CN115181403A - 一种聚乳酸/有机插层改性的埃洛石复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料技术领域,具体涉及聚乳酸/有机插层改性的埃洛石复合材料及其制备方法。包括以下重量份原料:80~200份埃洛石、300~750份有机溶剂、500~2000份甲基丙烯酸酯类树脂、10~40份单体聚合引发剂。其制备方法包括:聚甲基丙烯酸甲酯插层埃洛石样品的制备和聚乳酸与聚甲基丙烯酸酯插层的埃洛石复合材料的制备,利用有机溶剂为插层前驱体对埃洛石进行增容改性,甲基丙烯酸酯类树脂原位聚合在埃洛石管内及层间,得到棒状、插层改性的埃洛石,然后与聚乳酸共混制得。该方法提高了改性埃洛石在聚乳酸基体的分散性,得到的复合材料结晶和力学性能均优异,当改性埃洛石加入含量为聚乳酸的4%时,结晶和力学性能最好。
Description
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/有机插层改性的埃洛石复合材料及其制备方法。
背景技术
聚乳酸是一种可由植物类淀粉发酵等方法制备出来的生物可降解环境友好型高分子材料。聚乳酸塑料的加工过程以及材料自身对环境无污染,具有良好的可降解性以及可再生性,使得聚乳酸成为潜在的日用型塑料,在工农业上的用途广泛,市场前景广阔,针对聚乳酸应用技术特别是聚乳酸材料的轻量化产品及低成本生产工艺技术的开发是推动聚乳酸材料大规模应用的基础。
聚乳酸材料自身存在着高温易分解、熔体强度低、结晶速率低等特点,难以加工,此外聚乳酸材料成本较高,在加工生产应用时还需要考虑成本因素,因而更加经济、安全、有效的改性方法、改性加工技术显得尤其重要,常用的改性处理方法就是与其他高分子材料进行共聚合成。
埃洛石具有含硅氧键外表面的多壁纳米管状结构,是天然存在的纳米级管状矿物材料,相对于合成纳米管,材料易得,来源广泛,价格低廉,加工难度低,毒性小,具有良好的生物相容性,其独特的结构使其可通过改性赋予复合材料多样化性能,因其具有的优异结构、性能、方便易得等特性,从传统的陶瓷、吸附等领域的应用,再到聚合物复合材料,进而拓展到功能材料。埃洛石也是常用的无机填料,但在有机聚合物中应用时,经常会出现分散不好、与聚合物基体之间结合力不足的问题,导致埃洛石对聚合物的增强作用大打折扣,所以埃洛石的改性成为其在复合材料中更好应用的关键之一。
现有的埃洛石改性处理与聚乳酸复合材料制备技术中,大多是改变了埃洛石的结构,但是改性后的埃洛石在聚乳酸中的分散性不好,聚乳酸基体的结晶和力学性能也不好。而且改性后的埃洛石并不是添加越多越好,大多数现有技术针对改性后的埃洛石需要添加多少才能使制备的复合材料结晶和力学性能更好的问题,也没有得到解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种聚乳酸/有机插层改性的埃洛石复合材料及其制备方法,利用埃洛石具备纳米管中空、多层壁结构的特征,以甲基丙烯酸酯类树脂为插层体进行改性,然后与聚乳酸进行复合,得到结晶和力学性能均优异的复合材料,当加入的改性埃洛石含量为聚乳酸的4%时,其结晶和力学性能最好。
采用的技术方案如下:
一种聚乳酸/有机插层改性的埃洛石复合材料,其特征在于,包括以下重量份原料:80~200份埃洛石、300~750份有机溶剂、500~2000份甲基丙烯酸酯类树脂、10~40份单体聚合引发剂;其中,有机溶剂为插层前驱体,对埃洛石进行增容改性,利用甲基丙烯酸酯类树脂原位聚合在埃洛石管内及层间,得到棒状、插层改性的埃洛石,然后与聚乳酸共混制备聚乳酸/有机插层改性的埃洛石复合材料。
优选的,所述有机溶剂为二甲亚砜(DMSO)、四氢呋喃、氯仿、二甲基甲酰胺(DMF)中的一种或多种。
优选的,所述甲基丙烯酸酯类树脂为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯中的任一种。
优选的,所述单体聚合引发剂为过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈中的任一种。
上述一种聚乳酸/有机插层改性的埃洛石复合材料的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
(1)聚甲基丙烯酸酯插层埃洛石样品的制备
将埃洛石溶于有机溶剂中,室温下超声处理6小时后,过滤分离,60℃下干燥24小时,得到有机溶剂插层的埃洛石样品;然后将样品置于三口烧瓶中,加入甲基丙烯酸酯,缓慢滴加引发剂,滴加完后,60℃搅拌6小时,然后加热到120℃,继续搅拌并回流4h,直至反应完全;混合溶液冷却到室温,将样品过滤、60℃下干燥24小时,得到聚甲基丙烯酸酯插层的埃洛石样品;
(2)聚乳酸与聚甲基丙烯酸酯插层的埃洛石复合材料的制备
称取一定量的聚乳酸,按聚乳酸质量的1~10%称取聚甲基丙烯酸酯插层的埃洛石样品,于高速预混机中预混后,再加入熔融加工设备中进行共混密炼,制备聚乳酸/改性埃洛石复合材料。
优选的,所述熔融加工设备为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、多螺杆挤出机、密炼机中的任一种。
优选的,所述步骤(1)中,有机插层的埃洛石与甲基丙烯酸酯的质量比为1:10。
优选的,所述步骤(1)中,引发剂与甲基丙烯酸酯的质量比为1:50。
优选的,所述步骤(2)中,在熔融加工设备中进行共混密炼的温度为190℃,转速为80r/min,密炼时间为8分钟。
优选的,所述步骤(2)中,聚乳酸和改性埃洛石的质量比为100:4。
与现有技术相比,本发明的有益之处在于:
本发明使用的改性埃洛石材料,相对于其它人工合成纳米管改性材料,具有天然来源成本低的特点,且安全无毒,属于对环境无害的无机物质;
本发明利用埃洛石具备纳米管中空、多层壁结构的特征,以有机溶剂为插层前驱体进行改性,甲基丙烯酸酯类原位聚合在埃洛石管内以及管壁上,制备的埃洛石纳米管没有改变原来埃洛石的结构,改性后的埃洛石可以更好的分散在聚乳酸中;
本发明所使用的埃洛石改性处理方法,提高了改性埃洛石在聚乳酸基体的分散性,加入的改性埃洛石含量为聚乳酸的4%时,该复合材料的结晶和力学性能最好,添加量少,可以用于工业大生产,便于实现操作。
附图说明
图1为本发明实施例1中涉及到或生成的中间产物的傅里叶红外光谱对比图;其中,a为未改性埃洛石的傅里叶红外光谱图;b为聚甲基丙烯酸甲酯的傅里叶红外光谱图;c为插层的埃洛石样品的傅里叶红外光谱图;
图2为本发明实施例1中制备的插层埃洛石样品的核磁共振光谱图;
图3为本发明实施例1涉及到或生成的中间产物的XRD对比图谱;其中,a为未改性埃洛石的XRD光谱图;b为DMSO-HNTs的XRD光谱图;c为mDMSO-HNTs的XRD光谱图;d为P-HNTs的XRD光谱图;e为mP-HNTs的XRD光谱图;
图4为本发明涉及到或生成的产物的偏光显微镜图像对比图;其中,a图为对比例1中的纯PLA的偏光显微镜图像;b为对比例2中制备的PLA/HNTs的偏光显微镜图像;c图实施例1中制备的PLA/P-HNTs的偏光显微镜对比图像;
图5为本发明对比例1中的纯PLA、对比例2中制备的PLA/HNTs和实施例1中制备的PLA/P-HNTs的DMA测试曲线。
具体实施方式
下面结合附图、实施例、表格对本发明进行详细说明,附图仅用于示例性说明;应当理解,下面所提到的案例仅仅用来解释本发明,是为了便于描述本发明和简化描述,因此,不能理解为对本发明的限制。
实施例1
第一步:聚甲基丙烯酸甲酯插层埃洛石样品的制备
分别称取80重量份提纯后的埃洛石、400重量份有机溶剂DMSO(二甲亚砜),室温下将埃洛石溶于有机溶剂DMSO中,超声分散60分钟,抽滤,将产物放入烘箱中,在60℃干燥24小时,得到DMSO插层的埃洛石样品(DMSO-HNTs);将50重量份DMSO-HNTs样品和500重量份的甲基丙烯酸甲酯分别置于三口烧瓶中,缓慢滴加10重量份过氧化苯甲酰,滴加完后,60℃搅拌6小时,然后加热到120℃,继续搅拌并回流4小时,直至反应完全。混合溶液冷却到室温,将样品过滤、产物放在烘箱中,60-80℃,干燥时间为6-24小时。得到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)插层的埃洛石样品(P-HNTs)。
第二步:制备聚乳酸/P-HNTs复合材料
称取100重量份的聚乳酸,按聚乳酸质量的2%称取改性埃洛石(聚乳酸和改性埃洛石的质量比为100:2),于高速预混机中预混后,加入双螺杆挤出机进行共混密炼,密炼工艺的温度为190℃,转速为80r/min,密炼时间为8分钟,制备聚乳酸/P-HNTs复合材料(即PLA/P-HNTs)。
取实施例1中制备的部分复合材料样品采用WAXD检测复合材料的结晶度的变化,其余样品在注塑机中注塑成标准测试样条,并分别进行拉伸强度、断裂伸长率、简支梁缺口冲击强度检测,结果见表1。
实施例2
第一步:聚甲基丙烯酸甲酯插层埃洛石样品的制备
实施例2的聚甲基丙烯酸甲酯插层埃洛石样品与实施例1一样。
第二步:制备聚乳酸/P-HNTs复合材料
称取100重量份的聚乳酸,按聚乳酸质量的4%称取改性埃洛石(聚乳酸和改性埃洛石的质量比为100:4),于高速预混机中预混后,加入双螺杆挤出机进行共混密炼,密炼工艺的温度为190℃,转速为80r/min,密炼时间为8分钟,制备聚乳酸/P-HNTs复合材料。
取实施例2部分复合材料样品采用WAXD检测复合材料的结晶度的变化,其余样品在注塑机中注塑成标准测试样条,并分别进行拉伸强度、断裂伸长率、简支梁缺口冲击强度检测,结果见表1。
实施例3
实施例3的埃洛石插层改性与实施例1一样,不一样的是在制备聚乳酸/P-HNTs复合材料时,聚乳酸和改性埃洛石的质量比为100:5。
取实施例3部分复合材料样品采用WAXD检测复合材料的结晶度的变化,其余样品在注塑机中注塑成标准测试样条,并分别进行拉伸强度、断裂伸长率、简支梁缺口冲击强度检测,结果见表1。
实施例4
第一步:聚甲基丙烯酸甲酯插层埃洛石样品的制备
分别称取100重量份提纯后的埃洛石、500重量份有机溶剂DMF,室温下将提纯的埃洛石溶于DMF中,二者混合后超声分散60分钟,抽滤,将产物放入烘箱中,在60℃干燥24小时,得到DMF插层的埃洛石样品(DMF-HNTs);将100重量份DMF-HNTs样品和1000重量份的甲基丙烯酸丁酯分别置于三口烧瓶中,缓慢滴加20重量份过氧化苯甲酰,滴加完后,60℃搅拌6小时,然后加热到120℃,继续搅拌并回流4小时,直至反应完全。混合溶液冷却到室温,将样品过滤、产物放在烘箱中,60-80℃,干燥时间为6-24小时。得到聚甲基丙烯酸丁酯插层的埃洛石样品(P-HNTs)。
第二步:制备聚乳酸/P-HNTs复合材料
称取100重量份的聚乳酸,按聚乳酸质量的4%称取改性埃洛石,于高速预混机中预混后,加入双螺杆挤出机进行共混密炼,密炼工艺的温度为190℃,转速为80r/min,密炼时间为8分钟,制备聚乳酸/P-HNTs复合材料。
取实施例4部分复合材料样品采用WAXD检测复合材料的结晶度的变化,其余样品在注塑机中注塑成标准测试样条,并分别进行拉伸强度、断裂伸长率、简支梁缺口冲击强度检测,结果见表1。
实施例5
实施例5的埃洛石插层改性与实施例4一样,不一样的是在制备聚乳酸/P-HNTs复合材料时,聚乳酸和改性埃洛石的质量比为100:5。
取实施例5部分复合材料样品采用WAXD检测复合材料的结晶度的变化,其余样品在注塑机中注塑成标准测试样条,并分别进行拉伸强度、断裂伸长率、简支梁缺口冲击强度检测,结果见表1。
实施例6
实施例6的埃洛石插层改性与实施例4一样,不一样的是在制备聚乳酸/P-HNTs复合材料时,聚乳酸和改性埃洛石的质量比为100:6。
取实施例6部分复合材料样品采用WAXD检测复合材料的结晶度的变化,其余样品在注塑机中注塑成标准测试样条,并分别进行拉伸强度、断裂伸长率、简支梁缺口冲击强度检测,结果见表1。
实施例7
实施例7的埃洛石插层改性与实施例4一样,不一样的是在制备聚乳酸/P-HNTs复合材料时,聚乳酸和改性埃洛石的质量比为100:8。
取实施例7部分复合材料样品采用WAXD检测复合材料的结晶度的变化,其余样品在注塑机中注塑成标准测试样条,并分别进行拉伸强度、断裂伸长率、简支梁缺口冲击强度检测,结果见表1。
实施例8
分别称取150重量份提纯后的埃洛石、750重量份有机溶剂四氢呋喃(THF),室温下将埃洛石溶于四氢呋喃中,超声分散60分钟,抽滤,将产物放入烘箱中,在60℃干燥24小时,得到DMF插层的埃洛石样品(THF-HNTs);将150重量份THF-HNTs样品和1500重量份的甲基丙烯酸乙酯分别置于三口烧瓶中,缓慢滴加30重量份偶氮二异丁腈,滴加完后,60℃搅拌6小时,然后加热到120℃,继续搅拌并回流4小时,直至反应完全。混合溶液冷却到室温,将样品过滤、产物放在烘箱中,60-80℃,干燥时间为6-24小时。得到聚甲基丙烯酸乙酯插层的埃洛石样品(P-HNTs)。
第二步:制备聚乳酸/P-HNTs复合材料
称取100重量份的聚乳酸,按聚乳酸质量的2%(即100:4)称取改性埃洛石,于高速预混机中预混后,加入密炼机进行共混密炼,密炼工艺的温度为190℃,转速为80r/min,密炼时间为8分钟,制备聚乳酸/P-HNTs复合材料。
取实施例8部分复合材料样品采用WAXD检测复合材料的结晶度的变化,其余样品在注塑机中注塑成标准测试样条,并分别进行拉伸强度、断裂伸长率、简支梁缺口冲击强度检测,结果见表1。
实施例9
实施例9的埃洛石插层改性与实施例8一样,不一样的是在制备聚乳酸/P-HNTs复合材料时,聚乳酸和改性埃洛石的质量比为100:4。
取实施例9部分复合材料样品采用WAXD检测复合材料的结晶度的变化,其余样品在注塑机中注塑成标准测试样条,并分别进行拉伸强度、断裂伸长率、简支梁缺口冲击强度检测,结果见表1。
实施例10
实施例10的埃洛石插层改性与实施例8一样,不一样的是在制备聚乳酸/P-HNTs复合材料时,聚乳酸和改性埃洛石的质量比为100:6。
取实施例10部分复合材料样品采用WAXD检测复合材料的结晶度的变化,其余样品在注塑机中注塑成标准测试样条,并分别进行拉伸强度、断裂伸长率、简支梁缺口冲击强度检测,结果见表1。
为了直观看出本发明的效果,下面分别以纯聚乳酸材料PLA和PLA/未改性埃洛石作为对比试验来进行说明。
对比例1
对比例1为纯的聚乳酸(即PLA)材料,取纯的聚乳酸材料采用WAXD检测复合材料的结晶度,其余样品在注塑机中注塑成标准测试样条,并分别进行拉伸强度、断裂伸长率、简支梁缺口冲击强度检测,结果见表1。
对比例2
对比例2采用未改性埃洛石制备聚乳酸/HNTs复合材料(即PLA/HNTs),制备时,聚乳酸和埃洛石的质量比为100:2。
取对比例2部分复合材料样品采用WAXD检测复合材料的结晶度,其余样品在注塑机中注塑成标准测试样条,并分别进行拉伸强度、断裂伸长率、简支梁缺口冲击强度检测,结果见表1。
表1
由表1可以看出,对比例1中纯的聚乳酸材料的结晶度很低,伸长率与缺口冲击强度都比较低,对比例2中采用未改性埃洛石制备聚乳酸/HNTs复合材料的结晶度比对比例1高一些,比实施例1~10中的结晶度还是低很多,且拉伸强度低,伸长率与缺口冲击强度也都比较低。实施例1~10制备的复合材料的拉伸强度、杨氏模量、伸长率、缺口冲击强度比对比例1、对比例2的复合材料都要高很多;其中,实施例1~10中制备的复合材料的结晶度大约是对比例1中复合材料的结晶度的5倍,大约是对比例2中复合材料的结晶度的1.4倍,虽然拉伸强度、杨氏模量相差不是很大,但是伸长率是对比例1、对比例2的2.4~4.2倍,缺口冲击强度是对比例1、对比例2的1.6~2.6倍。
由表1也可以看出,加入的改性埃洛石含量为聚乳酸的4%时,得到的聚乳酸基体复合材料的结晶和力学性能最优异,加入量为5%、6%、8%时都不如4%的效果好,因为加入量太多反而会使埃洛石在聚乳酸基体太分散,影响结晶和力学性能。
如图1所示,曲线a为HNTs(未改性埃洛石)的傅里叶红外光谱曲线,图中3698cm-1和3627cm-1为HNTs中Al-OH的伸缩振动吸收峰;曲线b为PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)的傅里叶红外光谱曲线,图中3008cm-1、2930cm-1是PMMA中甲基的伸缩振动吸收峰,1728cm-1是-C=O的伸缩振动吸收峰;曲线c为P-HNTs的傅里叶红外光谱曲线,其中包含HNTs和PMMA的特征峰,表明HNTs上成功合成了PMMA。
如图2所示,核磁共振谱图上化学位移(δ)0.8~1.25ppm代表α-CH3基团的质子吸收峰,按照其位移增加方向,3个峰面积依次反映了PMMA间规、无规、等规立构构型,1.8~2.0ppm对应的是-CH2质子吸收峰,3.6ppm则是对应-OCH3质子吸收峰。结果检测α-CH3基团的质子吸收峰,表明出现了不同构型的PMMA,即表明有PMMA存在。因此可以判断PMMA合成成功。
如图3所示,为增大HNTs的层间距,实验中采用DMSO为前驱体插层在HNTs中,增加了MMA(丙烯酸类树脂)进入HNTs层间的可能。采用XRD测量晶体层间距,根据布拉格方程2dsinθ=nλ计算层间距。图3中,a曲线为HNTs,,2θ=11.8°对应衍射面为(001),层间距为0.76nm;2θ=24.4°对应衍射面为(002),层间距为0.36nm,这两个峰是脱水埃洛石的特征峰;2θ=20.1°对应衍射面为(020),层间距为0.44nm,这个峰表示埃洛石为管状结构;在2θ=26.6°时出现一个较明显的峰,衍射面为(020),对应于HNTs上小片SiO2对应的特征峰。b曲线是DMSO-HNTs(经DMSO插层后的HNTs),2θ=8°对应层间距为1.12nm。c曲线是mDMSO-HNTs(将DMSO-HNTs在190℃下烘12小时得到的样品),2θ=12°对应衍射面为(001),层间距为0.71nm。d曲线和e曲线分别是P-HNTs和mP-HNTs(将P-HNTs在190℃下烘12小时),2θ=8°对应层间距为1.12nm;分析曲线,发现明显变化的是2θ=12°和2θ=8°对应的特征峰,即HNTs的层间距发生变化,所以这两个峰的变化是插层HNTs的结果。DMSO的沸点是189℃,mDMSO-HNTs层间距发生变化,表明层间的DMSO被高温去除。P-HNTs和mP-HNTs层间距没有随着实验条件的改变而发生变化,依然是1.12nm,可以排除P-HNTs层间是DMSO的可能。故得出论断,P-HNTs层间存在不会被蒸发的物质PMMA。上述红外已经证明PMMA合成成功,所以结合XRD数据可以证明合成的PMMA成功插层在HNTs的层间。
如图4所示,a图为对比例1中的纯PLA的偏光显微镜图像,b图为对比例2制备的PLA/HNTs的偏光显微镜图像,c图为实施例1制备的PLA/P-HNTs的偏光显微镜图像。从图中可以看出,相同含量的PLA/P-HNTs复合材料的晶体尺寸明显小于PLA/HNTs,晶核数量明显大于后者,这表明两种物质均可以促进PLA成核,且P-HNTs的成核效果略优于HNTs。
如图5可以看出,聚乳酸储能模量较低,添加2%未改性埃洛石的聚乳酸有所提高,而添加2%改性埃洛石提高更多。
本发明中用到的化学试剂等物品如果没有明确说明,皆采用现有技术中常规使用标准的试剂,均可以在市场中购买到,例如聚乳酸可以采用2003D型号的,也可以采用4043D型号的,均可以买到。其他未述及的方法采用现有技术。
本领域的普通技术人员将会意识到,这里所示的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理,应理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其他各方面变换仍然在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种聚乳酸/有机插层改性的埃洛石复合材料,其特征在于,包括以下重量份原料:80~200份埃洛石、300~750份有机溶剂、500~2000份甲基丙烯酸酯类树脂、10~40份单体聚合引发剂;其中,有机溶剂为插层前驱体,对埃洛石进行增容改性,利用甲基丙烯酸酯类树脂原位聚合在埃洛石管内及层间,得到棒状、插层改性的埃洛石,然后与聚乳酸共混制备聚乳酸/有机插层改性的埃洛石复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种聚乳酸/有机插层改性的埃洛石复合材料,其特征在于,所述有机溶剂为二甲亚砜、四氢呋喃、氯仿、二甲基甲酰胺中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种聚乳酸/有机插层改性的埃洛石复合材料,其特征在于,所述甲基丙烯酸酯类树脂为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯中的任一种。
4.根据权利要求1所述的一种聚乳酸/有机插层改性的埃洛石复合材料,其特征在于,所述单体聚合引发剂为过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈中的任一种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种聚乳酸/有机插层改性的埃洛石复合材料的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
(1)聚甲基丙烯酸酯插层埃洛石样品的制备
将埃洛石溶于有机溶剂中,室温下超声处理6小时后,过滤分离,60℃下干燥24小时,得到有机溶剂插层的埃洛石样品;然后将样品置于三口烧瓶中,加入甲基丙烯酸酯,缓慢滴加引发剂,滴加完后,60℃搅拌6小时,然后加热到120℃,继续搅拌并回流4小时,直至反应完全;混合溶液冷却到室温,将样品过滤、60℃下干燥24小时,得到聚甲基丙烯酸酯插层的埃洛石样品;
(2)聚乳酸与聚甲基丙烯酸酯插层的埃洛石复合材料的制备
称取一定量的聚乳酸,按聚乳酸质量的1~10%称取聚甲基丙烯酸酯插层的埃洛石样品,于高速预混机中预混后,再加入熔融加工设备中进行共混密炼,制备聚乳酸/改性埃洛石复合材料。
6.根据权利要求5所述的一种聚乳酸/有机插层改性的埃洛石复合材料的制备方法,其特征在于,所述熔融加工设备为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、多螺杆挤出机、密炼机中的任一种。
7.根据权利要求5所述的一种聚乳酸/有机插层改性的埃洛石复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,有机插层的埃洛石与甲基丙烯酸酯的质量比为1:10。
8.根据权利要求5所述的一种聚乳酸/有机插层改性的埃洛石复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,引发剂与甲基丙烯酸酯的质量比为1:50。
9.根据权利要求5所述的一种聚乳酸/有机插层改性的埃洛石复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中,在熔融加工设备中进行共混密炼的温度为190℃,转速为80r/min,密炼时间为8分钟。
10.根据权利要求5所述的一种聚乳酸/有机插层改性的埃洛石复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中,聚乳酸和改性埃洛石的质量比为100:4。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116144104A (zh) * | 2022-12-13 | 2023-05-23 | 湖北合聚高分子材料有限公司 | 一种埃洛石/滑石粉复合改性pp材料及其制备方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1746216A (zh) * | 2005-06-24 | 2006-03-15 | 华南理工大学 | 埃洛石纳米管用于制备聚合物复合材料的方法 |
WO2010056689A1 (en) * | 2008-11-14 | 2010-05-20 | Naturalnano, Inc. | Nanocomposite including heat-treated clay and polymer |
CN102952385A (zh) * | 2012-10-29 | 2013-03-06 | 暨南大学 | 改性埃洛石纳米管/生物降解聚酯复合材料及其制备方法 |
CN104548199A (zh) * | 2015-01-14 | 2015-04-29 | 石家庄铁道大学 | 一种生物硬组织替代和修复材料及其制备方法 |
CN105038161A (zh) * | 2015-08-11 | 2015-11-11 | 暨南大学 | 一种改性埃洛石/聚乳酸复合发泡材料及其制备与应用 |
CN105566872A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-05-11 | 暨南大学 | 聚多巴胺改性埃洛石纳米管/聚乳酸复合材料及其制备与应用 |
CN111040355A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 六盘水师范学院 | 无规剥离型聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脱土纳米复合材料及其制备方法 |
-
2022
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1746216A (zh) * | 2005-06-24 | 2006-03-15 | 华南理工大学 | 埃洛石纳米管用于制备聚合物复合材料的方法 |
WO2010056689A1 (en) * | 2008-11-14 | 2010-05-20 | Naturalnano, Inc. | Nanocomposite including heat-treated clay and polymer |
CN102952385A (zh) * | 2012-10-29 | 2013-03-06 | 暨南大学 | 改性埃洛石纳米管/生物降解聚酯复合材料及其制备方法 |
CN104548199A (zh) * | 2015-01-14 | 2015-04-29 | 石家庄铁道大学 | 一种生物硬组织替代和修复材料及其制备方法 |
CN105038161A (zh) * | 2015-08-11 | 2015-11-11 | 暨南大学 | 一种改性埃洛石/聚乳酸复合发泡材料及其制备与应用 |
CN105566872A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-05-11 | 暨南大学 | 聚多巴胺改性埃洛石纳米管/聚乳酸复合材料及其制备与应用 |
CN111040355A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 六盘水师范学院 | 无规剥离型聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脱土纳米复合材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
郭旭东: ""PLA/PMMA改性的HNTS复合材料的制备和性能研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116144104A (zh) * | 2022-12-13 | 2023-05-23 | 湖北合聚高分子材料有限公司 | 一种埃洛石/滑石粉复合改性pp材料及其制备方法 |
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