CN115926411A - 一种具备抗老化与抗摩擦功能的聚乳酸复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种具备抗老化与抗摩擦功能的聚乳酸复合材料及其制备方法，涉及多功能聚乳酸复合材料制备技术领域。在硫代二丙酸和月桂醇制备抗老化剂硫代二丙酸二月桂酯的反应中，添加具有催化、润滑功能的无机添加剂(如TiO2/MoS2、MoS2等)，利用无机添加剂的催化作用提高硫代二丙酸二月桂酯的产率，所得硫代二丙酸二月桂酯和无机添加剂的混合体系直接用于聚乳酸改性，所得聚乳酸复合材料具有优异的抗老化、抗摩擦等性能，在医用包装材料、润滑材料等领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及多功能聚乳酸复合材料制备技术领域，具体是涉及一种具备抗老化与抗摩擦功能的聚乳酸复合材料及其制备方法。
背景技术
聚乳酸由于其生物降解性、环境友好性、强度高等优点而受到人们的广泛关注。然而，聚乳酸材料的耐热性较差，在实际应用过程中易热氧化且耐磨性欠佳，造成材料的综合性能难以满足应用的要求。
硫代二丙酸二月桂酯，是我国唯一允许用于食品的硫醚类抗氧化剂，作为过氧化物分解剂，它能有效地分解油脂自动氧化链反应中的过氧化物，中断其链反应来防止其氧化。因此，在聚乳酸中添加硫代二丙酸二月桂酯能增强聚乳酸的抗老化性能。
如TiO2/MoS2、MoS2具有良好的润滑性能，添加到塑料制品中可以增强塑料的抗摩擦性能。一些研究表明(一种含有二硫化钼/废白土复合物润滑剂分散体系的酯类润滑油的合成方法，ZL201910224141.4；一种利用二硫化钼纳米微粒作催化及润滑作用的酯类润滑油的合成方法，ZL201910224142.9)，合适形态的MoS2微粒及其复合物具有催化酯化反应的能力，且在酯化反应后能很好地分散在产物酯中。深入研究表明(TribologyInternational,2022,174:107760,DOI号：10.1016/j.triboint.2022.107760)，产物酯能对MoS2微粒表面进行改性，从而改善了MoS2在酯类油中的分散行为。
有鉴于此，如果能将TiO2/MoS2、MoS2作为抗老化剂硫代二丙酸二月桂酯合成的催化剂，所得的混合体系直接作为聚乳酸的填充剂，有望能改善聚乳酸的抗老化、抗摩擦活性，此外，借助硫代二丙酸二月桂酯对TiO2/MoS2、MoS2的表面改性能力，从而间接地改善TiO2/MoS2、MoS2在聚乳酸中的分散性，可以更好地发挥TiO2/MoS2、MoS2的抗摩擦性能。
发明内容
为了解决已有聚乳酸材料所存在的性能缺陷，本发明通过一种简单的方法，在合成硫代二丙酸二月桂酯的过程中通过简单地添加无机添加剂的方法，可使硫代二丙酸二月桂酯的产率得到提高，也使无机添加剂可以均匀的分散在硫代二丙酸二月桂酯中；通过硫代二丙酸二月桂酯使无机添加剂作为多功能添加剂加入到聚乳酸中，能够显著提高其抗摩擦性能。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种具备抗老化与抗摩擦功能的聚乳酸复合材料，由聚乳酸、硫代二丙酸二月桂酯以及无机添加剂组成，所述无机添加剂为TiO2/MoS2或MoS2。
本发明还提出了一种聚乳酸复合材料的制备方法，步骤如下：
1)将无机添加剂、月桂醇和硫代二丙酸混合，硫代二丙酸和月桂醇反应生成硫代二丙酸二月桂酯与无机添加剂的混合体系，
2)将上述混合体系与聚乳酸混合，在转矩密炼机中，加热至熔融状态，密炼后得到具备抗老化与抗摩擦功能的聚乳酸复合材料。
作为本发明的优选技术方案，制备方法中：
步骤1)中硫代二丙酸与月桂醇的质量比为1∶1～10，硫代二丙酸与无机添加剂的质量比为1∶0.01～10。无机添加剂选择TiO2/MoS2时，TiO2与MoS2的质量比为1∶0.1～10。步骤1)中反应温度为100～180℃，反应时间为1～24h。
步骤2)中硫代二丙酸二月桂酯与无机添加剂的混合体系与聚乳酸的质量比为1∶10～1000。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1)、本发明在硫代二丙酸和月桂醇制备抗老化剂硫代二丙酸二月桂酯的反应中，添加具有催化、润滑功能的无机添加剂(如TiO2/MoS2和MoS2等)，催化酯化反应生成硫代二丙酸二月桂酯，并提高硫代二丙酸二月桂酯的产率，同时利用产物酯对无机添加剂的表面改性作用，可以改善无机添加剂的分散性，使无机添加剂在聚乳酸中均匀分散，能够充分发挥无机添加剂的抗摩擦性能。
2)、本发明制备的硫代二丙酸二月桂酯和无机添加剂的混合体系直接用于聚乳酸改性，所得聚乳酸复合材料具有优异的抗老化、抗摩擦等性能，在医用包装材料、润滑材料等领域具有良好的应用前景。
附图说明
图1是实施例1制备的硫代二丙酸二月桂酯和无机添加剂MoS2混合体系的照片及其红外光谱图。
图2是聚乳酸的外观照片(a)、将硫代二丙酸二月桂酯和无机添加剂MoS2混合体系与聚乳酸共混后得到的复合材料的外观照片(b)。
图3是制备的聚乳酸复合材料的摩擦学性能测试图，其中a、b分别表示摩擦系数、磨损量对比柱状图。
具体实施方式
实施例1
将24g月桂醇中加入11g硫代二丙酸中，再添加0.35g MoS2，在搅拌下升温到150℃反应4h，得到硫代二丙酸二月桂酯和MoS2混合体系(如图1所示)。在熔融状态下的50g聚乳酸中添加0.5g上述混合体系，通过转矩密炼机混合均匀，获得一种多功能聚乳酸复合材料(如图2所示)，该复合材料具备优异的抗老化、抗摩擦性能。
图1是制备的硫代二丙酸二月桂酯和MoS2混合体系的照片及其红外光谱图。图1显示，混合体系在1732cm-1出现酯的特征峰，其外观常温下为固态，在60℃左右会融化成均匀的悬浮体系。
图2是聚乳酸的外观照片(a)、将硫代二丙酸二月桂酯和无机添加剂MoS2混合体系与聚乳酸共混后得到的复合材料的外观照片(b)。图2显示，在聚乳酸中添加硫代二丙酸二月桂酯和MoS2的混合体系后，复合材料除了颜色加深(淡黄色→棕黄色)外，并没有出现明显的无机添加剂聚集，表明无机添加剂MoS2在聚乳酸中的分散性良好。
图3是制备的聚乳酸复合材料的摩擦学性能测试图，其中a、b分别表示摩擦系数、磨损量对比柱状图。图3显示，制备的复合材料的摩擦系数和磨损体积均要低于纯的聚乳酸及只添加抗老化剂的聚乳酸，表明复合材料具有相对较好的抗摩擦性能。
实施例2
将25g月桂醇中加入15g硫代二丙酸中，再添加1.04g TiO2/MoS2(TiO2、MoS2的质量分别为0.24g、0.8g)，在搅拌下升温至170℃反应5h，得到硫代二丙酸二月桂酯和TiO2/MoS2混合体系，其外观照片及其红外光谱图与实施例1基本相似。
在熔融状态下的50g聚乳酸中添加1.5g上述混合体系，通过转矩密炼机混合均匀，获得一种多功能聚乳酸复合材料，其外观照片及性能与实施例1基本相似，该复合材料具备优异的抗老化、抗摩擦性能。
实施例3
将15g月桂醇中加入5g硫代二丙酸中，再添加10g TiO2/MoS2(TiO2、MoS2的质量分别为2g、8g)，在搅拌下升温至130℃反应3h，得到硫代二丙酸二月桂酯和TiO2/MoS2混合体系，其外观照片及其红外光谱图与实施例1基本相似。
在熔融状态下的50g聚乳酸中添加2.5g上述混合体系，通过转矩密炼机混合均匀，获得一种多功能聚乳酸复合材料，其外观照片及性能与实施例1基本相似，该复合材料具备优异的抗老化、抗摩擦性能。
实施例4
将20g月桂醇中加入10g硫代二丙酸中，再添加2.5gMoS2，在搅拌下升温至160℃反7h，得到硫代二丙酸二月桂酯和MoS2混合体系，其外观照片及其红外光谱图与实施例1基本相似。
在熔融状态下的50g聚乳酸中添加0.5g上述混合体系，通过转矩密炼机混合均匀，获得一种多功能聚乳酸复合材料，其外观照片及性能与实施例1基本相似，该复合材料具备优异的抗老化、抗摩擦性能。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种具备抗老化与抗摩擦功能的聚乳酸复合材料，其特征在于，由聚乳酸、硫代二丙酸二月桂酯以及无机添加剂组成，所述无机添加剂为TiO2/MoS2或MoS2。
2.一种如权利要求1所述聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
1)将无机添加剂、月桂醇和硫代二丙酸混合，硫代二丙酸和月桂醇反应生成硫代二丙酸二月桂酯与无机添加剂的混合体系，
2)将上述混合体系与聚乳酸混合，在转矩密炼机中，加热至熔融状态，密炼后得到具备抗老化与抗摩擦功能的聚乳酸复合材料。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中硫代二丙酸与月桂醇的质量比为1∶1～10，硫代二丙酸与无机添加剂的质量比为1∶0.01～10。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中无机添加剂选择TiO2/MoS2时，TiO2与MoS2的质量比为1∶0.1～10。
5.如权利要求2或3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中反应温度为100～180℃，反应时间为1～24h。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中硫代二丙酸二月桂酯与无机添加剂的混合体系与聚乳酸的质量比为1∶10～1000。
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