CN117362957B - 一种增强增韧聚乳酸复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种增强增韧聚乳酸复合材料，所述增强增韧聚乳酸复合材料包括质量份数如下的成分：聚乳酸、玻璃纤维、改性玻璃纤维、线型聚合物；本发明所公开的增强增韧聚乳酸复合材料，通过对玻璃纤维进行羟基化预处理带上羟基官能团，将饱和烷基链引入改性玻璃纤维中，进一步地提高聚乳酸复合材料的疏水性，提高改性璃纤维与线性聚合物的增容作用，同时形成更规则、紧密的立体网状结构，从而进一步提高了聚乳酸复合材料的强度，明显增强了韧性；还部分引入了乳酸，提高了玻璃纤维与其他成分的相容性，能够有效提高改性玻璃纤维的界面相容性和粘结强度，使得改性玻璃纤维与其他成分结合的更加紧密。
Description
技术领域
本发明涉及聚乳酸复合材料技术领域，特别是涉及一种增强增韧聚乳酸复合材料及其制备方法。
背景技术
聚乳酸(PLA)是一种以淀粉为原料，可生物降解的脂肪族热塑性聚酯；聚乳酸是第一个从100％的自然资源中提取的材料，以聚乳酸制备的塑料制品可在适当的条件下完全降解为CO2和H2O，有效地缓解了目前不可生物降解的石油基塑料造成的“白色污染”等环境问题，受到了广泛的关注；
与传统的聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯或其他聚合物相比，聚乳酸具有良好的机械性能，尤其是在抗拉强度、杨氏模量和弯曲强度方面都有优异的表现。聚乳酸的断裂伸长率和冲击强度均低于聚丙烯、聚乙烯、聚(对苯二甲酸乙酯)和聚酰胺，但聚乳酸由于较差的韧性限制其在较高应力水平下塑性变形的应用；
对聚乳酸性能的增强，通常是通过添加如玻璃纤维等助剂来实现，玻璃纤维(Glass fiber，GF)是一种性能优异的无机非金属材料，它具有尺寸稳定性高、拉伸强度高、导热系数低和加工性能佳等优良性能，但在增强聚乳酸韧性的同时，玻璃纤维与聚乳酸的相容性较差，使得复合材料界面粘结性能较差，会出现刚度不足、韧性不满足要求的情况。因此现有聚乳酸材料仍难以满足高韧性产品的需求，影响了进一步推广应用。
综上所述，亟需开发一款增强增韧聚乳酸复合材料，以解决现有技术中存在的缺陷。
发明内容
基于此，本发明开发了一种增强增韧聚乳酸复合材料及其制备方法。本发明具有优异的力学强度的效果，具有较高的韧性，极大增强了产品使用氛围。
本发明的一个目的在于，提供一种增强增韧聚乳酸复合材料，所述增强增韧聚乳酸复合材料的制备方法包括质量份数如下的成分：
其中，
所述改性玻璃纤维为玻璃纤维上接枝乳酸和烷基酸的产物；
所述线型聚合物选自聚乙烯、聚丙烯的一种或多种。
进一步地，所述烷基酸选自月桂酸、肉豆蔻酸、硬脂酸、棕榈酸的一种或多种。
进一步地，所述玻璃纤维直径在10-25um。
进一步地，所述聚乳酸的数均分子量为50000-105。
我们意外地发现改性玻璃纤维的加入有效提高了聚乳酸复合材料的韧性、抗冲击能力等力学性能，达到超韧的效果，这是因为：改性玻璃纤维上接枝了乳酸和烷基酸，从而改善了改性玻璃纤维的疏水性，使其具有良好的分散性，由此提升了界面强度和机械性能。
本发明还提供了增强增韧聚乳酸复合材料的制备方法，所述增强增韧聚乳酸复合材料的制备方法包括如下步骤：
S1、将羟基化的玻璃纤维浸泡在乳酸和烷基酸的水溶液中，超声、加热，得到所述改性玻璃纤维；
S2、将所述改性玻璃纤维和其他成分共混，并送入挤出机中加工，出料，得到所述增强增韧聚乳酸复合材料。
进一步地，所述羟基化的玻璃纤维、烷基酸和乳酸的摩尔比为1:1:1-1:3:5。
进一步地，步骤S1中，所述加热的温度为70-85℃。
进一步地，步骤S2中，所述挤出机的加工温度为190-230℃。
本发明具有以下有益效果：
本发明所公开的增强增韧聚乳酸复合材料，通过对玻璃纤维进行羟基化预处理再将将饱和烷基链引入改性玻璃纤维中，提高改性璃纤维与线性聚合物的增容作用，提高聚乳酸复合材料的疏水性；另一方面改性玻璃纤维还部分引入了乳酸，提高了玻璃纤维与其他成分的相容性，能够有效提高改性玻璃纤维的界面相容性和粘结强度，使得改性玻璃纤维与其他成分结合的更加紧密，提高了改性玻璃纤维与其他成分之间的相容性；同时形成更规则、紧密的立体网状结构，从而进一步提高了聚乳酸复合材料的强度，从而提高复合材料的刚性和韧性。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，列举如下实施例。实施例中所出现的原料、反应和后处理手段，除非特别声明，均为市面上常见原料，以及本领域技术人员所熟知的技术手段。
本发明中的词语“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
应当理解，除了在任何操作实例中，或者以其他方式指出的情况下，表示例如说明书和权利要求中使用的成分的量的所有数字应被理解为在所有情况下被术语“约”修饰。因此，除非相反指出，否则在以下说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是根据本发明所要获得的期望性能而变化的近似值。
聚乳酸，购自上海源叶生物科技有限公司，牌号为S30789。
玻璃纤维，购自上海麦克林生化科技有限公司，牌号为F864783。
月桂酸，购自上海麦克林生化科技有限公司，牌号为L812464。
乳酸，购自上海麦克林生化科技有限公司，牌号为L885133。
聚乙烯，购自上海麦克林生化科技有限公司，牌号为L875016。
聚丙烯，购自上海麦克林生化科技有限公司，牌号为P875062。
本发明的份数，均指质量份数。
所述乳酸和月桂酸的水溶液为9份的乳酸和20份的月桂酸加入100份的水中混合而成。
实施例1
一种增强增韧聚乳酸复合材料，所述增强增韧聚乳酸复合材料的制备方法包括质量份数如下的成分：
所述增强增韧聚乳酸复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将20份的玻璃纤维在80℃下烘干5h，然后浸入到200份的1mol/L的盐酸中，于90℃浸泡6h，再用水漂洗，在200℃下真空干燥2h，得到羟基化的玻璃纤维；
将所述羟基化的玻璃纤维浸泡在乳酸和月桂酸的水溶液中，在75℃超声加热10h，过滤，用乙醇和去离子水冲洗，在氮气气氛下，80℃干燥60min，得到改性玻璃纤维；其中，所述羟基化的玻璃纤维、月桂酸和乳酸的摩尔比为1:1:2；
S2、按上述质量份数，将所述改性玻璃纤维和其他成分共混，并送入挤出机中在200℃加工挤出造粒，出料，于85℃干燥3h，得到所述增强增韧聚乳酸复合材料。
实施例2
一种增强增韧聚乳酸复合材料，所述增强增韧聚乳酸复合材料的制备方法包括质量份数如下的成分：
所述增强增韧聚乳酸复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将20份的玻璃纤维在80℃下烘干5h，然后浸入到200份的1mol/L的盐酸中，于90℃浸泡6h，再用水漂洗，在200℃下真空干燥2h，得到羟基化的玻璃纤维；
将所述羟基化的玻璃纤维浸泡在乳酸和月桂酸的水溶液中，在75℃超声加热10h，过滤，用乙醇和去离子水冲洗，在氮气气氛下，80℃干燥60min，得到改性玻璃纤维；其中，所述羟基化的玻璃纤维、月桂酸和乳酸的摩尔比为1:1:2；
S2、按上述质量份数，将所述改性玻璃纤维和其他成分共混，并送入挤出机中在200℃加工挤出造粒，出料，于85℃干燥3h，得到所述增强增韧聚乳酸复合材料。
实施例3
一种增强增韧聚乳酸复合材料，所述增强增韧聚乳酸复合材料的制备方法包括质量份数如下的成分：
所述增强增韧聚乳酸复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将20份的玻璃纤维在80℃下烘干5h，然后浸入到200份的1mol/L的盐酸中，于90℃浸泡6h，再用水漂洗，在200℃下真空干燥2h，得到羟基化的玻璃纤维；
将所述羟基化的玻璃纤维浸泡在乳酸和月桂酸的水溶液中，过滤，用乙醇和去离子水冲洗，在氮气气氛下，80℃干燥60min，得到改性玻璃纤维；其中，所述羟基化的玻璃纤维、月桂酸和乳酸的摩尔比为1:1:2；
S2、按上述质量份数，将所述改性玻璃纤维和其他成分共混，并送入挤出机中在200℃加工挤出造粒，出料，于85℃干燥3h，得到所述增强增韧聚乳酸复合材料。
对比例
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于：步骤S1中，采用乳酸等摩尔量地替换月桂酸，其他成分和制备方法相同。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于：步骤S1中，采用月桂酸等摩尔量地替换乳酸，其他成分和制备方法相同。
测试例
测试方法：
对实施例1和对比例1-2制备的聚乳酸复合材料进行性能测试；
根据GB/T1040测试拉伸强度；根据GB/T9341弯曲强度和弯曲模量；根据GB/T1043测试缺口冲击强度；
测试结果如表1所示。
表1实施例1和对比例1-2的聚乳酸复合材料性能测试结果
根据表1可以看出，本发明的聚乳酸复合材料具有优异的韧性及其他力学性能，显著优于对比例。对比例1-2由于仅采用乳酸水溶液对玻璃纤维改性或仅使用月桂酸水溶液对玻璃纤维改性，因此产品的力学性能提升不够理想，难以满足高韧性产品的需求。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种增强增韧聚乳酸复合材料，其特征在于，所述增强增韧聚乳酸复合材料包括质量份数如下的成分：
聚乳酸 80-100份
玻璃纤维 40-60份
改性玻璃纤维 20-30份
线型聚合物 30-50份
其中，
所述改性玻璃纤维为玻璃纤维上接枝乳酸和烷基酸的产物；
所述线型聚合物选自聚乙烯、聚丙烯的一种或多种。
2.根据权利要求1所述增强增韧聚乳酸复合材料，其特征在于，所述烷基酸选自月桂酸、肉豆蔻酸、硬脂酸、棕榈酸的一种或多种。
3.根据权利要求1所述增强增韧聚乳酸复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维直径在10-25um。
4.根据权利要求1所述增强增韧聚乳酸复合材料，其特征在于，所述聚乳酸的数均分子量为50000-105。
5.根据权利要求1所述增强增韧聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，所述增强增韧聚乳酸复合材料的制备方法包括如下步骤：
S1、将羟基化的玻璃纤维浸泡在乳酸和烷基酸的水溶液中，超声、加热，得到所述改性玻璃纤维；
S2、将所述改性玻璃纤维和其他成分共混，并送入挤出机中加工，出料，得到所述增强增韧聚乳酸复合材料。
6.根据权利要求5所述增强增韧聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，所述羟基化的玻璃纤维、烷基酸和乳酸的摩尔比为1:1:1-1:3:5。
7.根据权利要求5所述增强增韧聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述加热的温度为70-85℃。
8.根据权利要求5所述增强增韧聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述挤出机的加工温度为190-230℃。
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| GR01 | Patent grant | ||
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