CN115725161A - 一种pbs增强复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种PBS增强复合材料及其制备方法,涉及高分子材料加工制备领域,所述PBS增强复合材料由下述重量份的各组分制成:160‑200份PBS和0‑40份包覆处理的纳米填料;所述包覆处理的纳米填料通过低分子量PBS包覆纳米填料制备而成。通过在PBS基体中加入低分子量PBS包覆处理的纳米填料,制备的PBS增强复合材料能有效改善其晶体尺寸,改善其力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料加工制备领域,具体涉及一种PBS增强复合材料及其制备方法。
背景技术
近年来,随着社会的发展,社会各界越来越重视环保问题,再加上国家“禁塑令”的出台,传统塑料有由于其不可降解,对环境造成了严重的污染,所以其应用受到了严重的限制,为了更好的解决环境问题。目前,生物可降解塑料受到了社会的广泛关注。聚丁二酸丁二醇酯(PBS)由丁二酸和丁二醇经缩合聚合反应而得,作为脂肪族生物可降解塑料,由于其链段的特殊性,PBS能够被自然界微生物完全分解为CO2和H2O。近年来,很多科研院所和高校都开始着手研究PBS。
目前,由于PBS力学性能还不够优异,这会导致其应用受限制,研究人员一般将PBS与其他的材料复合来提高其性能。例如专利CN 109852013A公开了一种高性能PBS复合材料及其制备方法,包括具有下述重量份的各组分:PBS 100份、有机盐微球1~15份、抗水解剂0.02~0.30份。通过将粒径可控有机盐微球,在PBS中分散均匀,并可提高PBS的热变形温度,降低PBS的玻璃化转变温度。专利CN 106221146A公开了一种石墨烯/PBS复合材料,所述石墨烯/PBS复合材料为薄片状结构,且具有光滑的表面结构,所述石墨烯/PBS复合材料包括PBS基体以及石墨烯粉体,所述石墨烯粉体均匀分散于所述PBS基体中,所述石墨烯/PBS复合薄膜中石墨烯的质量含量为0.1%~2.0%。所述石墨烯/PBS复合材料具有更好的力学性能和耐热性能,其相对于PBS材料均具有更好的断裂伸长率,且杨氏模量显著降低。但是现有的PBS复合材料制备制备过程复杂、成本较高。
为此,本发明提供一种PBS增强复合材料及其制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种PBS增强复合材料及其制备方法。目的是通过在PBS基体中加入低分子量PBS包覆处理的纳米填料,制备的PBS增强复合材料能有效改善其晶体尺寸,改善其力学性能。
本发明为了解决上述技术问题,第一个目的是提供一种PBS增强复合材料,所述PBS增强复合材料由下述重量份的各组分制成:160-200份PBS和0-40份包覆处理的纳米填料;所述包覆处理的纳米填料通过低分子量PBS包覆纳米填料制备而成。
本发明的有益效果是:本发明通过在PBS基体中加入低分子量PBS包覆处理的纳米填料,包覆处理的纳米填料改善纳米填料与PBS基体的界面相容性,并且低分子量的PBS再挤出加工过程中能起到类似“增塑剂”的作用,从而进一步改善加工性能,由于纳米填料的加入能改善PBS的晶体尺寸,细化球晶,从而起到对PBS力学性能的增强作用。
在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
进一步,所述包覆处理的纳米填料中低分子量PBS与纳米填料的质量比为(1-3):(15-25)。
采用上述进一步方案的有益效果是:采用包覆处理的纳米填料中低分子量PBS与纳米填料的质量比为(1-3):(15-25),包覆的性能较好。
进一步,所述PBS增强复合材料由下述重量份的各组分制成:170-190份PBS和10-23份包覆处理的纳米填料;所述包覆处理的纳米填料中低分子量PBS与纳米填料的质量比为(1.5-2.5):(18-22)。
采用上述进一步方案的有益效果是:上述各组分、用量能够得到性能更加优异的PBS增强复合材料。
进一步,所述PBS增强复合材料由下述重量份的各组分制成:175-185份PBS和15-22份包覆处理的纳米填料;所述包覆处理的纳米填料中低分子量PBS与纳米填料的质量比为2:(19-20.5)。
进一步,所述低分子量PBS的相对分子质量是2±0.5万,所述PBS的相对分子质量是3~5万。
采用上述进一步方案的有益效果是:采用低分子量PBS更加容易包覆在低分子量PBS上,另外低分子量的PBS再挤出加工过程中能起到类似“增塑剂”的作用。
进一步,所述纳米填料为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化铝、纳米碳酸钙中的任意一种或两种以上形成的混合物。
采用上述进一步方案的有益效果是:通过采用纳米填料为纳米二氧化硅,二氧化钛,氧化铝、纳米碳酸钙中的任意一种或两种以上形成的混合物能够提高PBS增强复合材料力学性能,同时可以能有效降低成本。
本发明的第二个目的是提供一种PBS增强复合材料的制备方法,包括如下步骤:
步骤1,纳米填料的包覆:将一定量的纳米填料分散在非极性有机溶剂中,并不断超声分散,得到填料分散混合物,然后将低分子量PBS加入填料分散混合物中并不断超声溶解,得到PBS溶解的混合物,将PBS溶解的混合物倒入极性有机溶剂中并不断的搅拌,使低分子量PBS在极性有机溶剂中析出并包覆在纳米填料表面,过滤、烘干,即可得到包覆处理的纳米填料;
步骤2,复合材料的制备:将步骤1得到的包覆处理的纳米填料,与PBS通过挤出机挤出造粒,得到PBS增强复合材料。
采用上述方案的有益效果是:本发明的PBS增强复合材料通过低分子量的PBS对纳米填料进行包覆处理,然后将PBS与包覆处理的纳米填料进行挤出加工,包覆处理的纳米填料目的是为了改善纳米填料与PBS基体的界面相容性,并且低分子量的PBS再挤出加工过程中能起到类似“增塑剂”的作用,从而进一步改善加工性能。
进一步,所述步骤1中纳米填料的包覆具体为:将一定量的纳米填料分散在非极性有机溶剂中,并不断超声分散0.5-1h,得到填料分散混合物,然后将一定量的低分子量PBS加入填料分散混合物中并不断超声溶解0.5-1h,得到PBS溶解的混合物,将PBS溶解的混合物倒入极性有机溶剂中并按照转速为5000r/min搅拌8-12min,使低分子量PBS在极性有机溶剂中析出并包覆在纳米填料表面,过滤,在50-70℃下烘干,即可得到包覆处理的纳米填料。
进一步,步骤1中所述非极性有机溶剂为四氯化碳、二氯乙烷、石油醚、正己烷、甲苯中的一种或两种以上的混合物,所述极性有机溶剂为甲醇、乙醇、四氢呋喃、DMF、DMSO中的一种或两种以上的混合物。
采用上述进一步方案的有益效果是:非极性有机溶剂,例如四氯化碳、二氯乙烷、石油醚、正己烷、甲苯,可以使纳米填料同时使低分子量PBS溶解,低分子量PBS溶解在极性有机溶剂,例如甲醇、乙醇、四氢呋喃、DMF、DMSO中析出,实现低分子量PBS对纳米填料的包覆。
进一步,步骤1中所述非极性有机溶剂为四氯化碳,所述极性有机溶剂为乙醇。
附图说明
图1为本发明纯PBS的偏光显微镜图;
图2为本发明实施例1制备的PBS/M@SiO2偏光显微镜图。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本实施例一种PBS增强复合材料PBS/M@SiO2的其制备方法,包括如下步骤:
将20g的纳米二氧化硅分散在氯仿中,并不断超声分散0.5h,然后将2g的低分子量PBS加入氯仿溶液中并不断超声溶解0.5h,接着,将分散好的PBS溶液倒入无水乙醇中并不断的快速搅拌,以致于PBS在乙醇中析出并快速包覆在纳米粒子表面,然后将得到的包覆纳米粒子过滤并在60℃下烘干8h,即可得到包覆处理的纳米二氧化硅粒子。
接着将180g PBS与处理好的纳米二氧化硅粒子通过挤出机挤出造粒制备PBS增强复合材料PBS/M@SiO2,然后再将粒料通过压机热压成膜用于性能测试。结果如表1所示。
实施例2
本实施例一种PBS增强复合材料PBS/M@TiO2的其制备方法,包括如下步骤:
将20g的纳米二氧化钛分散在氯仿中,并不断超声分散0.5h,然后将2g的低分子量PBS加入氯仿溶液中并不断超声溶解0.5h,接着,将分散好的PBS溶液倒入无水乙醇中并不断的快速搅拌,以致于PBS在乙醇中析出并快速包覆在纳米粒子表面,然后将得到的包覆纳米粒子过滤并在60℃下烘干8h,即可得到包覆处理的纳米二氧化钛粒子。
接着将180g PBS与处理好的纳米二氧化钛粒子通过挤出机挤出造粒制备PBS增强复合材料PBS/M@TiO2,然后再将粒料通过压机热压成膜用于性能测试。结果如表1所示。
实施例3
本实施例一种PBS增强复合材料PBS/M@Al2O3的其制备方法,包括如下步骤:
将20g的纳米氧化铝分散在氯仿中,并不断超声分散0.5h,然后将2g的低分子量PBS加入氯仿溶液中并不断超声溶解0.5h,接着,将分散好的PBS溶液倒入无水乙醇中并不断的快速搅拌,以致于PBS在乙醇中析出并快速包覆在纳米粒子表面,然后将得到的包覆纳米粒子过滤并在60℃下烘干8h,即可得到包覆处理的纳米氧化铝粒子。
接着将180g PBS与处理好的纳米氧化铝粒子通过挤出机挤出造粒制备PBS增强复合材料PBS/M@Al2O3,然后再将粒料通过压机热压成膜用于性能测试。结果如表1所示。
实施例4
本实施例一种PBS增强复合材料PBS/M@Al2O3-2的其制备方法,包括如下步骤:
将40g的纳米氧化铝分散在氯仿中,并不断超声分散0.5h,然后将2g的低分子量PBS加入氯仿溶液中并不断超声溶解0.5h,接着,将分散好的PBS溶液倒入无水乙醇中并不断的快速搅拌,以致于PBS在乙醇中析出并快速包覆在纳米粒子表面,然后将得到的包覆纳米粒子过滤并在60℃下烘干8h,即可得到包覆处理的纳米氧化铝粒子。
接着将180g PBS与处理好的纳米氧化铝粒子通过挤出机挤出造粒制备PBS增强复合材料PBS/M@Al2O3-2,然后再将粒料通过压机热压成膜用于性能测试。结果如表1所示。
对比例
本实施例一种PBS复合材料PBS/Al2O3的其制备方法,包括如下步骤:
将20g的纳米氧化铝分与180g PBS与处理好的纳米氧化铝粒子通过挤出机挤出造粒制备PBS增强复合材料PBS/Al2O3,然后再将粒料通过压机热压成膜用于性能测试。结果如表1所示。
本发明的拉伸强度试验:利用万能试验机,根据标准GB/T1040-2008,23℃,速率为5mm/min。
表1实施例1-4与对比例的拉伸强度
由表1所示可知,本发明制备的PBS/M@SiO2、PBS/M@TiO2、PBS/M@Al2O3、PBS/M@Al2O3-2等PBS复合材料的拉伸强度相对于PBS及PBS/Al2O3来说,性能更加的优异。
总之,本发明的PBS增强复合材料通过低分子量的PBS对纳米填料进行包覆处理,然后将PBS与包覆处理的纳米填料进行挤出加工,包覆处理的纳米填料目的是为了改善纳米填料与PBS基体的界面相容性,并且低分子量的PBS再挤出加工过程中能起到类似“增塑剂”的作用,从而进一步改善加工性能。由于纳米填料的加入能改善PBS的晶体尺寸,细化球晶,从而起到对PBS力学性能的增强作用。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种PBS增强复合材料,其特征在于,所述PBS增强复合材料由下述重量份的各组分制成:160-200份PBS和0-40份包覆处理的纳米填料;所述包覆处理的纳米填料通过低分子量PBS包覆纳米填料制备而成。
2.根据权利要求1所述一种PBS增强复合材料,其特征在于,所述包覆处理的纳米填料中低分子量PBS与纳米填料的质量比为(1-3):(15-25)。
3.根据权利要求1所述一种PBS增强复合材料,其特征在于,所述PBS增强复合材料由下述重量份的各组分制成:170-190份PBS和10-23份包覆处理的纳米填料;所述包覆处理的纳米填料中低分子量PBS与纳米填料的质量比为(1.5-2.5):(18-22)。
4.根据权利要求1所述一种PBS增强复合材料,其特征在于,所述PBS增强复合材料由下述重量份的各组分制成:175-185份PBS和15-22份包覆处理的纳米填料;所述包覆处理的纳米填料中低分子量PBS与纳米填料的质量比为2:(19-20.5)。
5.根据权利要求1所述一种PBS增强复合材料,其特征在于,所述低分子量PBS的相对分子质量是2±0.5万,所述PBS的相对分子质量是3~5万。
6.根据权利要求1所述一种PBS增强复合材料,其特征在于,所述纳米填料为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化铝、纳米碳酸钙中的任意一种或两种以上形成的混合物。
7.基于权利要求1至6任一项所述一种PBS增强复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1,纳米填料的包覆:将一定量的纳米填料分散在非极性有机溶剂中,并不断超声分散,得到填料分散混合物,然后将低分子量PBS加入填料分散混合物中并不断超声溶解,得到PBS溶解的混合物,将PBS溶解的混合物倒入极性有机溶剂中并不断的搅拌,使低分子量PBS在极性有机溶剂中析出并包覆在纳米填料表面,过滤、烘干,即可得到包覆处理的纳米填料;
步骤2,复合材料的制备:将步骤1得到的包覆处理的纳米填料,与PBS通过挤出机挤出造粒,得到PBS增强复合材料。
8.根据权利要求7所述一种PBS增强复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤1中纳米填料的包覆具体为:将一定量的纳米填料分散在非极性有机溶剂中,并不断超声分散0.5-1h,得到填料分散混合物,然后将一定量的低分子量PBS加入填料分散混合物中并不断超声溶解0.5-1h,得到PBS溶解的混合物,将PBS溶解的混合物倒入极性有机溶剂中并按照转速为5000r/min搅拌8-12min,使低分子量PBS在极性有机溶剂中析出并包覆在纳米填料表面,过滤,在50-70℃下烘干,即可得到包覆处理的纳米填料。
9.根据权利要求7或8所述一种PBS增强复合材料的制备方法,其特征在于,步骤1中所述非极性有机溶剂为四氯化碳、二氯乙烷、石油醚、正己烷、甲苯中的一种或两种以上的混合物,所述极性有机溶剂为甲醇、乙醇、四氢呋喃、DMF、DMSO中的一种或两种以上的混合物。
10.根据权利要求7或8所述一种PBS增强复合材料的制备方法,其特征在于,步骤1中所述非极性有机溶剂为四氯化碳,所述极性有机溶剂为乙醇。
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CN202211413957.XA CN115725161A (zh) | 2022-11-11 | 2022-11-11 | 一种pbs增强复合材料及其制备方法 |
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