專利名稱：：一種改性玻璃纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，特別涉及一種改性玻璃纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：聚乳酸(PLA)是一種生物可降解塑料，來(lái)源于可再生的淀粉類資源，具有優(yōu)良的生物相容性、抗菌性、機(jī)械性能和加工性能，是目前最具有應(yīng)用前景的環(huán)保型塑料。長(zhǎng)期以來(lái)，由于其自身所具有的一些缺點(diǎn)，如脆性大、相容性較差、價(jià)格較高、結(jié)晶速度慢及改性種類少等，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。為了克服這些缺陷，需要對(duì)其進(jìn)行復(fù)合改性，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。聚乳酸類復(fù)合材料以聚乳酸為基體，通過(guò)復(fù)合超微細(xì)無(wú)機(jī)材料和有機(jī)成分進(jìn)行“內(nèi)增強(qiáng)”，提高復(fù)合材料的性能，如羥基磷灰石(HA)增強(qiáng)、碳纖維增強(qiáng)、甲殼素纖維增強(qiáng)、天然碳酸鈣增強(qiáng)、聚乙醇酸(PGA)增強(qiáng)、石英粉增強(qiáng)、植物纖維增強(qiáng)等；例如CN101225222，CN101200579。但是這類復(fù)合改性針對(duì)聚乳酸的脆性改善不佳，在提高復(fù)合材料性能的同時(shí)提高韌性不明顯，甚至?xí)档蜎_擊強(qiáng)度。玻璃纖維在復(fù)合材料中主要起承載作用。為了充分發(fā)揮玻璃纖維的承載作用，減少玻璃纖維和樹(shù)脂基體的差異對(duì)復(fù)合材料界面的影響，有必要對(duì)玻璃纖維的表面進(jìn)行處理，提高復(fù)合材料的綜合性能。聚氨酯預(yù)聚體處理玻璃纖維的核心是聚氨酯預(yù)聚體的化學(xué)特性——通過(guò)其于玻璃纖維表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將聚乳酸接枝在玻璃纖維表面，減少玻璃纖維和樹(shù)脂基體的差異對(duì)復(fù)合材料界面的影響，從而提高復(fù)合材料的綜合性能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種改性玻璃纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料，克服了現(xiàn)有聚乳酸類復(fù)合材料脆性大和相容性差的缺陷。本發(fā)明可以達(dá)到同時(shí)增強(qiáng)和增韌聚乳酸的要求。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)一種改性玻璃纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于該復(fù)合材料由下列重量份的組分聚乳酸100份，玻璃纖維3040份，聚氨酯預(yù)聚體510份。并且該組分為基本組分，可以根據(jù)實(shí)際需求增加其他組分，包括阻燃劑、抗氧劑、色母料等。上述聚氨酯預(yù)聚體的官能度在1.82.3，異氰酸根含量在4.56.5%，可以是聚醚型聚氨酯預(yù)聚體，聚酯型聚氨酯預(yù)聚體或兩者的混合物，優(yōu)選官能度為2，異氰酸根含量在5.0%6.0%的聚醚型聚氨酯預(yù)聚體。聚氨酯預(yù)聚體充當(dāng)玻纖表面改性劑的作用，線性分子鏈結(jié)構(gòu)更能有效處理玻纖，故優(yōu)選官能度為2；異氰酸根含量反映的是聚氨酯預(yù)聚體的分子量，適當(dāng)?shù)姆肿恿磕芸s短生成周期，故優(yōu)選異氰酸根含量在5.0%6.0%；聚氨酯預(yù)聚體的差異決定了復(fù)合材料的力學(xué)性能，上述聚醚型或聚酯型均為同一作用原理，聚醚型聚氨酯預(yù)聚體更能提高復(fù)合材料韌性，更能改善聚乳酸的脆性，故優(yōu)選聚醚型聚氨酯預(yù)聚體。上述玻璃纖維的拉伸強(qiáng)度在39004600MPa，彈性模量在7386GPa，斷裂伸長(zhǎng)率在4.75.5%，優(yōu)選拉伸強(qiáng)度在4300MPa，彈性模量在86GPa，斷裂伸長(zhǎng)率在5.5%的玻璃纖維。上述的聚乳酸是注塑級(jí)聚乳酸，優(yōu)選數(shù)均分子量在70，000150，000的聚乳酸。上述改性玻璃纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料的其制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)玻璃纖維改性階段將聚乳酸放入丙酮中，在4050°C加熱溶解后加入玻璃纖維和聚氨酯預(yù)聚體，攪拌12小時(shí)后，過(guò)濾，烘干3-7小時(shí)，得到改性玻璃纖維，2)混料階段將聚乳酸、改性玻璃纖維混合均勻，并且通過(guò)擠出機(jī)或密煉機(jī)在170200°C混料，切成粒料。性能測(cè)試方法將粒料在注塑機(jī)中參考各自標(biāo)準(zhǔn)加工成樣條，樣條分別按照ISO527-4:1997測(cè)試?yán)煨阅?，試樣類型為IB啞鈴型試樣；按照ISO179-12000測(cè)試沖擊性能，試樣缺口類型為A型缺口，試樣尺寸為80mmXIOmmX4mm;按照ISO178:2003測(cè)試彎曲性能，試樣尺寸為80mmXIOmmX4mm；與現(xiàn)有技術(shù)比較本發(fā)明的有益效果在本發(fā)明中，玻璃纖維在聚乳酸復(fù)合材料中起到增強(qiáng)的作用，聚氨酯預(yù)聚體起到增加玻璃纖維和聚乳酸基體之間的界面相容性，改善聚乳酸脆性大的缺陷，生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單，成本低廉，且由該發(fā)明生產(chǎn)的制品為綠色可降解塑料女口廣PFtο具體實(shí)施例方式通過(guò)以下實(shí)施例更詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，本發(fā)明并不受這些實(shí)施例的限制，以下實(shí)施例中每重量份為1kg。實(shí)施例1配方聚乳酸100份，玻璃纖維30份，聚酯型聚氨酯預(yù)聚體5份。其中，聚乳酸數(shù)均分子量約為70，000，聚酯型聚氨酯預(yù)聚體官能度1.9，異氰酸根含量在5.1%。制備方法1)玻璃纖維改性階段將3份聚乳酸放入丙酮中，在40°C時(shí)加熱溶解后加入玻璃纖維和聚酯型聚氨酯預(yù)聚體，攪拌1.5小時(shí)后，過(guò)濾，80°C烘干5小時(shí)，得到改性玻璃纖維，2)混料階段將聚乳酸97份、改性玻璃纖維混合均勻，并且通過(guò)擠出機(jī)在170°C混料，擠出并切成粒料。實(shí)施例2配方聚乳酸100份，玻璃纖維35份，聚醚型聚氨酯預(yù)聚體10份。其中，聚乳酸數(shù)均分子量約為80，000，聚醚型聚氨酯預(yù)聚體官能度2，異氰酸根含量在5.5%。制備方法1)玻璃纖維改性階段將5份聚乳酸放入丙酮中，在40°C時(shí)加熱溶解后加入玻璃纖維和聚醚型聚氨酯預(yù)聚體，攪拌3小時(shí)后，過(guò)濾，90°C烘干3小時(shí)，得到改性玻璃纖維，2)混料階段將聚乳酸95份、改性玻璃纖維混合均勻，并且通過(guò)密煉機(jī)在200°C混料，切成粒料。實(shí)施例3配方聚乳酸100份，玻璃纖維40份，聚酯型聚氨酯預(yù)聚體混合物5份。其中，聚乳酸數(shù)均分子量約為80，000，聚酯型聚氨酯預(yù)聚體官能度2.1，異氰酸根含量在6%；聚醚型聚氨酯預(yù)聚體官能度1.9，異氰酸根含量在5%，聚酯型與聚醚型的質(zhì)量比為12。制備方法1)玻璃纖維改性階段將3份聚乳酸放入丙酮中，在50°C時(shí)加熱溶解后加入玻璃纖維和聚酯型聚氨酯預(yù)聚體，攪拌2小時(shí)后，過(guò)濾，70°C烘干7小時(shí)，得到改性玻璃纖維，2)混料階段將聚乳酸97份、改性玻璃纖維混合均勻，并且通過(guò)擠出機(jī)在180°C混料，擠出并切成粒料。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表1為改性玻璃纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、缺口沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度斷裂伸長(zhǎng)率隨玻璃纖維含量的變化情況。A項(xiàng)配方為聚乳酸(數(shù)均分子量為80，000)100份，玻璃纖維20份，聚醚型聚氨酯預(yù)聚體(能度2，異氰酸根含量在5.5%)2.5份。隨著玻璃纖維含量的增加，復(fù)合材料的各項(xiàng)指標(biāo)提高明顯。本發(fā)明采用聚氨酯預(yù)聚體制備的聚乳酸復(fù)合材料能明顯提高聚乳酸的綜合性能。權(quán)利要求一種改性玻璃纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于所述復(fù)合材料包括下列重量份的組分聚乳酸100份，玻璃纖維30～40份，聚氨酯預(yù)聚體5～10份。2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的改性玻璃纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于所述的聚氨酯預(yù)聚體的官能度為1.52.5，異氰酸根含量為4.56.5%，聚氨酯預(yù)聚體的是聚醚型聚氨酯預(yù)聚體、聚酯型聚氨酯預(yù)聚體或兩種預(yù)聚體的混合物。3.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的改性玻璃纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于聚氨酯預(yù)聚體為官能度為2，異氰酸根含量在5.0%6.0%的聚醚型聚氨酯預(yù)聚體。4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的改性玻璃纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于所述玻璃纖維的拉伸強(qiáng)度在39004600MPa，彈性模量在7386GPa，斷裂伸長(zhǎng)率在4.75.5%。5.根據(jù)權(quán)利要求書4所述的改性玻璃纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于所述玻璃纖維的拉伸強(qiáng)度為4300MPa，彈性模量為86GPa，斷裂伸長(zhǎng)率為5.5%的玻璃纖維。6.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的改性玻璃纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于所述的聚乳酸為注塑級(jí)或擠出級(jí)。7.根據(jù)權(quán)利要求書6所述的改性玻璃纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料，其特征在于聚乳酸的數(shù)均分子量在70，000120，000之間。8.一種改性玻璃纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)玻璃纖維改性階段將聚乳酸放入丙酮中，在4050°C加熱溶解后加入玻璃纖維和聚氨酯預(yù)聚體，攪拌12小時(shí)后，過(guò)濾，7090°C烘干3-7小時(shí)，得到改性玻璃纖維；2)混料階段將聚乳酸、改性玻璃纖維混合均勻，通過(guò)擠出機(jī)或密煉機(jī)在170200°C混料，切成粒料，得到改性玻璃纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料。全文摘要一種改性玻璃纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法，涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，該復(fù)合材料由下列重量份的組分聚乳酸100份，玻璃纖維30～40份，聚氨酯預(yù)聚體5～10份，可以根據(jù)實(shí)際需求增加其他組分，包括阻燃劑、抗氧劑、色母料等。制備方法如下將聚乳酸放入丙酮中，在40～50℃加熱溶解后加入玻璃纖維和聚氨酯預(yù)聚體，攪拌1～2小時(shí)后，過(guò)濾，烘干3-7小時(shí)，得到改性玻璃纖維，將聚乳酸、改性玻璃纖維混合均勻，并且通過(guò)擠出機(jī)或密煉機(jī)在170～200℃混料，切成粒料，得到所述復(fù)合材料。本發(fā)明克服了現(xiàn)有聚乳酸類復(fù)合材料脆性大和相容性差的缺陷，可以達(dá)到同時(shí)增強(qiáng)和增韌聚乳酸的要求。文檔編號(hào)C08K9/04GK101812221SQ20101013929公開(kāi)日2010年8月25日申請(qǐng)日期2010年4月1日優(yōu)先權(quán)日2010年4月1日發(fā)明者盧仁杰,李錦春,韓冰申請(qǐng)人:江蘇工業(yè)學(xué)院