一種高性能可降解聚乳酸復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高性能可降解聚乳酸復合材料，按質量份計算，包括89?100份的聚乳酸，0.5?11份聚酰亞胺酸，0?0.5份環(huán)氧樹脂，0?0.5份抗氧劑，0?0.5份熱穩(wěn)定劑，0?0.5份固化劑。其制備工藝包括如下步驟：取所述質量份的聚乳酸在40℃的條件下干燥4h，然后將干燥后的聚乳酸與所述質量份的聚酰亞胺酸、環(huán)氧樹脂、抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、固化劑在高速混合機中混合均勻，將混合物在擠出機上熔融擠出，將擠出物牽引至切粒機中切粒，將所得的粒料在80℃的條件下干燥4h，利用注塑機注塑成型為標準樣條，然后在樣條在90℃的條件下烘10h，使環(huán)氧樹脂完全固化。本發(fā)明具有較高的抗拉伸強度和抗沖擊強度，此外，還具有較好的耐熱性、吸水性和易生物降解性。
【專利說明】
一種高性能可降解聚乳酸復合材料及其制備方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及高性能的高分子復合材料技術領域，特別是一種高性能可降解聚乳酸 復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002] 聚乳酸(PLA)是作為最具有前景的生物可降解材料之一，因具有較好的可再生性、 可降解性、生物相容性、加工性能而被廣泛的應用于生物醫(yī)用、包裝、服裝、汽車行業(yè)、電子 等重要的領域，聚乳酸是由生物質原料經(jīng)發(fā)酵而成的小分子乳酸聚合而成的高分子材料， 與傳統(tǒng)的石油基高分子材料相比，生物基聚乳酸最大優(yōu)點是廢棄的聚乳酸材料可以在自然 的條件下快速的降解，從而從根本上解決了"白色污染"問題，但是由于聚乳酸本身分子結 構的特點而導致聚乳酸存在抗拉伸強度和抗沖擊強度較低、耐熱性差、吸水性差等缺點，這 些缺點限制了聚乳酸在許多重要領域的應用。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于，提供一種高性能可降解聚乳酸復合材料及其制備方法，本發(fā) 明具有較高的抗拉伸強度和抗沖擊強度，此外，還具有較好的耐熱性、吸水性和易生物降解 性。
[0004] 本發(fā)明的技術方案:一種高性能可降解聚乳酸復合材料，由聚乳酸、聚酰亞胺酸、 環(huán)氧樹脂、固化劑、抗氧劑和熱穩(wěn)定劑組成;按質量份計算，包括89-100份的聚乳酸，0.5-11 份聚酰亞胺酸，0-0.5份環(huán)氧樹脂，0-0.5份抗氧劑，0-0.5份熱穩(wěn)定劑，0-0.5份固化劑。
[0005] 前述的高性能可降解聚乳酸復合材料，按質量份計算，包括91份的聚乳酸，9份聚 酰亞胺酸，〇. 4份環(huán)氧樹脂，0.5份抗氧劑，0.5份熱穩(wěn)定劑，0.5份固化劑。
[0006] 前述的高性能可降解聚乳酸復合材料，所用的聚乳酸為半結晶性聚左旋乳酸或聚 右旋乳酸。
[0007] 前述的高性能可降解聚乳酸復合材料，所述環(huán)氧樹脂為環(huán)氧樹脂E51、環(huán)氧樹脂 E44或環(huán)氧樹脂E55中的一種或幾種的組合。
[0008]前述的高性能可降解聚乳酸復合材料，所述抗氧劑為抗氧劑-1010、抗氧劑-1076 或抗氧劑-1098中的一種或幾種組合。
[0009]前述的高性能可降解聚乳酸復合材料，所述熱穩(wěn)定劑為三(壬基酚基)亞磷酸酯或 環(huán)氧大豆油。
[0010]前述的高性能可降解聚乳酸復合材料，所述固化劑為乙二胺、己二胺、二乙烯三 胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺、鄰苯二甲酸酐或馬來酸酐中的一種或幾種組合。
[0011] -種制備前述的高性能可降解聚乳酸復合材料的方法，其制備工藝包括如下步 驟:取所述質量份的聚乳酸在40 °C的條件下干燥4h，然后將干燥后的聚乳酸與所述質量份 的聚酰亞胺酸、環(huán)氧樹脂、抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、固化劑在高速混合機中混合均勻，將混合物在 擠出機上熔融擠出，將擠出物牽引至切粒機中切粒，將所得的粒料在80°C的條件下干燥4h， 利用注塑機注塑成型為標準樣條，然后在樣條在90°C的條件下烘10h，使環(huán)氧樹脂完全固 化。
[0012] 前述的高性能可降解聚乳酸復合材料的制備方法，所述熔融擠出溫度和注塑成型 溫度均為165-195°C。
[0013] 有益效果:本發(fā)明通過在聚乳酸中添加少量的聚酰亞胺酸，并采用環(huán)氧樹脂E51作 為相容劑，提高了聚乳酸材料的抗沖擊強度、抗拉伸強度、維卡溫度和吸水性。實驗證明：抗 沖擊強度的平均值從2.4KJ/m 2提高到了3.99KJ/V，提高了66.25%，抗拉伸強度的平均值從 60.54MPa提高到了75.83MPa，提高了25.25 %，維卡溫度的平均值從53.24°C提高到了62.34 °C，提高了 17.09 %，維卡溫度的平均值從53.24°C提高到了62.34°C，提高了 17.09 %。此 外，由于聚酰亞胺酸具有一定的吸水性，添加以后提高了聚乳酸材料的吸水性，有利于聚乳 酸的生物降解。綜上所述，本發(fā)明制備的聚乳酸改性增強復合材料具有較高的抗拉伸強度、 抗沖擊強度和維卡溫度，此外，還具有較好的吸水性和易生物降解性。
[0014] 為進一步說明本發(fā)明的有益效果，發(fā)明人做了如下實驗：
[0015] 對比例：
[0016]取聚乳酸100份，將稱好的聚乳酸在40°C的條件下烘4h，然后將干燥的聚乳酸粒料 在165-195°C下熔融擠出，將擠出物牽引至切粒機中切粒，鼓風干燥箱烘干，在注塑機上注 塑成標準樣條，注塑溫度165-195Γ，將樣條在90°C的條件下烘10h，用所得到的樣條進行測 試，力學性能、熱性能和吸水性數(shù)據(jù)如表1所示。
[0017] 實驗例
[0018] 將經(jīng)實施例1-7制備得到的復合材料的樣條進行測試，其力學性能、熱性能和吸水 性數(shù)據(jù)如表1所示。
[0019] 表1對比例1和實施例1-7所制得的樣條的測試結果
[0021]從表1中的測試結果可以看出，本發(fā)明制備的高性能復合材料不僅具有較好的力 學性能和較高的維卡溫度，使其性能大大提高，可以有效擴寬其應用領域，而且該復合材料 還具有較好的吸水性和易生物降解性。同時，通過表1可以看出，隨著聚酰亞胺酸在組份配 比中所占的比重越來越多，制得的復合材料的拉伸強度、沖擊強度、維卡溫度和吸水率越來 越高，但是當聚酰亞胺酸的質量份超過9份(對應實施例6)以后，盡管吸水率仍在上升，但拉 伸強度、沖擊強度和維卡溫度均開始下降，因此，本發(fā)明的復合材料的最優(yōu)配比為聚乳酸91 份、聚酰亞胺酸9份、環(huán)氧樹脂0.5份、抗氧劑0.5份、熱穩(wěn)定劑0.5份、固化劑0.5份。 具體實施例 [0022] 實施例1:
[0023]取聚乳酸99.5份，聚酰亞胺酸0.5份，0.4份環(huán)氧樹脂，0.5份抗氧劑，0.5份熱穩(wěn)定 劑，0.5份固化劑。按所示的重量分數(shù)稱取;將稱好的聚乳酸在40°C的條件下烘4h，然后將干 燥的聚乳酸粒料，及稱好的環(huán)氧樹脂，抗氧劑，熱穩(wěn)定劑，固化劑混合均勻后在165-195Γ下 熔融擠出，將擠出物牽引至切粒機中切粒，鼓風干燥箱烘干，在注塑機上注塑成標準樣條， 注塑溫度165-195Γ，將樣條在90°C的條件下烘10h，用所得到的樣條進行測試，力學性能、 熱性能和吸水性數(shù)據(jù)如表1所示。
[0024] 實施例2:
[0025]取聚乳酸99份，1份聚酰亞胺酸，0.4份環(huán)氧樹脂，0.5份抗氧劑，0.5份熱穩(wěn)定劑， 0.5份固化劑。按所示的重量分數(shù)稱取;將稱好的聚乳酸在40°C的條件下烘4h，然后將干燥 的聚乳酸粒料，及稱好的環(huán)氧樹脂，抗氧劑，熱穩(wěn)定劑，固化劑混合均勻后在165-195Γ下熔 融擠出，將擠出物牽引至切粒機中切粒，鼓風干燥箱烘干，在注塑機上注塑成標準樣條，注 塑溫度165-195Γ，將樣條在90°C的條件下烘10h，用所得到的樣條進行測試，力學性能、熱 性能和吸水性數(shù)據(jù)如表1所示。
[0026] 實施例3:
[0027]取聚乳酸97份，3份聚酰亞胺酸，0.4份環(huán)氧樹脂，0.5份抗氧劑，0.5份熱穩(wěn)定劑， 0.5份固化劑。按所示的重量分數(shù)稱取;將稱好的聚乳酸在40°C的條件下烘4h，然后將干燥 的聚乳酸粒料，及稱好的環(huán)氧樹脂，抗氧劑，熱穩(wěn)定劑，固化劑混合均勻后在165-195Γ下熔 融擠出，將擠出物牽引至切粒機中切粒，鼓風干燥箱烘干，在注塑機上注塑成標準樣條，注 塑溫度165-195Γ，將樣條在90°C的條件下烘10h，用所得到的樣條進行測試，力學性能、熱 性能和吸水性數(shù)據(jù)如表1所示。
[0028] 實施例4:
[0029]取聚乳酸95份，5份聚酰亞胺酸，0.4份環(huán)氧樹脂，0.5份抗氧劑，0.5份熱穩(wěn)定劑， 0.5份固化劑。按所示的重量分數(shù)稱取;將稱好的聚乳酸在40°C的條件下烘4h，然后將干燥 的聚乳酸粒料，及稱好的環(huán)氧樹脂，抗氧劑，熱穩(wěn)定劑，固化劑混合均勻后在165-195Γ下熔 融擠出，將擠出物牽引至切粒機中切粒，鼓風干燥箱烘干，在注塑機上注塑成標準樣條，注 塑溫度165-195Γ，將樣條在90°C的條件下烘10h，用所得到的樣條進行測試，力學性能、熱 性能和吸水性如表1所示。
[0030] 實施例5:
[0031]取聚乳酸93份，7份聚酰亞胺酸，0.4份環(huán)氧樹脂，0.5份抗氧劑，0.5份熱穩(wěn)定劑， 0.5份固化劑。按所示的重量分數(shù)稱取;將稱好的聚乳酸在40°C的條件下烘4h，然后將干燥 的聚乳酸粒料，及稱好的環(huán)氧樹脂，抗氧劑，熱穩(wěn)定劑，固化劑混合均勻后在165-195Γ下熔 融擠出，將擠出物牽引至切粒機中切粒，鼓風干燥箱烘干，在注塑機上注塑成標準樣條，注 塑溫度165-195Γ，將樣條在90°C的條件下烘10h，用所得到的樣條進行測試，力學性能、熱 性能和吸水性如表1所示。
[0032] 實施例6:
[0033]取聚乳酸91份，9份聚酰亞胺酸，0.4份環(huán)氧樹脂，0.5份抗氧劑，0.5份熱穩(wěn)定劑， 0.5份固化劑。按所示的重量分數(shù)稱取;將稱好的聚乳酸在40°C的條件下烘4h，然后將干燥 的聚乳酸粒料，及稱好的環(huán)氧樹脂，抗氧劑，熱穩(wěn)定劑，固化劑混合均勻后在165-195Γ下熔 融擠出，將擠出物牽引至切粒機中切粒，在鼓風干燥箱烘干后，在注塑機上注塑成標準樣 條，注塑溫度165-195Γ，將樣條在90°C的條件下烘10h，用所得到的樣條進行測試，力學性 能、熱性能和吸水性數(shù)據(jù)如表1所示。
[0034] 實施例7:
[0035]取聚乳酸89份，11份聚酰亞胺酸，0.4份環(huán)氧樹脂，0.5份抗氧劑，0.5份熱穩(wěn)定劑， 0.5份固化劑。按所示的重量分數(shù)稱取;將稱好的聚乳酸在40°C的條件下烘4h，然后將干燥 的聚乳酸粒料，及稱好的環(huán)氧樹脂，抗氧劑，熱穩(wěn)定劑，固化劑混合均勻后在165-195Γ下熔 融擠出，將擠出物牽引至切粒機中切粒，在鼓風干燥箱烘干后，在注塑機上注塑成標準樣 條，注塑溫度165-195Γ，將樣條在90°C的條件下烘10h，用所得到的樣條進行測試，力學性 能、熱性能和吸水性數(shù)據(jù)如表1所示。
[0036]上述的實施例中，聚乳酸所用的牌號為4032D，環(huán)氧樹脂所用的牌號為E51，熱穩(wěn)定 劑所用的為三(壬基酚基)亞磷酸酯，固化劑所用的牌號為T31。
【主權項】
1. 一種高性能可降解聚乳酸復合材料，其特征在于：由聚乳酸、聚酰亞胺酸、環(huán)氧樹脂、 固化劑、抗氧劑和熱穩(wěn)定劑組成;按質量份計算，包括89-100份的聚乳酸，O . 5-11份聚酰亞 胺酸，0-0.5份環(huán)氧樹脂，0-0.5份抗氧劑，0-0.5份熱穩(wěn)定劑，0-0.5份固化劑。2. 根據(jù)權利要求1所述的高性能可降解聚乳酸復合材料，其特征在于：按質量份計算， 包括91份的聚乳酸，9份聚酰亞胺酸，0.4份環(huán)氧樹脂，0.5份抗氧劑，0.5份熱穩(wěn)定劑，0.5份 固化劑。3. 根據(jù)權利要求1所述的高性能可降解聚乳酸復合材料，其特征在于:所用的聚乳酸為 半結晶性聚左旋乳酸或聚右旋乳酸。4. 根據(jù)權利要求1所述的高性能可降解聚乳酸復合材料，其特征在于:所述環(huán)氧樹脂為 環(huán)氧樹脂E51、環(huán)氧樹脂E44或環(huán)氧樹脂E55中的一種或幾種的組合。5. 根據(jù)權利要求1所述的高性能可降解聚乳酸復合材料，其特征在于:所述抗氧劑為抗 氧劑-1010、抗氧劑-1076或抗氧劑-1098中的一種或幾種組合。6. 根據(jù)權利要求1所述的高性能可降解聚乳酸復合材料，其特征在于:所述熱穩(wěn)定劑為 三(壬基酚基)亞磷酸酯或環(huán)氧大豆油。7. 根據(jù)權利要求1所述的高性能可降解聚乳酸復合材料，其特征在于:所述固化劑為乙 二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺、鄰苯二甲酸酐或馬來酸酐中的一種 或幾種組合。8. -種制備權利要求1所述的高性能可降解聚乳酸復合材料的方法，其特征在于:其制 備工藝包括如下步驟:取所述質量份的聚乳酸在40°C的條件下干燥4h，然后將干燥后的聚 乳酸與所述質量份的聚酰亞胺酸、環(huán)氧樹脂、抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、固化劑在高速混合機中混 合均勻，將混合物在擠出機上熔融擠出，將擠出物牽引至切粒機中切粒，將所得的粒料在80 °C的條件下干燥4h，利用注塑機注塑成型為標準樣條，然后在樣條在90°C的條件下烘10h， 使環(huán)氧樹脂完全固化。9. 根據(jù)權利要求8所述的高性能可降解聚乳酸復合材料的制備方法，其特征在于:所述 熔融擠出溫度和注塑成型溫度均為165-195Γ。
【文檔編號】C08K5/526GK105949732SQ201610300048
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】魯圣軍, 胡孝迎, 王彩紅, 何敏, 王君
【申請人】貴州大學