一种高韧聚乳酸基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高韧聚乳酸基复合材料的制备方法，其步骤是：将聚乳酸和碳纳米管按100:5‑20的质量比，通过双螺杆挤出机制得聚乳酸/碳纳米管复合材料，烘干后作为母料；挤出温度为160‑220℃，转速为100‑250rpm。将母料与聚乳酸、乙烯‑醋酸乙烯共聚物、过氧化二异丙苯按1‑50:15‑94:5‑35:0.1‑1的质量比，通过双螺杆挤出机在温度为160‑220℃，转速为100‑250rpm的条件下挤出，即得。该方法制得的聚乳酸基复合材料缺口冲击强度高，拉伸强度较好，属于高韧聚乳酸基复合材料。

A kind of high toughness polylactic acid composite material and preparation method thereof

The invention discloses a method for preparing high toughness polylactic acid composite material, which comprises the steps of: the polylactic acid and carbon nanotubes by 100:5 20 mass ratio by twin-screw extruder to polylactic acid / carbon nanotube composite material, after drying as masterbatch; extrusion temperature is 160 DEG C for 220, speed 100 250rpm. Masterbatch and polylactic acid, ethylene vinyl acetate copolymer, peroxide two cumene by 1 50:15 94:5 35:0.1 1 mass ratio by twin screw extruder at the temperature of 160 DEG C 220, speed of 100 250rpm under the conditions of extrusion, i.e.. Polylactic acid composite the notched impact strength of the prepared high tensile strength, good toughness, which belongs to the polylactide composites.

【技术实现步骤摘要】
一种高韧聚乳酸基复合材料的制备方法
本专利技术属于高韧高分子材料制备

技术介绍
聚乳酸是一种脂肪族聚合物，原料来源充分，生产过程无污染，是一种高强度、高模量、可降解的环境友好材料。聚乳酸的生物相容性和生物可降解性较好，在生物医药领域有广泛的应用，例如外科缝合线、药物缓释载体等。聚乳酸还有较好的透气性和透明性，因此在农业、包装等领域也有大规模商业化的应用前景。但聚乳酸具有高度的脆性，缺口冲击强度比较低，限制了在工业生产中的应用，所以聚乳酸增韧改性是广为关注的热点。目前聚乳酸增韧改性主要采用化学共聚和物理共混两种方法。前者通过无规、嵌段、接枝或者交联等方法达到改性目的，但通常过程复杂，成本较高，因此较少应用在实际生产中。后者包括以聚乳酸为基体，加入增塑剂、弹性体、韧性高聚物、无机填料等，由于方法简单易行，成本较低，所以应用较为广泛。对于增塑剂、弹性体和韧性高聚物来说，将它们引入聚乳酸，虽然韧性有所提高，但复合材料的强度和硬度会大大降低，而对于蒙脱土、炭黑、碳纳米管等无机填料来说，它们的虽然加入可以改善复合材料的机械性能、热性能以及电学性能等，但填料的分散状态，以及与基体之间的相容性影响较大，同时对韧性的提高程度有限。近年来，人们期望通过多种手段的结合来协同增韧聚乳酸，例如将纳米碳酸钙和热塑性聚氨酯加入聚乳酸中，制备了聚乳酸基复合材料，结果表明纳米碳酸钙和热塑性聚氨酯能起到协同增韧的作用，缺口冲击强度从纯聚乳酸的7kJ/m2左右最高增加到约41kJ/m2，但拉伸强度从纯聚乳酸的约70MPa降低到约30Mpa(王哲，纳米碳酸钙/TPU协同增韧PLA的形态及结晶性能研究，塑料工业，44卷3期，2016年)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高韧聚乳酸基复合材料的制备方法，该方法制得的聚乳酸基纳米复合材料冲击强度高，且拉伸强度较好。本专利技术实现其专利技术目的所采用的技术方案是，一种高韧聚乳酸基复合材料的制备方法，其步骤是：将聚乳酸和碳纳米管按100:5-20的质量比，通过双螺杆挤出机制得聚乳酸/碳纳米管复合材料，烘干后作为母料；挤出时的挤出温度为160-220℃，转速为100-250rpm；将母料与聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、过氧化二异丙苯按1-50:15-94:5-35:0.1-1的质量比，通过双螺杆挤出机在温度为160-220℃，转速为100-250rpm的条件下挤出，即得。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：一、在第二次挤出过程中加入反应型增容剂——过氧化二异丙苯，可以起到动态交联作用，促使聚乳酸和乙烯-醋酸乙烯共聚物两相内部以及两相界面发生化学交联反应。过氧化二异丙苯一方面可以起到增容作用，使得乙烯-醋酸乙烯共聚物分散相的粒径进一步减小，基体韧带层厚度降低，由Wu’s理论可知，基体韧带层厚度的减小有利于提高材料的冲击韧性。另一方面，过氧化二异丙苯能够在材料内部构筑三维化学网络结构，提高两相间的相互作用，从而进一步提高材料的冲击强度。二、碳纳米管长径比很大，柔顺性和运动能力很好，经过母料法两次挤出共混，可以分散在共混物中聚乳酸和乙烯-醋酸乙烯共聚物的两相界面上，并且相互搭接构筑成三维物理网络结构，增加两相间的相互作用力，促进应力在材料内部的传递，从而提高材料的冲击强度。三、通过同时引入化学网络结构和物理网络结构，在材料内部产生应力逾渗通道，促进基体发生剪切屈服，在对聚乳酸基体起到协同增韧的同时，还保持了良好的拉伸强度。实验证明，本专利技术制得的聚乳酸基复合材料，其冲击强度比纯聚乳酸提高了15倍多，比聚乳酸/乙烯-醋酸乙烯共聚物(80/20)共混物提高了6倍多，是一种高韧聚乳酸基复合材料。进一步，本专利技术使用的碳纳米管是直径为5-200nm，长度为100nm-50μm的单壁碳纳米管或者多壁碳纳米管，进一步，本专利技术使用的乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯嵌段含量为40-80wt％。下面通过和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。附图说明图1是本专利技术实施例一制得的高韧聚乳酸基复合材料的微观形貌照片。具体实施方式实施例一：将聚乳酸和碳纳米管按100:10的质量比，通过双螺杆挤出机制得聚乳酸/碳纳米管复合材料，烘干后作为母料；挤出时的挤出温度为185℃，转速为150rpm；将母料与聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、过氧化二异丙苯按20:60:20:0.4的质量比，通过双螺杆挤出机在温度为190℃、转速为120rpm的条件下挤出，即得。本例使用的碳纳米管是多壁碳纳米管，其直径为10nm，长度为10μm；乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯嵌段的含量为50wt％。测试表明，本例制得的材料，其缺口冲击强度能达到54.7MPa，拉伸强度为41.1MPa，属于冲击强度高，且拉伸强度较好的高韧聚乳酸基复合材料。图1是本例制得的高韧聚乳酸基复合材料的微观形貌照片的微观形貌照片。图中可清楚地观察到材料为海岛结构；乙烯-醋酸乙烯共聚物为分散相，乙烯-醋酸乙烯共聚物粒子尺寸和基体韧带层厚度小，碳纳米管分散在两相界面，可以提高两相界面作用力。实施例二：将聚乳酸和碳纳米管按100:10的质量比，通过双螺杆挤出机制得聚乳酸/碳纳米管复合材料，烘干后作为母料；挤出温度为160℃，转速为100rpm；将母料与聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、过氧化二异丙苯按1:94:5:0.1的质量比，通过双螺杆挤出机在挤出温度为160℃、转速为100rpm的条件下挤出，即得。本例的碳纳米管是直径为200nm，长度为50μm的单壁碳纳米管，乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯嵌段含量为40wt％。实施例三：将聚乳酸和碳纳米管按100:20的质量比，通过双螺杆挤出机制得聚乳酸/碳纳米管复合材料，烘干后作为母料；挤出时的挤出温度为220℃，转速为250rpm；将母料与聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、过氧化二异丙苯按25:40:35:1的质量比，通过双螺杆挤出机在挤出温度为220℃，转速为250rpm的条件下挤出，即得。本例的碳纳米管是直径为100nm，长度为30μm的单壁碳纳米管，乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯嵌段含量为80％wt。实施例四：将聚乳酸和碳纳米管按100:5的质量比，通过双螺杆挤出机制得聚乳酸/碳纳米管复合材料，烘干后作为母料；挤出时的挤出温度为200℃，转速为200rpm；将母料与聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、过氧化二异丙苯按50:15:35:0.5的质量比，通过双螺杆挤出机在挤出温度为200℃、转速为200rpm的条件下，挤出即得。本例的碳纳米管是直径为50nm，长度为10μm的多壁碳纳米管，乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯嵌段含量为60wt％。实施例五：将聚乳酸和碳纳米管按100:15的质量比，通过双螺杆挤出机制得聚乳酸/碳纳米管复合材料，烘干后作为母料；挤出时的挤出温度为180℃，转速为150rpm；将母料与聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、过氧化二异丙苯按10:75:15:0.8的质量比，通过双螺杆挤出机在挤出温度为180℃，转速为150rpm的条件下挤出，即得。本例的碳纳米管是直径为5nm，长度为100nm的多壁碳纳米管，乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯嵌段含量为50wt％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高韧聚乳酸基复合材料的制备方法，其步骤是：将聚乳酸和碳纳米管按100:5‑20的质量比，通过双螺杆挤出机制得聚乳酸/碳纳米管复合材料，烘干后作为母料；挤出时的挤出温度为160‑220℃，转速为100‑250rpm；将母料与聚乳酸、乙烯‑醋酸乙烯共聚物、过氧化二异丙苯按1‑50:15‑94:5‑35:0.1‑1的质量比，通过双螺杆挤出机在温度为160‑220℃，转速为100‑250rpm的条件下挤出，即得。

【技术特征摘要】
1.一种高韧聚乳酸基复合材料的制备方法，其步骤是：将聚乳酸和碳纳米管按100:5-20的质量比，通过双螺杆挤出机制得聚乳酸/碳纳米管复合材料，烘干后作为母料；挤出时的挤出温度为160-220℃，转速为100-250rpm；将母料与聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、过氧化二异丙苯按1-50:15-94:5-35:0.1-1的质量比，通过双螺杆挤出机在温度为160-...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，张楠，王雄飞，杨静晖，黄婷，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51