一种微波法制备高性能聚乳酸基复合材料的方法技术

本发明专利技术属于聚合物材料领域，具体涉及一种微波法制备高性能聚乳酸基复合材料的方法。所述的制备方法包括以下步骤：a、使用改性剂对坚果壳颗粒和陶瓷质晶须进行表面改性；b、将一定重量百分比的丙交酯、改性后的坚果壳颗粒和陶瓷质晶须置于茄型瓶中，并进行超声混合均匀；c、加入一定摩尔比的催化剂，并搅拌均匀；d、将均匀搅拌后的混合物，置于微波炉中，在一定微波功率条件下保温一定时间得到具有较高性能的聚乳酸基复合材料。本方法采用坚果壳颗粒与陶瓷质晶须协同增强聚乳酸，显著提高了聚乳酸基复合材料的综合性能。利用微波加热方法制备聚乳酸复合材料，具有反应时间短、高效节能、无环境污染、降低生产成本等特点。

Preparation of high performance polylactic acid composites by microwave irradiation

The invention belongs to the field of polymer materials, in particular to a method for preparing high-performance polylactic acid composite materials by microwave method. The preparation method includes the following steps: A, using modifier to modify the surface of nut shell particles and ceramic whiskers; B, placing a certain percentage of lactide, modified nut shell particles and ceramic whiskers in a Solanic bottle and conducting ultrasonic mixing; C, a catalyst added to a certain molar ratio, The mixture was evenly stirred, and the mixture of uniform mixing was placed in a microwave oven, and a high performance poly milk acid based composite was obtained under certain microwave power conditions for a certain time under a certain microwave power. The synergistic effect of nutshell particles and ceramic whiskers on polylactic acid was significantly improved. The preparation of polylactic acid composite materials by microwave heating has the characteristics of short reaction time, high efficiency and energy saving, no environmental pollution, and low production cost.

【技术实现步骤摘要】
一种微波法制备高性能聚乳酸基复合材料的方法
本专利技术属于聚合物材料领域，具体涉及一种微波法制备高性能聚乳酸基复合材料的方法。
技术介绍
聚乳酸是一种新兴起的可降解塑料，由成本低的农作物提纯出的淀粉生产。淀粉通过微生物发酵可制得乳酸，乳酸经过化学反应聚合成PLA。其自身优异的可降解性（在自然状态下可以被生物分解，产物是CO2和H2O），既节约资源又不产生垃圾，符合环保的要求，是普遍接受的绿色材料。普通塑料使用过后大部分都是焚烧，这会产生二氧化碳，加剧温室效应，而PLA塑料处理方法则是埋进土壤里，其被微生物分解后产生的CO2在土层下被生物吸收，CO2不进入大气，不引发温室效应。PLA的物理机械性能优异，多通过吹塑、热塑等各种各样的成型方法，加工简单，适用范围广。然而，单一组分的聚乳酸难以满足人们的需要，并且单一组分的聚乳酸往往具有脆性大，耐热性差，结晶速率慢，加工成型周期长等缺点。将聚乳酸与其他材料进行复合，不仅具有聚乳酸和增强材料的特点，还能改善聚乳酸的一些缺陷。因此，聚乳酸基复合材料已经成为研究热点。坚果（杏仁、榛子、核桃、腰果、松子等）又称干果、壳果，这类果实都有坚硬的果壳包围，坚果壳具有质轻、尺寸稳定性良好、强度大和耐磨性好等特点。以坚果壳颗粒作为增强材料，可以改善材料的耐磨性和抗冲击性能等。另外，碳化硅（钛酸钾）晶须具有优良的机械性能、耐热性、耐用腐蚀性以及抗高温氧化性能，该晶须与基质材料具有良好的相容性，已成为各类高性能复合材料的主要增强、增韧剂之一。此外，微波加热是一种新型加热方法。在高分子合成领域中，传统的合成方法有明显的缺点，如耗时、耗能，但收率低、产物分子量低。一般来说微波是一种加热能，它能够高效利用，它应用在合成工艺中可以大幅度减少反应时间、降低耗能，所以成为了高分子领域里最值得研究合成方式。随着微波技术的发展，尤其是微波仪器的出现，为高分子聚合反应开辟了崭新的道路。相比与传统聚合方法，具有高效节能、无环境污染等优点。微波虽然应用于聚乳酸材料的合成并不多。但其显示出的优势和发展前景已经被大众认可，为降低聚乳酸成本、实现清洁生产的开创了一条新道路。因此，为了更好地满足聚乳酸在现代工业的应用，本专利技术拟以坚果壳颗粒（杏仁、榛子、核桃、腰果、松子等）和陶瓷质晶须（碳化硅和钛酸钾晶须）协同增强聚乳酸，另外结合快速、清洁的微波加热方法，以便制备一种低成本、高性能的聚乳酸基复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低成本、高性能聚乳酸基复合材料的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：a、使用改性剂对坚果壳颗粒和陶瓷质晶须进行表面改性；b、将一定重量百分比的丙交酯、改性后的坚果壳颗粒和陶瓷质晶须置于茄型瓶中，并进行超声混合均匀；c、加入一定摩尔比的催化剂，并搅拌均匀；d、将均匀搅拌后的混合物，置于微波炉中，在一定微波功率条件下保温一定时间得到具有较高性能的聚乳酸基复合材料。所述改性剂为硅烷、钛酸酯、铝酸酯、烷基胺中的任意一种。所述坚果壳颗粒为杏仁、榛子、核桃、腰果、松子壳颗粒中的任意一种或其混合物。所述坚果壳颗粒的平均颗粒尺寸为1微米~200微米。所述陶瓷质晶须为碳化硅晶须、钛酸钾晶须中的任意一种或其混合物。所述陶瓷质晶须的直径为0.5微米~2微米，长为5微米~100微米。所述一定重量百分比为：丙交酯占95%~99.8%，坚果壳颗粒占0.1%~2%，陶瓷质晶须占0.1%~3%。所述催化剂为氯化亚锡、对甲苯磺酸、辛酸亚锡/甲苯溶液的任意一种。所述一定摩尔比的催化剂是指催化剂与丙交酯的摩尔比为1:2000~1:300。所述一定微波功率是指所使用的微波功率为100W~450W。所述保温一定时间是指保温时间为10分钟~50分钟。与现有聚乳酸基复合材料的制备方法相比，本专利技术具有如下优点：（1）采用坚果壳颗粒与陶瓷质晶须协同增强聚乳酸，显著提高了聚乳酸基复合材料的综合性能（拉伸强度、耐磨性、抗冲击性等）。（2）采用微波加热方法制备聚乳酸，具有反应时间短、高效节能、无环境污染、降低生产成本等特点。另外，本专利技术制备工艺简单，操作方便，易于实现工业化生产。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本专利技术的内容对本专利技术做出一些非本质的改进和调整。实施例1：使用硅烷对杏仁壳颗粒（平均颗粒尺寸为1微米）和碳化硅晶须（直径为0.5微米，长为5微米）进行表面改性。将重量百分比分别为99.8%、0.1%和0.1%的丙交酯、改性后的杏仁壳颗粒和碳化硅晶须置于茄型瓶中，并进行超声混合均匀。加入摩尔比（催化剂与丙交酯的摩尔比）为1:2000的氯化亚锡溶液，并搅拌均匀。将均匀搅拌后的混合物，置于微波炉中，在100W微波功率条件下保温50分钟得到具有较高性能的聚乳酸基复合材料。与纯聚乳酸相比，该聚乳酸基复合材料的拉伸强度提高11%，抗冲击性提高9%，耐磨性提高13%。实施例2：使用钛酸酯对榛子壳颗粒（平均颗粒尺寸为200微米）和钛酸钾晶须（直径为2微米，长为100微米）进行表面改性。将重量百分比分别为95%、2%和3%的丙交酯、改性后的榛子壳颗粒和钛酸钾晶须置于茄型瓶中，并进行超声混合均匀。加入摩尔比（催化剂与丙交酯的摩尔比）为1:300的对甲苯磺酸溶液，并搅拌均匀。将均匀搅拌后的混合物，置于微波炉中，在450W微波功率条件下保温10分钟得到具有较高性能的聚乳酸基复合材料。与纯聚乳酸相比，该聚乳酸基复合材料的拉伸强度提高19%，抗冲击性提高16%，耐磨性提高20%。实施例3：使用铝酸酯对核桃壳颗粒（平均颗粒尺寸为100微米）和碳化硅晶须（直径为1微米，长为50微米）进行表面改性。将重量百分比分别为97.5%、1%和1.5%的丙交酯、改性后的核桃壳颗粒和碳化硅晶须置于茄型瓶中，并进行超声混合均匀。加入摩尔比（催化剂与丙交酯的摩尔比）为1:1000的对甲苯磺酸溶液，并搅拌均匀。将均匀搅拌后的混合物，置于微波炉中，在300W微波功率条件下保温30分钟得到具有较高性能的聚乳酸基复合材料。与纯聚乳酸相比，该聚乳酸基复合材料的拉伸强度提高25%，抗冲击性提高21%，耐磨性提高24%。实施例4：使用烷基胺对腰果壳颗粒（平均颗粒尺寸为50微米）和钛酸钾晶须（直径为1.5微米，长为30微米）进行表面改性。将重量百分比分别为96%、1.5%和2.5%的丙交酯、改性后的腰果壳颗粒和钛酸钾晶须置于茄型瓶中，并进行超声混合均匀。加入摩尔比（催化剂与丙交酯的摩尔比）为1:1500的对甲苯磺酸溶液，并搅拌均匀。将均匀搅拌后的混合物，置于微波炉中，在400W微波功率条件下保温20分钟得到具有较高性能的聚乳酸基复合材料。与纯聚乳酸相比，该聚乳酸基复合材料的拉伸强度提高21%，抗冲击性提高18%，耐磨性提高22%。实施例5：使用钛酸酯对松子壳颗粒（平均颗粒尺寸为150微米）和碳化硅晶须（直径为0.8微米，长为10微米）进行表面改性。将重量百分比分别为99%、0.5%和0.5%的丙交酯、改性后的松子壳颗粒和碳化硅晶须置于茄型瓶中，并进行超声混合均匀。加入摩尔比（催化剂与丙交酯的摩尔比）为1:800的辛酸亚锡/甲苯溶液，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波法制备高性能聚乳酸基复合材料的方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：a、使用改性剂对坚果壳颗粒和陶瓷质晶须进行表面改性；b、将一定重量百分比的丙交酯、改性后的坚果壳颗粒和陶瓷质晶须置于茄型瓶中，并进行超声混合均匀；c、加入一定摩尔比的催化剂，并搅拌均匀；d、将均匀搅拌后的混合物，置于微波炉中，在一定微波功率条件下保温一定时间得到具有较高性能的聚乳酸基复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种微波法制备高性能聚乳酸基复合材料的方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：a、使用改性剂对坚果壳颗粒和陶瓷质晶须进行表面改性；b、将一定重量百分比的丙交酯、改性后的坚果壳颗粒和陶瓷质晶须置于茄型瓶中，并进行超声混合均匀；c、加入一定摩尔比的催化剂，并搅拌均匀；d、将均匀搅拌后的混合物，置于微波炉中，在一定微波功率条件下保温一定时间得到具有较高性能的聚乳酸基复合材料。2.根据权利要求1所述改性剂为硅烷、钛酸酯、铝酸酯、烷基胺中的任意一种。3.根据权利要求1所述坚果壳颗粒为杏仁、榛子、核桃、腰果、松子壳颗粒中的任意一种或其混合物。4.根据权利要求1所述坚果壳颗粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑红娟，程巧换，张红娟，夏绍灵，李金玲，宋伟强，毛淑芳，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：河南,41