一種聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料及其制備方法，屬于高分子材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，傳統(tǒng)高分子材料的使用會產(chǎn)生大量無法自然分解的廢棄物，這些廢棄物回收后的處理方法分為高溫焚燒、填埋和回收利用三種。廢棄物焚燒處理會釋放出大量有害氣體，產(chǎn)生二次污染。填埋需大量占用可耕地面積，會加劇土地資源的匱乏危機，同時，將大量廢棄物置于地下，斷絕了與陽光和空氣的接觸，降解更困難；回收利用對一次性制品，如包裝袋、地膜等，無論是從經(jīng)濟或?qū)嵺`上講都很困難。因此，綠色生態(tài)聚合物因其生物可降解的特性已逐漸成為傳統(tǒng)高分子材料的替代品，越來越受到人們的青睞和重視。
[0003]聚乳酸(PLA)和聚己內(nèi)酯(PCL)都是非常好的生物降解脂肪族聚酯材料，具有良好的生物相容性、可吸收性和生物可降解性，并且材料質(zhì)體透明，使其在醫(yī)療衛(wèi)生和環(huán)保材料等方面引起了人們極大的關(guān)注。
[0004]但PLA和PCL兩相間界面粘合力不好，易產(chǎn)生宏觀相分離，導(dǎo)致材料性能變差影響材料的結(jié)構(gòu)與性能。因此，為了獲得優(yōu)良性能的材料，對PLA和PCL相容性的改善顯得尤為重要。
[0005]申請?zhí)枮?00910066621.9的中國專利申請文獻公開了一種高韌性高熱穩(wěn)定性聚乳酸材料及其制備方法。該高韌性高熱穩(wěn)定性聚乳酸材料成分包括聚乳酸、增韌劑(TPU或PBS)、增容劑(苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸縮水甘油酯的三元無規(guī)共聚物)、擴鏈劑以及抗氧劑；該高韌性高熱穩(wěn)定性聚乳酸材料及其制備方法解決了聚乳酸熱穩(wěn)定性差，加工溫度低及其脆性。
[0006]申請?zhí)枮?01310353839.9的中國專利申請文獻公開了一種聚乳酸復(fù)合物的制備方法。該復(fù)合物的成分包括丙交酯單體、不飽和單體和催化劑組合物；得到交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚乳酸復(fù)合物，能夠有效提高聚合物改性物的力學(xué)性能，改善了聚乳酸復(fù)合物的熱穩(wěn)定性。
[0007]申請?zhí)枮?01410647194.4的中國專利申請文獻提供一種透明抗撕裂聚乳酸生物降解薄膜及其制備方法。該生物降解薄膜的成分包括聚乳酸、增韌劑、增塑劑、潤滑劑、開口劑的混合物；提供的聚乳酸薄膜的拉伸斷裂伸長率和抗撕裂強度明顯提高，并保持了聚乳酸的透明性，解決了聚乳酸薄膜脆性缺陷，明顯改善材料的流變行為，拉伸斷裂伸長率達48%，直角撕裂強度達127KN/m。
[0008]申請?zhí)枮?01410650468.5的中國專利申請文獻涉及到一種強韌型聚乳酸復(fù)合纖維的制備方法，該復(fù)合纖維的成分包括:聚乳酸、羥基化多壁碳納米管、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、丙交酯、二氯甲烷、辛酸亞錫、無水乙醇、丙酮、去離子水；制備的強韌型聚乳酸復(fù)合纖維斷裂強度達4.98cN/dteX，斷裂伸長率達37.3%，斷裂強度提高32%,斷裂伸長率提高22%，擴大了聚乳酸纖維的應(yīng)用范圍。
[0009]申請?zhí)枮?01410663342.1的中國專利申請文獻公開了一種生物可降解增韌耐熱型聚乳酸改性樹脂及其制備方法，該改性樹脂的成分包括:聚乳酸，熱塑性淀粉，可完全生物降解植物纖維，潤滑劑、偶聯(lián)劑和抗氧劑；由這些材料制的的制品兼具較好的耐熱性及沖擊性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料，其聚乳酸和聚己內(nèi)酯之間具有良好的相容性。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:本發(fā)明聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料的組分按質(zhì)量份計，包括70-90份聚乳酸、10-30份聚己內(nèi)酯和0.1-1.6份的增容劑，所述增容劑為乳酸單體和己內(nèi)酯單體的共聚物。
[0012]本發(fā)明聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料的制備方法包括:按質(zhì)量份計，將干燥后的聚乳酸70?90份和聚己內(nèi)酯10?30份與增容劑0.1?1.6份完全溶解于溶劑中，所述增容劑為乳酸單體和己內(nèi)酯單體的共聚物；溶劑完全揮發(fā)后制得所述聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料。
[0013]進一步地，本發(fā)明所述增容劑的粘均分子量為25000?65000g/mol。
[0014]進一步地，本發(fā)明所述增容劑的粘均分子量為33000?63000g/mol。
[0015]進一步地，本發(fā)明所述乳酸單體為外消旋乳酸單體。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用具有生物可降解性的聚乳酸為基體材料，加入聚己內(nèi)酯作為增韌劑以提高聚乳酸的韌性；進一步加入乳酸單體和己內(nèi)酯單體的共聚物作為增容劑。根據(jù)相似相容原理，共聚物中的PLA高分子鏈段和PCL高分子鏈段能夠很好地穿插到基體材料PLA和增韌劑PCL中，由此提高基體材料與增韌劑之間的相容性，使基體材料聚乳酸和增韌劑聚己內(nèi)酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度相互靠近；此外，與聚乳酸、聚己內(nèi)酯一樣具有生物可降解性的乳酸單體和己內(nèi)酯單體的共聚物的加入還確保了復(fù)合材料的可降解性，從而既保持了復(fù)合材料的生物可降解性，又能夠改善基體材料聚乳酸與增韌劑聚己內(nèi)酯之間的相容性，進而解決因聚乳酸和聚己內(nèi)酯兩相不相容而導(dǎo)致的聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料的易脆問題，無需使用其他試劑就能夠改善聚乳酸材料的韌性，提高聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料的斷裂伸長率。本發(fā)明制備聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料時所用的原材料種類少，其原料來源可僅涉及乳酸和己內(nèi)酯，成本低廉，所需設(shè)備要求低，操作簡單，簡單易行，使用效果好。本發(fā)明聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料中的基體材料聚乳酸和增韌劑聚己內(nèi)酯之間具有良好的相容性，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，可替代PE、PVC等，市場前景廣闊。本發(fā)明制備方法可大量減少對石油的依賴，解決白色污染，推動新型環(huán)保材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有重大的經(jīng)濟和社會意義。
【附圖說明】
[0017]圖1為實施例1-9所制備得到的聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料的DMA圖，曲線1_9分別對應(yīng)表示實施例1-9的復(fù)合材料的存儲模量隨溫度的變化。
[0018]圖2為實施例1-9所制備得到的聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料的力學(xué)性能圖，曲線1-9分別對應(yīng)表示實施例1-9的復(fù)合材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料及其制備方法做進一步詳細的描述。
[0020]以下實施例中，聚乳酸是由美國NatureWorks公司生產(chǎn)；聚己內(nèi)酯是由瑞典CAPA公司生產(chǎn)；相容劑為乳酸單體和己內(nèi)酯單體的共聚物，由乳酸單體和己內(nèi)酯單體通過開環(huán)聚合制得。聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料的熱行為采用美國TA Q800型DMA熱機械分析儀進行測試；復(fù)合材料的力學(xué)性能按GB/T 1010.3-2006標準進行測試。
[0021]實施例1:
在本實施例中，制備聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料的各原料的配比關(guān)系為:按質(zhì)量份計，聚乳酸90份，聚己內(nèi)酯10份；左消旋乳酸單體和己內(nèi)酯單體的共聚物0.1份，該共聚物的粘均分子量為3.3 xlO4 g/molo
[0022]將原料聚乳酸和聚己內(nèi)酯置于電熱鼓風(fēng)式干燥烘箱中，在90°C下干燥12h，然后稱取左消旋乳酸單體和己內(nèi)酯單體的共聚物0.01 g、以及干燥后的聚乳酸9 g和聚己內(nèi)酯1 g放到200ml的燒瓶中，再倒入99.5%的二氯甲烷溶液作為溶劑，置于600r/min的磁力攪拌器上于25°C下攪拌3h至各原料完全溶解，然后澆到聚四氟乙烯培養(yǎng)皿中，在25°C下溶劑揮發(fā)，16h后揭下薄膜，制得聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料薄膜。該復(fù)合材料薄膜的厚度控制在0.12mm，測得該復(fù)合材料薄膜的斷裂伸長率為6.69%。
[0023]實施例2:
在本實施例中，制備聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料的各原料的配比關(guān)系為:按質(zhì)量份計，聚乳酸80份，聚己內(nèi)酯20份；右消旋乳酸單體和己內(nèi)酯單體的共聚物0.1份，該共聚物的粘均分子量為3.3 xlO4 g/molo
[0024]將原料聚乳酸和聚己內(nèi)酯置于電熱鼓風(fēng)式干燥烘箱中，在90°C下干燥12h，然后稱取右消旋乳酸單體和己內(nèi)酯單體的共聚物0.01 g、以及干燥后的聚乳酸8 g和聚己內(nèi)酯2g放到200ml的燒瓶中，再倒入99.5%的二氯甲烷溶液作為溶劑，置于600r/min的磁力攪拌器上于25°C下攪拌3h至各原料完全溶解，然后澆到聚四氟乙烯培養(yǎng)皿中，在25°C下溶劑揮發(fā)，16h后揭下薄膜，制得聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料薄膜。該復(fù)合材料薄膜的厚度控制在0.12mm，測得該復(fù)合材料薄膜的斷裂伸長率為8.63%。
[0025]實施例3:
在本實施例中，制備聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料的各原料的配比關(guān)系為:按質(zhì)量份計，聚乳酸70份，聚己內(nèi)酯30份；外消旋乳酸單體和己內(nèi)酯單體共聚物0.1份，該共聚物的粘均分子量為3.3 xlO4 g/mo 1 ο
[0026]將原料聚乳酸、聚己內(nèi)酯置于電熱鼓風(fēng)式干燥烘箱中，在90°C下干燥12h，然后稱取外消旋乳酸單體和己內(nèi)酯單體的共聚物0.01 g、以及干燥后的聚乳酸7 g和聚己內(nèi)酯3g放到200ml的燒瓶中，再倒入99.5%的二氯甲烷溶液作為溶劑，置于600r/min的磁力攪拌器上于25°C下攪拌3h至各原料完全溶解，然后澆到聚四氟乙烯培養(yǎng)皿中，于25°C下溶劑揮發(fā)，16h后揭下薄膜，制得聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料薄膜。該復(fù)合材料薄膜的厚度控制在0.12mm，測得該復(fù)合材料薄膜的斷裂伸長率為10.56%。
[0027]實施例4:
在本實施例中，制備聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料的各原料的配比關(guān)系為:按質(zhì)量份計，聚乳酸70份，聚己內(nèi)酯30份；外消旋乳酸單體和己內(nèi)酯單體共聚物0.1份，該共聚物的粘均分子量為4.8 xlO4 g/mo 1 ο
[0028]將原料聚乳酸和聚己內(nèi)酯置于電熱鼓風(fēng)式干燥烘箱中，在90°C下干燥12h，然后稱取外消旋乳酸單體和己內(nèi)酯單體的共聚物0.01 g、以及干燥后的聚乳酸7g和聚己內(nèi)酯3 g放到200ml的燒瓶中，再倒入99.5%的二氯甲烷溶液作為溶劑，置于600r/min的磁力攪拌器上于25°C下攪拌3h至各原料完全溶解，然后澆到聚四氟乙烯培養(yǎng)皿中，于25°C下溶劑揮發(fā)，16h后揭下薄膜，制得聚乳酸/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料薄膜。該復(fù)合材料薄膜的厚度控制在0.12mm，測得該復(fù)合材料薄膜的斷裂伸長率為11.20%。
[0029]實施例5