本發(fā)明涉及高性能高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高性能聚乳酸納米復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

聚乳酸由乳酸合成，乳酸的原料為所有碳水化合物富集的物質(zhì)，例如糧食以及有機(jī)廢棄物，其來(lái)源豐富、價(jià)格低廉。聚乳酸是目前產(chǎn)業(yè)化最成熟、產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的生物基塑料，是最有前途的可生物降解高分子材料之一，其最終的降解產(chǎn)物是二氧化碳和水，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

聚乳酸具有良好的力學(xué)性能、生物相容性、生物可吸收性、熱塑性和耐油性，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、食品包裝、醫(yī)療衛(wèi)生、服裝等領(lǐng)域。聚乳酸為線性脂肪族聚酯，具有較高的拉伸強(qiáng)度和壓縮模量，但韌性小、脆性大、耐熱性較差，阻礙了它的更廣泛應(yīng)用，因此有必要對(duì)聚乳酸進(jìn)行改性。

聚乳酸改性方法有化學(xué)改性和物理改性。化學(xué)改性包括共聚、交聯(lián)等，工藝過(guò)程復(fù)雜、成本較高；物理改性包括共混、增塑等，工藝操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)率高、成本較低。

本發(fā)明創(chuàng)新的應(yīng)用可生物降解聚合物和無(wú)機(jī)納米顆粒復(fù)合改性聚乳酸，通過(guò)無(wú)機(jī)納米顆粒的表面處理，使無(wú)機(jī)納米顆粒在聚乳酸中分散均勻，從而顯著提高聚乳酸的力學(xué)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高性能聚乳酸納米復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明以可生物降解塑料為增韌劑、無(wú)機(jī)納米顆粒為增強(qiáng)劑，采用溶液共混法制備出高性能聚乳酸納米復(fù)合材料。所得的高性能聚乳酸納米復(fù)合材料具有優(yōu)良的沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案：一種高性能聚乳酸納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：高性能聚乳酸納米復(fù)合材料由聚乳酸100質(zhì)量份，可生物降解聚合物1-50質(zhì)量份，無(wú)機(jī)納米顆粒0.1-10質(zhì)量份和溶劑10-200質(zhì)量份組成；

將上述聚乳酸、可生物降解聚合物、無(wú)機(jī)納米顆粒和溶劑按照質(zhì)量配比加入混合釜中，在室溫下攪拌1-8小時(shí)，在50-200^oc和減壓下去除溶劑，澆模，在1-15mpa和60-200^oc下用平板硫化機(jī)壓成板材，最后冷卻，得到所述高性能聚乳酸納米復(fù)合材料。

所述聚乳酸為l-乳酸制備而成，其重均分子量為150,000-250,000g/mol；所述可生物降解聚合物為聚丁酸乙二醇酯或聚丁酸丁二醇酯,其重均分子量分別為40,000-100,000和50,000-120,000g/mol；所述無(wú)機(jī)納米顆粒為未處理的納米碳化硅、硫酸處理的納米碳化硅、硝酸處理的納米碳化硅、磷酸處理的納米碳化硅、硅烷偶聯(lián)劑處理的納米碳化硅或鈦酸酯偶聯(lián)劑處理的納米碳化硅；所述溶劑為二氯甲烷。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的第一個(gè)重要的技術(shù)措施是使用可生物降解塑料為增韌劑改性聚乳酸，有助于提高聚乳酸的沖擊強(qiáng)度。本發(fā)明的第二個(gè)重要的技術(shù)措施是使用無(wú)機(jī)納米顆粒作為增強(qiáng)劑，可提高聚乳酸的沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。本發(fā)明的第三個(gè)重要措施是對(duì)無(wú)機(jī)納米顆粒進(jìn)行表面處理，可提高無(wú)機(jī)納米顆粒在聚乳酸中的分散性，從而顯著提高聚乳酸的力學(xué)性能。

具體實(shí)施方式

下面的實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，而不是限制對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

聚乳酸：本實(shí)施例中所使用的聚乳酸為l-乳酸制備而成，其重均分子量為150,000-250,000g/mol。

可生物降解聚合物：本實(shí)施例中所使用的可生物降解聚合物為聚丁酸乙二醇酯,其重均分子量為40,000-100,000。

無(wú)機(jī)納米顆粒：本實(shí)施例中所使用的無(wú)機(jī)納米顆粒為未處理的納米碳化硅。

溶劑：本實(shí)施例中所使用的溶劑為二氯甲烷。

將100份聚乳酸、5份聚丁酸乙二醇酯、5份未處理的納米碳化硅、50份二氯甲烷依次加入混合釜中，在室溫下攪拌2小時(shí)，在100^oc和減壓下去除溶劑，澆模，在5mpa和150^oc下用平板硫化機(jī)壓成板材，最后冷卻，得到所述高性能聚乳酸納米復(fù)合材料。

對(duì)實(shí)施例1的產(chǎn)物采用中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(沖擊強(qiáng)度：gb/t1843-2008；彎曲強(qiáng)度：gb/t9341-2000)進(jìn)行各種性能的測(cè)試，其試驗(yàn)結(jié)果見表1。

實(shí)施例2

可生物降解聚合物：本實(shí)施例中所使用的可生物降解聚合物為聚丁酸丁二醇酯,其重均分子量為50,000-120,000g/mol。

除了將5份聚丁酸乙二醇酯改為5份聚丁酸丁二醇酯外，其余同實(shí)施例1。高性能聚乳酸納米復(fù)合材料的組分及試驗(yàn)結(jié)果見表1。

實(shí)施例3

無(wú)機(jī)納米顆粒：本實(shí)施例中所使用的無(wú)機(jī)納米顆粒為硫酸處理的納米碳化硅，其制備方法如下：

在燒杯中加入50克硫酸和10克納米碳化硅顆粒，在室溫下攪拌2小時(shí)，過(guò)濾后用蒸餾水清洗碳化硅，在120^oc下干燥2小時(shí)。得到的納米碳化硅標(biāo)記為納米碳化硅-a。

除了將5份未處理的納米碳化硅改為1份納米碳化硅-a外，其余同實(shí)施例1。高性能聚乳酸納米復(fù)合材料的組分及試驗(yàn)結(jié)果見表1。

實(shí)施例4

無(wú)機(jī)納米顆粒：本實(shí)施例中所使用的無(wú)機(jī)納米顆粒為硝酸處理的納米碳化硅，其制備方法如下：

硝酸處理的納米碳化硅：在燒杯中加入50克硝酸和10克納米碳化硅顆粒，在室溫下攪拌2小時(shí)，過(guò)濾后用蒸餾水清洗碳化硅，在120^oc下干燥2小時(shí)。得到的納米碳化硅標(biāo)記為納米碳化硅-b。

除了將5份聚丁酸乙二醇酯改為10份聚丁酸丁二醇酯、5份未處理的納米碳化硅改為2份納米碳化硅-b、二氯甲烷用量改為100份外，其余同實(shí)施例1。高性能聚乳酸納米復(fù)合材料的組分及試驗(yàn)結(jié)果見表1。

實(shí)施例5

無(wú)機(jī)納米顆粒：本實(shí)施例中所使用的無(wú)機(jī)納米顆粒為磷酸處理的納米碳化硅，其制備方法如下：

磷酸處理的納米碳化硅：在燒杯中加入50克磷酸和10克納米碳化硅顆粒，在室溫下攪拌2小時(shí)，過(guò)濾后用蒸餾水清洗碳化硅，在120^oc下干燥2小時(shí)。得到的納米碳化硅標(biāo)記為納米碳化硅-c。

除了將聚丁酸乙二醇酯用量改為15份、5份未處理的納米碳化硅改為3份納米碳化硅-c、二氯甲烷用量改為100份外，其余同實(shí)施例1。高性能聚乳酸納米復(fù)合材料的組分及試驗(yàn)結(jié)果見表1。

實(shí)施例6

無(wú)機(jī)納米顆粒：本實(shí)施例中所使用的無(wú)機(jī)納米顆粒為硅烷偶聯(lián)劑處理的納米碳化硅，其制備方法如下：

硅烷偶聯(lián)劑處理的納米碳化硅：在燒杯中加入5克硅烷偶聯(lián)劑和95克乙醇，在室溫下攪拌2小時(shí)配成偶聯(lián)劑溶液。加入納米碳化硅顆粒浸泡1小時(shí)，過(guò)濾后將碳化硅在120^oc下干燥2小時(shí)。得到的納米碳化硅標(biāo)記為納米碳化硅-d。

除了將5份聚丁酸乙二醇酯改為20份聚丁酸丁二醇酯、5份未處理的納米碳化硅改為4份納米碳化硅-d、二氯甲烷用量改為100份外，其余同實(shí)施例1。高性能聚乳酸納米復(fù)合材料的組分及試驗(yàn)結(jié)果見表1。

實(shí)施例7

無(wú)機(jī)納米顆粒：本實(shí)施例中所使用的無(wú)機(jī)納米顆粒為鈦酸酯偶聯(lián)劑處理的納米碳化硅，其制備方法如下：

鈦酸酯偶聯(lián)劑處理的納米碳化硅：在燒杯中加入5克鈦酸酯偶聯(lián)劑和95克乙醇，在室溫下攪拌2小時(shí)配成偶聯(lián)劑溶液。加入納米碳化硅顆粒浸泡1小時(shí)，過(guò)濾后將碳化硅在120^oc下干燥2小時(shí)。得到的納米碳化硅標(biāo)記為納米碳化硅-e。

除了將聚丁酸乙二醇酯用量改為25份、5份未處理的納米碳化硅改為5份納米碳化硅-e、二氯甲烷用量改為150份外，其余同實(shí)施例1。高性能聚乳酸納米復(fù)合材料的組分及試驗(yàn)結(jié)果見表1。

比較例1

將100份聚乳酸和50份二氯甲烷依次加入混合釜中，在室溫下攪拌2小時(shí)，在100^oc和減壓下去除溶劑，澆模，在5mpa和150^oc下用平板硫化機(jī)壓成板材，最后冷卻，得到聚乳酸產(chǎn)物。對(duì)比較例1的產(chǎn)物采用中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各種性能的測(cè)試，其試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1

通過(guò)比較實(shí)施例1-7和比較例1可以看出，與純聚乳酸相比，以可生物降解塑料為增韌劑、無(wú)機(jī)納米顆粒為增強(qiáng)劑，可顯著提高聚乳酸的沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。

所述內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說(shuō)明，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的任何等效變換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。