一種聚乳酸/多孔地聚物復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種聚乳酸/多孔地聚物復(fù)合材料的制備方法，屬于復(fù)合材料制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]聚乳酸是一種具有優(yōu)良的生物相容性和可生物降解性的合成高分子材料。這種線型熱塑性生物可降解脂肪族聚酯是以玉米、小麥、木薯等一些植物中提取的淀粉為最初原料，經(jīng)過酶分解得到葡萄糖，再經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵后變成乳酸，然后經(jīng)過化學(xué)合成得到高純度聚乳酸。聚乳酸制品廢棄后在土壤或水中，30天內(nèi)會在微生物、水、酸和堿的作用下徹底分解成0)2和H20，隨后在太陽光合作用下，又成為淀粉的起始原料，不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，因而是一種完全自然循環(huán)型的可生物降解材料。但聚乳酸自身性能較低，無法滿足工程塑料的某些要求，一般通過將其與其他纖維復(fù)合制備增強其性能。
[0003]將碳纖維增強聚乳酸復(fù)合材料，其初始彎曲強度高達412MPa，模量達124GPa，具有相當(dāng)?shù)某休d能力；用天然亞麻纖維增強PLA，與傳統(tǒng)用聚丙烯亞麻復(fù)合材料相比，其制備方法類似，但復(fù)合物強度大大優(yōu)于亞麻復(fù)合材料；但是上述復(fù)合材料在韌性方面進行有效的改良的同時，其強度未有顯著增強，而地質(zhì)聚合物主要是以500~900°C煅燒的偏高嶺土或粘土等礦物，在堿激發(fā)劑及促硬劑等外摻合料的共同作用下形成的由硅氧四面體和鋁氧四面體組成的無定形網(wǎng)絡(luò)凝膠體，其微觀結(jié)構(gòu)類似于合成沸石。與有機聚合物相比，地聚物具有抗壓強度高、環(huán)境污染小、耐腐蝕性、體積收縮小等優(yōu)點，原料來源廣泛，成本低廉，故在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用領(lǐng)域。所以制備一種聚乳酸/多孔地聚物復(fù)合材料很有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題:針對目前改性聚乳酸時，通過碳纖維或者天然亞麻纖維進行復(fù)合，滿足復(fù)合材料韌性的同時無法滿足對強度的需求，提供了一種通過將高嶺土煅燒隨后對其發(fā)泡處理，制備多孔地聚物，再將多孔地聚物進行碾磨制備粉末地聚物，對其偶聯(lián)接枝與聚乳酸基團相近的偶聯(lián)基團，使其有效的與聚乳酸進行有機結(jié)合，提高其力學(xué)性能。
[0005]
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
(1)選取高嶺土并將其置于馬弗爐中，隨后按10?15°C/min的速度緩慢升溫至750?880°C，隨后保溫煅燒2?3h停止加熱，并將其冷卻至20?30°C，隨后將其取出，制備得煅燒尚嶺土備用；
(2)將質(zhì)量濃度為40%的水玻璃溶液與上述制備的煅燒高嶺土攪拌25?30min，使其混合均勻，制備得地聚物漿液，再按質(zhì)量比1: 5，將混合發(fā)泡劑快速滴加至地聚物漿液中，滴加速度為5mL/min，待滴加30?45min后，停止滴加并繼續(xù)攪拌混合10?15min，并將其置于60?70°C恒溫箱中進行保溫養(yǎng)護10?12h，制備得多孔地聚物備用； (3)選取無水乙醇，用質(zhì)量濃度為10%的乙酸溶液調(diào)節(jié)其pH至3.1?3.3，隨后按質(zhì)量比1:10，將3-氨基丙基三乙氧基硅烷在300?400r/min速度下，緩慢滴加至上述溶液中，使其混合攪拌反應(yīng)2?3h，制備得偶聯(lián)改性溶液；
(4)選取200?300g步驟(2)制備的多孔地聚物，對其碾壓并過篩，制備得200?250目的多孔地聚物粉末，隨后將其置于體積為500mL的三口燒瓶中，對其抽真空至10?20Pa，隨后，將400?450mL上述制備的偶聯(lián)改性溶液置于三口燒瓶中，使其將多孔地聚物粉末完全浸沒，使其浸泡10?15min ；
(5)待浸泡完成后，設(shè)置等離子射頻裝置頻率，打開射頻電源，將裝有多孔地聚物粉末的三口燒瓶置于射頻兩極的中間，打開射頻電源后，在處理時外部電極間設(shè)置放電功率為250?300kW，進行等離子射頻處理，使其偶聯(lián)改性30?40min，制備得偶聯(lián)地聚物粉末；
(6)按重量份數(shù)計，選取35?55份的聚乳酸顆粒、15?20份的偶聯(lián)地聚物粉末、5?10份的聚乙二醇、2?3份的過氧化二碳酸二(2-乙基己酯)、3?7份的硬脂酸鈣和20?25份的去離子水，將其全部置于聚合爸中，在20?30°C下攪拌混合10?15min，隨后對其加熱升溫至聚合釜壓力為1.2?1.3MPa時，保溫加熱使其充分反應(yīng)2?3h ;
(7)待反應(yīng)完成后，停止加熱并使其冷卻，待壓力下降至大氣壓時，添加總質(zhì)量1%的對叔丁基鄰苯二酚至聚合釜中，使其終止反應(yīng)，并對其減壓蒸發(fā)除去多余水分，制備得聚乳酸/多孔地聚物復(fù)合樹脂；
(8)按重量份數(shù)計，選取85?95份的聚乳酸/多孔地聚物復(fù)合樹、4?12份的硬脂酸鈣和1?3份的硬脂酸潤滑油在雙輥混煉機中進行塑化10?12min，隨后在160?175°C下，在lOMPa下進行熱壓lOmin，并冷壓2min，即可制備得一種聚乳酸/多孔地聚物復(fù)合材料。
[0006]所述的混合發(fā)泡劑為十二烷基磺酸氨:質(zhì)量濃度為10%的雙氧水=1:5，混合制備
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[0007]本發(fā)明的應(yīng)用方法是:在聚合管中加入攪拌子，再依次加入20?30g的木糖醇溶于200mL?250mL的無水甲苯中，隨后通入氮氣2?3次，在-5?_2°C冷凍條件下抽真空至20?30Pa后封住聚合管，在130°C下的油浴中反應(yīng)24h，自然冷卻后取出，粗產(chǎn)物溶于二氯甲燒中，用水做沉淀劑，抽濾，濾餅溶于二氯甲烷中，用石油醚:乙酸乙醋為6:1混合溶劑制備沉淀劑，對抽濾后的樣品放于真空供箱中，在50°C下真空干燥24h即得到聚乳酸木糖醇。本發(fā)明的有益之處是:
(1)本發(fā)明通過地聚物顆粒進行改性，抗沖擊強度可達135?140J/m2;
(2)通過高嶺土制備地聚物進行改性，綠色環(huán)保對環(huán)境無污染。
具體實施方案
[0008]首先選取高嶺土并將其置于馬弗爐中，隨后按10?15°C /min的速度緩慢升溫至750?880°C，隨后保溫煅燒2?3h停止加熱，并將其冷卻至20?30°C，隨后將其取出，制備得煅燒高嶺土備用；將質(zhì)量濃度為40%的水玻璃溶液與上述制備的煅燒高嶺土攪拌25?30min，使其混合均勻，制備得地聚物漿液，再按質(zhì)量比1:5，將混合發(fā)泡劑快速滴加至地聚物漿液中，滴加速度為5mL/min，待滴加30?45min后，停止滴加并繼續(xù)攪拌混合10?15min，并將其置于60?70°C恒溫箱中進行保溫養(yǎng)護10?12h，制備得多孔地聚物備用；選取無水乙醇，用質(zhì)量濃度為10%的乙酸溶液調(diào)節(jié)其pH至3.1?3.3，隨后按質(zhì)量比1:10，將3-氨基丙基三乙氧基硅烷在300?400r/min速度下，緩慢滴加至上述溶液中，使其混合攪拌反應(yīng)2?3h，制備得偶聯(lián)改性溶液；選取200?300g制備的多孔地聚物，對其碾壓并過篩，制備得200?250目的多孔地聚物粉末，隨后將其置于體積為500mL的三口燒瓶中，對其抽真空至10?20Pa，隨后，將400?450mL上述制備的偶聯(lián)改性溶液置于三口燒瓶中，使其將多孔地聚物粉末完全浸沒，使其浸泡10?15min ;待浸泡完成后，設(shè)置等離子射頻裝置頻率，打開射頻電源，將裝有多孔地聚物粉末的三口燒瓶置于射頻兩極的中間，打開射頻電源后，在處理時外部電極間設(shè)置放電功率為250?300kW，進行等離子射頻處理，使其偶聯(lián)改性30?40min，制備得偶聯(lián)地聚物粉末；按重量份數(shù)計，選取35?55份的聚乳酸顆粒、15?20份的偶聯(lián)地聚物粉末、5?10份的聚乙二醇、2?3份的過氧化二碳酸二(2-乙基己酯)、3?7份的硬脂酸鈣和20?25份的去離子水，將其全部置于聚合釜中，在20?30°C下攪拌混合10?15min，隨后對其加熱升溫至聚合釜壓力為1.2?1.3MPa時，保溫加熱使其充分反應(yīng)2?3h ;待反應(yīng)完成后，停止加熱并使其冷卻，待壓力下降至大氣壓時，添加總質(zhì)量1%的對叔丁基鄰苯二酚至聚合釜中，使其終止反應(yīng)，并對其減壓蒸發(fā)除去多余水分，制備得聚乳酸/多孔地聚物復(fù)合樹脂；按重量份數(shù)計，選取85?95份的聚乳酸/多孔地聚物復(fù)合樹、4?12份的硬脂酸鈣和1?3份的硬脂酸潤滑油在雙輥混煉機中進行塑化10?12min，隨后在160?175°C下，在lOMPa下進行熱壓lOmin，并冷壓2min，即可制備得一種聚乳酸/多孔地聚物復(fù)合材料。
[0009]實例 1
首先選取高嶺土并將其置于馬弗爐中，隨后按10°c /min的速度緩慢升溫750°C，隨后保溫煅燒2h停止加熱，并將其冷卻至20°C，隨后將其取出，制備得煅燒高嶺土備用；將質(zhì)量濃度為40%的水玻璃溶液與上述制備的煅燒高嶺土攪拌25min，使其混合均勻，制備得地聚物漿液，再按質(zhì)量比1:5，將混合發(fā)泡劑快速滴加至地聚物漿液中，滴加速度為5mL/min，待滴加30min后，停止滴加并繼續(xù)攪拌混合lOmin，并將其置于60°C恒溫箱中進行保溫養(yǎng)護10h，制備得多孔地聚物備用；選取無水乙醇，用質(zhì)量濃度為10%的乙酸溶液調(diào)節(jié)其pH至
3.1，隨后按質(zhì)量比1:10，將3-氨基丙基三乙氧基硅烷在300r/min速度下，緩慢滴加至上述溶液中，使其混合攪拌反應(yīng)2h，制備得偶聯(lián)改性溶液；選取200g制備的多孔地聚物，對其碾壓并過篩，制備得200目的多孔地聚物粉末，隨后將其置于體積為500mL的三口燒瓶中，對其抽真空至10Pa，隨后，將400mL上述制備的偶聯(lián)改性溶液置于三口燒瓶中，使其將多孔地聚物粉末完全浸沒，使其浸泡lOmin ;待浸泡完成后，設(shè)置等離子射頻裝置頻率，打開射頻電源，將裝有多孔地聚物粉末的三口燒瓶置于射頻兩極的中間，打開射頻電源后，在處理時外部電極間設(shè)置放電功率為250kW，進行等離子射頻處理，使其偶聯(lián)改性30min，制備得偶聯(lián)地聚物粉末；按重量份數(shù)計，選取35份的聚乳酸顆粒、20份的偶聯(lián)地聚物粉末、10份的聚乙二醇、3份的過氧化二碳酸二(2-乙基己酯)、7份的硬脂酸鈣和25份的去離子水，將其全部置于聚合釜中，在20°C下攪拌混合lOmin，隨后對其加熱升溫至聚合釜壓力為1.2MPa時，保溫加熱使其充分反應(yīng)2h ;待反應(yīng)完成后，停止加熱并使其冷卻，待壓力下降至大氣壓時，添加總質(zhì)量1%的對叔丁基鄰苯二酚至聚合釜中，使其終止反應(yīng)，并對其減壓蒸發(fā)除去多余水分，制備得聚乳酸/多