本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種高性能復(fù)合材料及其制備方法，屬于聚合物加工與改性技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)所述材料包括聚乳酸A?50～95份，醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料5～50份(聚乳酸A與聚乳酸B為旋光異構(gòu)體)。本發(fā)明專利技術(shù)的材料不僅具有優(yōu)異的韌性，還具有優(yōu)異的耐熱性，可廣泛應(yīng)用于塑料包裝、汽車內(nèi)飾件、醫(yī)療耗材等領(lǐng)域。
A High Performance Composite Material and Its Preparation Method
The invention discloses a high performance composite material and a preparation method thereof, belonging to the technical field of polymer processing and modification. The materials of the invention include 50-95 phr of polylactic acid A, 5-50 phr of vinyl acetate copolymer/polylactic acid B blend masterbatch (polylactic acid A and polylactic acid B are optical isomers). The material of the invention not only has excellent toughness, but also has excellent heat resistance, and can be widely used in plastic packaging, automobile interior parts, medical consumables and other fields.
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種高性能復(fù)合材料及其制備方法
本專利技術(shù)涉及一種高性能復(fù)合材料及其制備方法，屬于聚合物加工與改性
技術(shù)介紹
由于石油資源短缺和環(huán)境污染嚴(yán)重的問題日益突出，環(huán)境友好型材料愈加受到人們的青睞。聚乳酸(PLA)是一種生物基、生物可降解的材料，其合成原料來源于玉米等植物資源，來源充分且可再生。此外，聚乳酸還具有良好的生物相容性、加工性和力學(xué)強(qiáng)度，是理想的綠色高分子材料。聚乳酸(PLA)包括左旋聚乳酸(PLLA)、右旋聚乳酸(PDLA)和消旋聚乳酸(PDLLA)。PLLA和PDLA具有相反的旋光性，兩者共混時，分子鏈之間會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)互補(bǔ)現(xiàn)象，甲基和羰基之間會形成較穩(wěn)定的氫鍵C-H：O＝C，使分子間的作用力增強(qiáng)，最后形成聚乳酸立構(gòu)復(fù)合(SC)晶體，其熔點比左旋聚乳酸或右旋聚乳酸單一組分形成的晶體高約50℃。目前，PLA還難以在通用塑料和工程塑料領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，主要是因為PLA存在著脆性大和結(jié)晶速率慢的缺點。過慢的結(jié)晶速率導(dǎo)致PLA采用常規(guī)的熔融加工成型方法獲得的制品幾乎呈非晶態(tài)，而非晶態(tài)PLA的耐熱性很差，其熱變形溫度接近玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(約60℃)，明顯低于聚乙烯、聚丙烯等傳統(tǒng)石油基高分子制品。與彈性體共混是改善PLA韌性的一種簡單、經(jīng)濟(jì)的方法。然而，彈性體與PLA的相容性一般都很差，使得兩相之間的界面作用力很弱，導(dǎo)致彈性體不能有效增韌PLA。例如采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(SBS)增韌PLA，由于PLA與SBS的界面相互作用力很弱，PLA的韌性尤其是沖擊韌性幾乎沒有得到改善(EuropeanPolymerJournal,2016,85:92-104)。因此，提高彈性體對PLA的增韌效率的關(guān)鍵一點是提高兩者之間的界面相互作用力。另外，彈性體通常是以球狀粒子分散在PLA基體中，形成普通的海島結(jié)構(gòu)，其增韌效率往往不如“雙連續(xù)”或“類雙連續(xù)”的相形態(tài)。因此，使PLA/彈性體共混物的相形態(tài)由海島結(jié)構(gòu)向雙連續(xù)相轉(zhuǎn)變是實現(xiàn)有效增韌的另一關(guān)鍵。盡管能夠通過提高彈性體與PLA的界面相互作用或改變相形態(tài)實現(xiàn)有效增韌PLA，但是卻不能同時解決PLA結(jié)晶速率慢的問題。專利CN105713361A公開了一種抗沖擊聚乳酸及其制備方法，該方法采用環(huán)氧化熱塑性彈性體增韌PLA，利用彈性體上的環(huán)氧基團(tuán)與PLA的端基反應(yīng)從而提高PLA與彈性體之間的相容性，獲得韌性良好的PLA。專利CN102276965A中采用天然橡膠增韌PLA，并加入過氧化物引發(fā)劑引發(fā)共混體系的交聯(lián)，以提高PLA與天然橡膠之間的相容性，從而改善PLA的韌性。在PLA/聚氨酯共混體系中引入二氧化硅納米粒子，可以使共混物從海島結(jié)構(gòu)向“類雙連續(xù)”結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，從而明顯提高PLA的沖擊韌性(Polymer,2014,55(6):1593-1600)。但以上方法都只考慮了PLA的增韌，而未能提高PLA的結(jié)晶速率，即不能提高PLA的耐熱性。因此，極有必要專利技術(shù)一種超韌且耐熱的聚乳酸基復(fù)合材料。本專利技術(shù)的復(fù)合材料不僅具有優(yōu)異的韌性，還具有優(yōu)異的結(jié)晶性能，從而能在短時間的熱退火處理后得到超韌耐熱的復(fù)合材料，可廣泛應(yīng)用于塑料結(jié)構(gòu)件、塑料包裝、汽車內(nèi)飾件、醫(yī)用耗材等領(lǐng)域。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高性能復(fù)合材料及其制備方法。本專利技術(shù)提供的高性能復(fù)合材料及其制備方法，是先將醋酸乙烯酯基共聚物與聚乳酸B熔融共混制備母料，在熔融共混過程中，醋酸乙烯酯基共聚物上的環(huán)氧基團(tuán)會與聚乳酸B上的端羧基或端羥基發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生梳狀接枝共聚物，在隨后的母料與聚乳酸A基體熔融共混的過程中，接枝共聚物上的聚乳酸B分子鏈段會與構(gòu)型相反的聚乳酸A基體分子鏈相互作用，原位形成分布在兩相界面的高熔點立構(gòu)復(fù)合(SC)晶體。該SC晶體既能提高聚乳酸基體與醋酸乙烯酯基共聚物之間的界面相互作用力，又能提高基體的粘度，從而使共混物的相形態(tài)從海島結(jié)構(gòu)向雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。此外，該SC晶體還能作為聚乳酸基體的高效成核劑，顯著提高基體的結(jié)晶速率，從而在短時間的熱退火處理后能得到超韌耐熱的聚乳酸基復(fù)合材料。本專利技術(shù)的第一個目的是提供一種高性能復(fù)合材料，所述材料按照重量份配比，包括：聚乳酸A50～90份，醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料10～50份。在一種實施方式中，所述聚乳酸B的添加量占總復(fù)合材料的重量的3％以上。在一種實施方式中，所述復(fù)合材料由以下組分組成：聚乳酸A50～90份，醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料10～50份。在一種實施方式中，所述聚乳酸A為左旋聚乳酸且聚乳酸B為右旋聚乳酸，或者聚乳酸A為右旋聚乳酸且聚乳酸B為左旋聚乳酸。在一種實施方式中，所述聚乳酸A與聚乳酸B為旋光異構(gòu)體，且光學(xué)純度大于95％，數(shù)均分子量為5～30萬。在一種實施方式中，所述醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料按照重量份配比，包括：醋酸乙烯酯基共聚物20份，聚乳酸B2.5～20份。在一種實施方式中，所述醋酸乙烯酯基共聚物中醋酸乙烯酯的質(zhì)量含量為45～75％。在一種實施方式中，所述醋酸乙烯酯基共聚物中還含有甲基丙烯酸縮水甘油酯和乙烯結(jié)構(gòu)單元，其中甲基丙烯酸縮水甘油酯的質(zhì)量百分含量為0.1～10％。本專利技術(shù)的第二個目的是提供所述高性能復(fù)合材料的制備方法。在一種實施方式中，所述制備方法，包括：(1)將聚乳酸A和醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料根據(jù)重量份配比加入密煉機(jī)內(nèi)進(jìn)行熔融共混3～10分鐘，其中熔融共混溫度為聚乳酸熔點以上1～30℃；(2)將所得共混物于聚乳酸熔點以上1～30℃的溫度熱壓，再于90～130℃退火1～5分鐘，即可得到一種高性能復(fù)合材料；或者(1)將聚乳酸A和醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料根據(jù)重量份配比在室溫下預(yù)混均勻，然后通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出，其中熔融擠出溫度為聚乳酸熔點以上1～30℃，螺桿轉(zhuǎn)速為100～350rpm；(2)將所得擠出物在注塑機(jī)中于聚乳酸熔點以上10～30℃的溫度熔融后注塑成型，并在90～130℃退火1～5分鐘，即可得到一種高性能復(fù)合材料。在一種實施方式中，所述醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料的制備方法，包括：將醋酸乙烯酯基共聚物和聚乳酸B根據(jù)重量份配比加入密煉機(jī)內(nèi)進(jìn)行熔融共混3～10分鐘，其中熔融共混溫度為聚乳酸B熔點以上1～70℃；或者將醋酸乙烯酯基共聚物和聚乳酸B根據(jù)重量份配比在室溫下預(yù)混均勻，然后通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出，其中熔融擠出溫度為聚乳酸B熔點以上1～70℃，螺桿轉(zhuǎn)速為100～350rpm。本專利技術(shù)的第三個目的是提供所述高性能復(fù)合材料的應(yīng)用。在一種實施方式中，所述應(yīng)用包括：應(yīng)用于塑料結(jié)構(gòu)件、塑料包裝、汽車內(nèi)飾件、醫(yī)療耗材等領(lǐng)域。本專利技術(shù)的有益效果：1.本專利技術(shù)提供的制備方法是先將醋酸乙烯酯基共聚物與聚乳酸B熔融共混制備母料，使醋酸乙烯酯基共聚物與聚乳酸B反應(yīng)產(chǎn)生梳狀接枝共聚物，再隨后與構(gòu)型相反的聚乳酸A基體熔融共混，使立構(gòu)復(fù)合晶體選擇性分散在相界面，從而顯著提高界面相互作用力。2.本專利技術(shù)發(fā)揮了SC晶體的三重作用，一是提高相界面作用力；二是提高基體粘度，使共混物的相形態(tài)從海島結(jié)構(gòu)向雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變；三是作為成核劑，顯著提高了PLA基體的結(jié)晶速率。3.本專利技術(shù)的復(fù)合材料僅需短時間的熱退火處理，就能得到超韌、耐熱的材料，因此可大幅度縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。4.本專利技術(shù)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種高性能復(fù)合材料，其特征在于，所述材料按照重量份配比，包括：聚乳酸A?50～90份，醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料10～50份。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種高性能復(fù)合材料，其特征在于，所述材料按照重量份配比，包括：聚乳酸A50～90份，醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料10～50份。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述聚乳酸A為左旋聚乳酸且聚乳酸B為右旋聚乳酸，或者聚乳酸A為右旋聚乳酸且聚乳酸B為左旋聚乳酸。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，聚乳酸B的添加量占總復(fù)合材料的重量的3％以上。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料按照重量份配比，包括：醋酸乙烯酯基共聚物20份，聚乳酸B2.5～20份。5.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料的制備方法，包括：(1)將聚乳酸A和醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料根據(jù)重量份配比加入密煉機(jī)內(nèi)進(jìn)行熔融共混3～10分鐘，其中熔融共混溫度為聚乳酸熔點以上1～30℃；(2)將所得共混物于聚乳酸熔點以上1～30℃的溫度熱壓，再于90～130℃退火1～5分鐘，即可得到一種高性能復(fù)合材料；或者(1)將聚乳酸A和醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料根據(jù)重量份配比在室溫下預(yù)混均勻，然后通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出，其中熔融擠出溫度為聚乳酸熔點以上1～3...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬丕明，吳保鉤，曾慶韜，東為富，鈕德宇，徐鵬武，
申請(專利權(quán))人：江南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32
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