不可置于温度高的地方，以免引起形变导致下次使用定位不准；(3)放疗需要进行1～30次不等，热塑膜一般在医院存放，存放期间存在交叉感染或者被污染的可能。

因此，研究一种体积收缩率更小、耐热形变能力高的PCL改性材料，在肿瘤放疗体位固定器领域将具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纤维增强聚己内酯复合材料及其制备方法和应用，该复合材料耐热形变能力高、体积收缩率低且具有抑菌效果。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种纤维增强聚己内酯复合材料，包括以下重量份数的制备原料：

聚己内酯34～77.8份，PET纤维10～20份，滑石粉10～30份，纳米氧化锌2～10份，分散剂0.2～5份，抗氧剂0～1份。

优选的，包括以下重量份数的制备原料：聚己内酯51.5～72.4份，PET纤维10～20份，滑石粉15～20份，纳米氧化锌3～5份，分散剂0.4～3份，抗氧剂0.2～0.5份。

优选的，所述聚己内酯的数均分子量为50000～80000。

优选的，所述PET纤维由聚对苯二甲酸乙二醇酯的均聚物进行熔融纺丝制备而成，所述PET纤维的熔点≥260℃，直径为5～10μm。

优选的，所述滑石粉的粒径为1000～2000目；所述纳米氧化锌的平均直径为50nm。

优选的，所述分散剂为橡胶弹性体专用分散润滑剂，熔点为60～120℃；所述抗氧剂为酚类抗氧剂。

本发明提供了上述技术方案所述纤维增强聚己内酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将聚己内酯、滑石粉、纳米氧化锌、分散剂和抗氧剂进行预混合，然后熔融共混挤出，得到熔体；

将PET纤维引入所述熔体，经牵引和冷却后，得到纤维增强聚己内酯复合材料。

优选的，所述预混合的温度为室温，所述预混合的转速为50～2000rpm，所述预混合的时间为1～8min。

优选的，所述熔融共混挤出在双螺杆挤出机中进行，所述熔融共混挤出的温度为100～150℃，所述双螺杆挤出机的转速为100～400rpm；

所述双螺杆挤出机的机头为“T”型结构，所述PET纤维从“T”机头引入所述熔体。

本发明提供了上述技术方案所述纤维增强聚己内酯复合材料或上述技术方案所述制备方法制备的纤维增强聚己内酯复合材料在肿瘤放疗体位固定器领域中的应用。

本发明提供了一种纤维增强聚己内酯复合材料，包括以下重量份数的制备原料：聚己内酯34～77.8份，PET纤维10～20份，滑石粉10～30份，纳米氧化锌2～10份，分散剂0.2～5份，抗氧剂0～1份。本发明通过高熔点的PET纤维增强PCL材料，PET纤维和PCL同属聚酯结构，相容性优异，两相界面结合力良好，利用两种组分的熔点差异，制备的复合材料中PET纤维形态保持良好，可进一步降低复合材料的体积收缩率、提高材料的强度。本发明通过添加纳米氧化锌，得到的复合材料具有抑菌功能，采用该材料制备的体位固定器在医院存放时具有抑菌功能，可避免交叉感染。该材料在肿瘤放疗体位固定器、康复固定器、形状记忆等领域具有广泛应用前景。

实施例的结果表明，本发明制备的纤维增强聚己内酯复合材料的体积收缩率为0.65％，拉伸强度可达45.2MPa，断裂伸长率可达731％，抑菌率可达99％。

具体实施方式

本发明提供了一种纤维增强聚己内酯复合材料，包括以下重量份数的制备原料：

聚己内酯34～77.8份，PET纤维10～20份，滑石粉10～30份，纳米氧化锌2～10份，分散剂0.2～5份，抗氧剂0～1份。

在本发明中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。

以重量份计，本发明提供的纤维增强聚己内酯复合材料的制备原料包括聚己内酯34～77.8份，优选为51.5～72.4份，更优选为55～65份。在本发明中，所述聚己内酯的数均分子量优选为50000～80000，更优选为60000～70000。本发明以聚己内酯作为基体材料制备复合材料。

以所述聚己内酯的重量份数为基准，本发明提供的纤维增强聚己内酯复合材料的制备原料包括PET纤维10～20份，优选为12～18份，更优选为15～16份。在本发明中，所述PET纤维优选由聚对苯二甲酸乙二醇酯的均聚物进行熔融纺丝制备而成，本发明对所述制备的过程没有特殊的限定，选用本领域熟知的过程即可。在本发明中，所述PET纤维的熔点优选≥260℃，直径优选为5～10μm，更优选为6～8μm。PET纤维和PCL同属聚酯结构，相容性优异，两相界面结合力良好，本发明利用高熔点的PET纤维增强PCL复合材料，利用两种组分的熔点差异，能够使得到的纤维增强复合材料具备PET纤维形态，可进一步降低复合材料的体积收缩率、提高其强度。

以所述聚己内酯的重量份数为基准，本发明提供的纤维增强聚己内酯复合材料的制备原料包括滑石粉10～30份，优选为15～25份，更优选为18～22份。在本发明中，所述滑石粉的粒径优选为1000～2000目，更优选为1200～1800目，最优选为1500～1600目。本发明利用滑石粉的片状结构降低材料的体积收缩率。

以所述聚己内酯的重量份数为基准，本发明提供的纤维增强聚己内酯复合材料的制备原料包括纳米氧化锌2～10份，优选为3～8份，更优选为3～5份。在本发明中，所述纳米氧化锌的平均直径(D50)优选为50nm。本发明通过添加纳米氧化锌，可制备具有抑菌功能的复合材料，采用该材料制备的体位固定器在医院存放时具有抑菌功能，可避免交叉感染。

以所述聚己内酯的重量份数为基准，本发明提供的纤维增强聚己内酯复合材料的制备原料包括分散剂0.2～5份，优选为0.4～3份，更优选为1～2份。在本发明中，所述分散剂优选为橡胶弹性体专用分散润滑剂，更优选为乙烯-丙烯酸酯共聚物，所述分散剂的熔点优选为60～120℃，更优选为100～110℃。本发明利用分散剂改善滑石粉与基体树脂之间的相容性。

以所述聚己内酯的重量份数为基准，本发明提供的纤维增强聚己内酯复合材料的制备原料包括抗氧剂0～1份，优选为0.2～0.8份，更优选为0.2～0.5份。在本发明中，所述抗氧剂优选为酚类抗氧剂，所述酚类抗氧剂优选为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)。本发明利用抗氧剂提高材料的热稳定性。

本发明提供了上述技术方案所述纤维增强聚己内酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将聚己内酯、滑石粉、纳米氧化锌、分散剂和抗氧剂进行预混合，然后熔融共混挤出，得到熔体；

将PET纤维引入所述熔体，经牵引和冷却后，得到纤维增强聚己内酯复合材料。

本发明将聚己内酯、滑石粉、纳米氧化锌、分散剂和抗氧剂混合，进行熔融共混挤出，得到熔体。在本发明中，所述预混合的温度优选为室温，所述预混合的转速优选为50～2000rpm，更优选为1000rpm，所述预混合的时间优选为1～8min，更优选为3～5min。本发明对所述预混合过程中原料的添加顺序没有特殊的限定，采用本领域熟知的添加过程即可。

在本发明中，所述熔融共混挤出优选在双螺杆挤出机中进行，所述熔融共混挤出的温度优选为100～150℃，进一步优选为110～140℃，更优选为120～130℃；所述双螺杆挤出机的转速优选为100～400rpm，更优选为150～350rpm，最优选为200～300rpm。在本发明中，所述双螺杆挤出机的机头优选为“T”型结构。本发明对所述双螺杆挤出机的型号没有特殊的限定，能够满足上述要求即可。

得到熔体后，本发明将PET纤维引入所述熔体，经牵引和冷却后，得到纤维增强聚己内酯复合材料。在本发明中，所述PET纤维优选从“T”机头引入所述熔体。本发明对所述牵引和冷却的过程没有特殊的限定，选用本领域熟知的牵引和冷却过程即可。本发明优选根据下游加工的需要可直接将所述纤维增强聚己内酯复合材料制备成板材、线材或颗粒状等形式的复合材料。

本发明提供了上述技术方案所述纤维增强聚己内酯复合材料或上述技术方案所述制备方法制备的纤维增强聚己内酯复合材料在肿瘤放疗体位固定器领域中的应用。本发明对将所述纤维增强聚己内酯复合材料用于肿瘤放疗体位固定器中的方法没有特殊的限定，选用本领域技术人员熟知的方法即可。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下各实施例中聚己内酯购自Perstorp公司,商品牌号为CAPA-6800；分散剂购自广州源泰合成材料有限公司，其商品牌号为YY-5502A；纳米氧化锌为株洲泽湘公司产品(纯度为99.9％)；滑石粉和抗氧剂等均为市售产品。

实施例1

将聚己内酯54.8份、滑石粉30份、纳米氧化锌3份、分散剂2份和抗氧剂1010 0.2份在常温、转速为50rpm的条件下预混合3分钟，在温度为120℃、转速为100rpm的双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出，挤出机的机头为“T”型结构，得到熔体；将10份PET纤维从“T”机头引入所述熔体，经牵引和冷却后制得PET纤维增强PCL复合材料。

实施例2

将聚己内酯66.4份、滑石粉15份、纳米氧化锌3份、分散剂0.4份和抗氧剂1010 0.2份在常温、转速为500rpm的条件下预混合3分钟，在温度为120℃、转速为200rpm的双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出，挤出机的机头为“T”型结构，得到熔体；将15份PET纤维从“T”机头引入熔体，经牵引和冷却后制得PET纤维增强PCL复合材料。

实施例3

将聚己内酯55.5份、滑石粉18份、纳米氧化锌4份、分散剂4份和抗氧剂1010 0.5份在常温、转速为1000rpm的条件下预混合3分钟，在温度为150℃、转速为400rpm的双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出，挤出机的机头为“T”型结构，得到熔体；将18份PET纤维从“T”机头引入熔体，经牵引和冷却后，制得PET纤维增强PCL复合材料。

实施例4

将聚己内酯49.5份、滑石粉20份、纳米氧化锌5份、分散剂5份和抗氧剂1010 0.5份在常温、转速为2000rpm的条件下预混合3分钟，在温度为130℃、转速为300rpm的双螺杆挤出机中进行熔融共混，挤出机的机头为“T”型结构，得到熔体；将20份PET纤维从“T”机头引入熔体，经牵引和冷却后，制得PET纤维增强PCL复合材料。

实施例5

将聚己内酯44份、滑石粉30份、纳米氧化锌10份、分散剂5份和抗氧剂1010 1份在常温、转速为1500rpm的条件下预混合3分钟，在温度为150℃、转速为300rpm的双螺杆挤出机中进行熔融共混，挤出机的机头为“T”型结构，得到熔体；将10份PET长纤维从“T”机头引入熔体，经牵引和冷却后，制得PET纤维增强PCL复合材料。

对比例1

将聚己内酯81.4份、滑石粉15份、纳米氧化锌3份、分散剂0.4份和抗氧剂1010 0.2份在常温、转速为500rpm的条件下预混合3分钟，在温度为120℃、转速为200rpm的双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出，经牵引和冷却后，制得PCL材料。

对比例2

将聚己内酯59.5份、滑石粉18份、分散剂4份和抗氧剂1010 0.5份在常温、转速为1000rpm的条件下预混合3分钟，在温度为150℃、转速为400rpm的双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出，挤出机的机头为“T”型结构，得到熔体；将18份PET纤维从“T”机头引入熔体，经牵引和冷却后，制得PET纤维增强PCL复合材料。

对比例3

将聚己内酯54份、滑石粉30份、纳米氧化锌10份、分散剂5份和抗氧剂1010 1份在常温、转速为1500rpm的条件下预混合3分钟，在温度为150℃、转速为300rpm的双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出，经牵引和冷却后，制得PCL材料。

性能测试

将实施例1～5以及对比例1～3所制备的材料压制成薄片样品，然后按照国家标准测试相应的力学性能、尺寸收缩率和抑菌性能。

薄片样品制备方法：采用热压成型机在温度150℃条件下预热5分钟后，热压1分钟、冷却3分钟后取出，自然调节下放置24h后测试拉伸强度和断裂伸长率。

拉伸性能:采用裁片机冲裁力学样条，然后按GB/T 1040-2006测试拉伸强度和断裂伸长率，拉伸速率为100mm/min。

尺寸收缩率:将材料在60℃烘干8h后，采用注塑成型机注塑长方形薄片样条，按照GB/T 17037.4-2003测试模塑收缩率。

抑菌性能：将压制好的塑料薄片用无水乙醇清洗表面，晾干后按照GB/T31402-2015所述的方法测试样品的表面抗菌性能。

热变形温度：按GB/T1634-2004测试材料的热变形温度。

实施例1～5和对比例1～3的具体测试结果见表1。

表1实施例1～5和对比例1～3制备的材料的性能数据

由表1可知，实施例2与对比例1相比，实施例5与对比例3相比，本发明添加PET纤维后，复合材料的热变形温度高，纵向收缩率和横向收缩率减小，体积收缩率减小，且拉伸强度进一步提高；实施例3与对比例2相比，本发明添加纳米氧化锌，提高了聚己内酯复合材料的抑菌性能。

由以上实施例可知，本发明一种纤维增强聚己内酯复合材料及其制备方法和应用，本发明通过高熔点的PET纤维增强PCL材料，PET纤维和PCL同属聚酯结构，相容性优异，两相界面结合力良好，利用两种组分的熔点差异，制备的复合材料中PET纤维形态保持良好，可进一步降低复合材料的体积收缩率、提高材料的强度。本发明通过添加纳米氧化锌，得到的复合材料具有抑菌功能，采用该材料制备的体位固定器在医院存放时具有抑菌功能，可避免交叉感染。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种纤维增强聚己内酯复合材料，其特征在于，包括以下重量份数的制备原料：

聚己内酯34～77.8份，PET纤维10～20份，滑石粉10～30份，纳米氧化锌2～10份，分散剂0.2～5份，抗氧剂0～1份。

2.根据权利要求1所述的纤维增强聚己内酯复合材料，其特征在于，包括以下重量份数的制备原料：聚己内酯51.5～72.4份，PET纤维10～20份，滑石粉15～20份，纳米氧化锌3～5份，分散剂0.4～3份，抗氧剂0.2～0.5份。

3.根据权利要求1或2所述的纤维增强聚己内酯复合材料，其特征在于，所述聚己内酯的数均分子量为50000～80000。

4.根据权利要求1或2所述的纤维增强聚己内酯复合材料，其特征在于，所述PET纤维由聚对苯二甲酸乙二醇酯的均聚物进行熔融纺丝制备而成，所述PET纤维的熔点≥260℃，直径为5～10μm。

5.根据权利要求1或2所述的纤维增强聚己内酯复合材料，其特征在于，所述滑石粉的粒径为1000～2000目；所述纳米氧化锌的平均直径为50nm。

6.根据权利要求1或2所述的纤维增强聚己内酯复合材料，其特征在于，所述分散剂为橡胶弹性体专用分散润滑剂，熔点为60～120℃；所述抗氧剂为酚类抗氧剂。

7.根据权利要求1～6任一项所述纤维增强聚己内酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将聚己内酯、滑石粉、纳米氧化锌、分散剂和抗氧剂进行预混合，然后熔融共混挤出，得到熔体；

将PET纤维引入所述熔体，经牵引和冷却后，得到纤维增强聚己内酯复合材料。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述预混合的温度为室温，所述预混合的转速为50～2000rpm，所述预混合的时间为1～8min。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述熔融共混挤出在双螺杆挤出机中进行，所述熔融共混挤出的温度为100～150℃，所述双螺杆挤出机的转速为100～400rpm；

所述双螺杆挤出机的机头为“T”型结构，所述PET纤维从“T”机头引入所述熔体。

10.权利要求1～6任一项所述纤维增强聚己内酯复合材料或权利要求7～9任一项所述制备方法制备的纤维增强聚己内酯复合材料在肿瘤放疗体位固定器领域中的应用。