一種聚乳酸/聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子材料領(lǐng)域，更進(jìn)一步說，是涉及一種聚乳酸/聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚乳酸(PLA)是一種具有較好的力學(xué)性能、加工性能和生物相容性的高分子材料，其合成原料來源于天然的可再生資源一淀粉發(fā)酵，擺脫了對不可再生石油資源的依賴，被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的綠色無污染塑料。聚乳酸在薄膜、容器、紡織、包裝材料等通用材料領(lǐng)域以及生物醫(yī)學(xué)工程方面如藥物緩釋材料、骨手術(shù)材料等領(lǐng)域都具有良好的應(yīng)用前景。但聚乳酸材料本身屬于絕緣材料，并存在脆性大、抗沖擊性能差、耐熱變形溫度低和高氣體滲透性等問題，這在一定程度上影響了聚乳酸的廣泛應(yīng)用。因此，為了擴(kuò)大聚乳酸的使用范圍，可采用添加聚烯烴、共混摻雜導(dǎo)電填料等方法對其進(jìn)行增韌改性并賦予其導(dǎo)電的性能，改善其使用性能。
[0003]聚乙烯是一種應(yīng)用廣泛的熱塑性材料，主要包括低密度聚乙烯、線型低密度聚乙烯、高密度聚乙烯等。聚乙烯具有高韌性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和具有快速結(jié)晶能力。將聚乙烯作為分散相加入聚乳酸能夠改善其韌性，并且其加工性能也能得以保持或提高，有助于獲得綜合性能優(yōu)良的復(fù)合材料。但作為非極性材料的聚乙烯與極性聚乳酸相容性較差，在聚乳酸基體中不易分散均勻。因此，相容性問題是聚乳酸/聚乙烯共混體系中的關(guān)鍵問題。中國專利申請CN101402786B公開了一種增韌聚乙烯-聚乳酸組合物的制備方法，在共混體系中加入了一種共聚物抗沖改性劑提高兩相相容性。中國專利申請CN102321354A則公開了以乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯中的一種或一種以上組合作為相容劑的聚乳酸/聚乙烯復(fù)合材料體系。一般來說，合成相容劑的工藝繁瑣且條件控制較難，因此采用更為簡單的方法提高聚乳酸/聚乙烯兩相體系相容性更具有實(shí)用價值。有研究報道，一些經(jīng)過表面修飾的納米粒子在不相容的高分子共混體系可以起到增容的作用，同時還能夠發(fā)揮自身的納米增強(qiáng)效應(yīng)提高共混體系的力學(xué)強(qiáng)度。碳納米管是所謂的“分子纖維”，具有納米級的結(jié)構(gòu)和較大的長徑比，以及超強(qiáng)的力學(xué)性能、電學(xué)性能、高溫抗氧化性、熱學(xué)穩(wěn)定性、光學(xué)性能、磁學(xué)和電磁性質(zhì)、化學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)等等。將碳納米管引入聚乳酸/聚乙烯體系，是改善體系中相容性問題的一個可能途徑。中國專利申請CN101613521A公開了將聚己內(nèi)酯、聚乳酸和碳納米管三相共混制備生物可降解高分子導(dǎo)電合金材料的制備方法。中國專利申請CN101413154A提供了一種CNTs/PP/PLA復(fù)合纖維的制備方法，該方法生產(chǎn)的復(fù)合纖維可紡性好，成纖強(qiáng)度高，并具有可控導(dǎo)電、導(dǎo)熱、抗靜電和生物降解的特性。但是，在制備含有碳納米管的共混復(fù)合材料時所面臨的問題之一就是碳納米管的嚴(yán)重團(tuán)聚，由于碳納米管有巨大的表面能使得管與管之間有較強(qiáng)的吸附作用，大大降低了碳納米管增強(qiáng)材料性能的表現(xiàn)。而太復(fù)雜的改性過程往往又意味著生產(chǎn)效率的降低和成本的增加。而目前能夠進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的聚乳酸/聚乙烯復(fù)合材料并未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種聚乳酸/聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合材料及制備方法。本發(fā)明的方法通過碳納米管和聚乙烯的加入提高聚乳酸材料的綜合性能，在對復(fù)合材料體系進(jìn)行增容增強(qiáng)的同時賦予復(fù)合材料抗靜電和導(dǎo)電的性能。本發(fā)明的方法將聚乙烯作為分散相加入聚乳酸，以經(jīng)過表面活性劑改性得到的改性碳納米管導(dǎo)電粉末作為相容劑和導(dǎo)電填料，將聚乳酸、聚乙烯與改性碳納米管導(dǎo)電粉末三者進(jìn)行熔融共混，制備得到聚乳酸/聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合材料。所得到的復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能和加工性而且電性能顯著提高。
[0005]本發(fā)明目的之一是提供一種聚乳酸/聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合材料，包含有共混的以下組分:聚乳酸、聚乙烯、改性碳納米管導(dǎo)電粉末；
[0006]其中，以聚乳酸和聚乙烯總重為100重量份數(shù)計，所述改性碳納米管導(dǎo)電粉末為0.5?10份，優(yōu)選1?5份。其中，所述聚乳酸和聚乙烯的重量比范圍為(90?50): (10?50)，優(yōu)選為(70 ?50): (30 ?50)；
[0007]所述聚乳酸為現(xiàn)有技術(shù)中已有的各種聚乳酸樹脂，具體可為重均分子量100, 000?250,000的聚乳酸樹脂，可選自左旋聚乳酸、右旋聚乳酸中的至少一種，其中優(yōu)選左旋聚乳酸的熔融溫度為150?170°C，分子量10萬?25萬，熔融指數(shù)2?30g/min，光學(xué)純度>98%;優(yōu)選所述右旋聚乳酸的熔融溫度為200?210°C，分子量10萬?25萬，熔融指數(shù)10?20g/min，光學(xué)純度>98%。
[0008]所述聚乙烯選自現(xiàn)有技術(shù)中已有的各種聚乙烯樹脂，主要包括低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯和高密度聚乙烯中的一種。所述聚乙烯的熔融指數(shù)可為0.02?lg/10min，優(yōu)選 0.04 ?0.92g/10min。
[0009]優(yōu)選地，所述聚乳酸/聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合材料還可包含抗氧化劑；所述抗氧化劑可選自現(xiàn)有技術(shù)中塑料加工常用的抗氧化劑，優(yōu)選四季戊四醇酯、四[甲基-β - (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯、三(2，4- 二叔丁基)亞磷酸苯酯、β -(3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯、1，3三(2-甲基-4-羥基-5-叔丁基苯基)丁烷、烷基化多酚中的至少一種；抗氧化劑的用量也為通常用量，優(yōu)選以所述聚乳酸和聚乙烯總重量份數(shù)為100重量份計，其用量為0.03?0.1重量份，優(yōu)選為0.03?0.05重量份。
[0010]所述改性碳納米管導(dǎo)電粉末是指外壁附有修飾層的碳納米管，所述修飾層為表面活性劑；其中所述修飾層(即表面活性劑)的重量占改性碳納米管導(dǎo)電粉末總重量的8 %?40 %，優(yōu)選10 %?30 %，更優(yōu)選10?20 %。所述修飾層重量百分比通過熱失重分析結(jié)果計算得出。
[0011]其中所述改性碳納米管導(dǎo)電粉末中碳納米管外壁修飾層厚度一般為2?10nm，優(yōu)選2?5nm。所述修飾層厚度由通過掃描電鏡測得的改性前后碳納米管平均直徑相減得出，屬于估算平均值。
[0012]所述碳納米管為現(xiàn)有技術(shù)中已有的各種碳納米管，可選自單壁、雙壁或多壁碳納米管中的至少一種，其長徑比不限。
[0013]所述修飾層的表面活性劑可選自聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉、十六烷基磺酸鈉、十六烷基硫酸鈉、辛基酚聚氧乙烯醚、十六烷基三甲基溴化銨、聚乙烯吡咯烷酮、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚乙二醇酯、聚乙二醇中的至少一種；其中，優(yōu)選十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨。
[0014]所述改性碳納米管導(dǎo)電粉末可由包括以下步驟的制備方法制得:
[0015]將所述碳納米管和所述表面活性劑加入水中攪拌均勻(可以先將碳納米管加入水中磁力攪拌約5?lOmin,再向其中加入表面活性劑后繼續(xù)攪拌約10?30min);將得到的混合液超聲均化處理，得到碳納米管分散液；再將得到的所述碳納米管分散液進(jìn)行離心、洗滌和干燥處理，得到所述改性碳納米管導(dǎo)電粉末。其中，所述碳納米管和表面活性劑的重量比為1: (0.2?5)，優(yōu)選為1: (1?3)。
[0016]本發(fā)明的碳納米管/聚乳酸導(dǎo)電復(fù)合材料中，還可以根據(jù)實(shí)際需要添加其他的本領(lǐng)域常用的助劑，如:相容劑、成核劑、阻燃劑、紫外線吸收劑等，其用量也為通常用量。
[0017]本發(fā)明的目的之二是提供一種聚乳酸/聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法。所述制備方法包括:
[0018]將包含所述聚乳酸、所述聚乙烯和所述改性碳納米管導(dǎo)電粉末在內(nèi)的各組分按所述重量份數(shù)混合均勻后熔融共混造粒，制得所述聚乳酸/聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合材料。
[0019]具體可為將所述各組分加入混合機(jī)混合均勻，將所得混合物加入螺桿擠出機(jī)中擠出造粒，即制得所述聚乳酸/聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合材料。
[0020]其中，所述熔融共混的溫度為通常的聚乳酸熔融加工溫度。
[0021]具體地，擠出時機(jī)筒溫度可為160?230°C，螺桿轉(zhuǎn)速可為10?lOOrpm。
[0022]其中，所述改性碳納米管導(dǎo)電粉末的制備方法包括如下步驟:
[0023]將所述碳納米管和表面活性劑加入水中攪拌均勻，將得到的混合液超聲均化處理(時間可為0.5?6小時后)，得到碳納米管分散液；再將得到的所述碳納米管分散液進(jìn)行離心、洗滌和干燥處理，得到所述改性碳納米管導(dǎo)電粉末。
[0024]其中所述表面活性劑與碳納米管的重量比為0.2:1?5:1,優(yōu)選為1:1?3:1。
[0025]具體地，所述攪拌可包括:將所述碳納米管加入水溶液中磁力攪拌5?lOmin，再向其中加入所述表面活性劑后繼續(xù)攪拌10?30min ；
[0026]所述離心處理的轉(zhuǎn)速可為4000?10000r/min,時間可為5?60min ；
[0027]所述洗滌處理為:將離心后倒去上清液得到的沉淀用去離子水清洗3?5次；
[0028]所述干燥處理的溫度為60?80°C,干燥時間可為8?24h。
[0029]其中，所述碳納米管和表面活性劑的重量比為1: (0.2?5)，優(yōu)選為1: (1?3)。
[0030]所述碳納米管的改性過程中所用攪拌設(shè)備可以為本領(lǐng)域通用的恒溫定時磁力攪拌設(shè)備。超聲處理所用設(shè)備可以為本領(lǐng)域通用的探頭式超聲設(shè)備或振蕩式超聲設(shè)備。
[