一种高性能复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能复合材料及其制备方法，属于聚合物加工与改性技术领域。本发明专利技术所述材料包括聚乳酸A 50～95份，醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料5～50份(聚乳酸A与聚乳酸B为旋光异构体)。本发明专利技术的材料不仅具有优异的韧性，还具有优异的耐热性，可广泛应用于塑料包装、汽车内饰件、医疗耗材等领域。

A High Performance Composite Material and Its Preparation Method

The invention discloses a high performance composite material and a preparation method thereof, belonging to the technical field of polymer processing and modification. The materials of the invention include 50-95 phr of polylactic acid A, 5-50 phr of vinyl acetate copolymer/polylactic acid B blend masterbatch (polylactic acid A and polylactic acid B are optical isomers). The material of the invention not only has excellent toughness, but also has excellent heat resistance, and can be widely used in plastic packaging, automobile interior parts, medical consumables and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种高性能复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种高性能复合材料及其制备方法，属于聚合物加工与改性

技术介绍
由于石油资源短缺和环境污染严重的问题日益突出，环境友好型材料愈加受到人们的青睐。聚乳酸(PLA)是一种生物基、生物可降解的材料，其合成原料来源于玉米等植物资源，来源充分且可再生。此外，聚乳酸还具有良好的生物相容性、加工性和力学强度，是理想的绿色高分子材料。聚乳酸(PLA)包括左旋聚乳酸(PLLA)、右旋聚乳酸(PDLA)和消旋聚乳酸(PDLLA)。PLLA和PDLA具有相反的旋光性，两者共混时，分子链之间会出现结构互补现象，甲基和羰基之间会形成较稳定的氢键C-H：O＝C，使分子间的作用力增强，最后形成聚乳酸立构复合(SC)晶体，其熔点比左旋聚乳酸或右旋聚乳酸单一组分形成的晶体高约50℃。目前，PLA还难以在通用塑料和工程塑料领域得到广泛应用，主要是因为PLA存在着脆性大和结晶速率慢的缺点。过慢的结晶速率导致PLA采用常规的熔融加工成型方法获得的制品几乎呈非晶态，而非晶态PLA的耐热性很差，其热变形温度接近玻璃化转变温度(约60℃)，明显低于聚乙烯、聚丙烯等传统石油基高分子制品。与弹性体共混是改善PLA韧性的一种简单、经济的方法。然而，弹性体与PLA的相容性一般都很差，使得两相之间的界面作用力很弱，导致弹性体不能有效增韧PLA。例如采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(SBS)增韧PLA，由于PLA与SBS的界面相互作用力很弱，PLA的韧性尤其是冲击韧性几乎没有得到改善(EuropeanPolymerJournal,2016,85:92-104)。因此，提高弹性体对PLA的增韧效率的关键一点是提高两者之间的界面相互作用力。另外，弹性体通常是以球状粒子分散在PLA基体中，形成普通的海岛结构，其增韧效率往往不如“双连续”或“类双连续”的相形态。因此，使PLA/弹性体共混物的相形态由海岛结构向双连续相转变是实现有效增韧的另一关键。尽管能够通过提高弹性体与PLA的界面相互作用或改变相形态实现有效增韧PLA，但是却不能同时解决PLA结晶速率慢的问题。专利CN105713361A公开了一种抗冲击聚乳酸及其制备方法，该方法采用环氧化热塑性弹性体增韧PLA，利用弹性体上的环氧基团与PLA的端基反应从而提高PLA与弹性体之间的相容性，获得韧性良好的PLA。专利CN102276965A中采用天然橡胶增韧PLA，并加入过氧化物引发剂引发共混体系的交联，以提高PLA与天然橡胶之间的相容性，从而改善PLA的韧性。在PLA/聚氨酯共混体系中引入二氧化硅纳米粒子，可以使共混物从海岛结构向“类双连续”结构转变，从而明显提高PLA的冲击韧性(Polymer,2014,55(6):1593-1600)。但以上方法都只考虑了PLA的增韧，而未能提高PLA的结晶速率，即不能提高PLA的耐热性。因此，极有必要专利技术一种超韧且耐热的聚乳酸基复合材料。本专利技术的复合材料不仅具有优异的韧性，还具有优异的结晶性能，从而能在短时间的热退火处理后得到超韧耐热的复合材料，可广泛应用于塑料结构件、塑料包装、汽车内饰件、医用耗材等领域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高性能复合材料及其制备方法。本专利技术提供的高性能复合材料及其制备方法，是先将醋酸乙烯酯基共聚物与聚乳酸B熔融共混制备母料，在熔融共混过程中，醋酸乙烯酯基共聚物上的环氧基团会与聚乳酸B上的端羧基或端羟基发生反应产生梳状接枝共聚物，在随后的母料与聚乳酸A基体熔融共混的过程中，接枝共聚物上的聚乳酸B分子链段会与构型相反的聚乳酸A基体分子链相互作用，原位形成分布在两相界面的高熔点立构复合(SC)晶体。该SC晶体既能提高聚乳酸基体与醋酸乙烯酯基共聚物之间的界面相互作用力，又能提高基体的粘度，从而使共混物的相形态从海岛结构向双连续相结构转变。此外，该SC晶体还能作为聚乳酸基体的高效成核剂，显著提高基体的结晶速率，从而在短时间的热退火处理后能得到超韧耐热的聚乳酸基复合材料。本专利技术的第一个目的是提供一种高性能复合材料，所述材料按照重量份配比，包括：聚乳酸A50～90份，醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料10～50份。在一种实施方式中，所述聚乳酸B的添加量占总复合材料的重量的3％以上。在一种实施方式中，所述复合材料由以下组分组成：聚乳酸A50～90份，醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料10～50份。在一种实施方式中，所述聚乳酸A为左旋聚乳酸且聚乳酸B为右旋聚乳酸，或者聚乳酸A为右旋聚乳酸且聚乳酸B为左旋聚乳酸。在一种实施方式中，所述聚乳酸A与聚乳酸B为旋光异构体，且光学纯度大于95％，数均分子量为5～30万。在一种实施方式中，所述醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料按照重量份配比，包括：醋酸乙烯酯基共聚物20份，聚乳酸B2.5～20份。在一种实施方式中，所述醋酸乙烯酯基共聚物中醋酸乙烯酯的质量含量为45～75％。在一种实施方式中，所述醋酸乙烯酯基共聚物中还含有甲基丙烯酸缩水甘油酯和乙烯结构单元，其中甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量百分含量为0.1～10％。本专利技术的第二个目的是提供所述高性能复合材料的制备方法。在一种实施方式中，所述制备方法，包括：(1)将聚乳酸A和醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料根据重量份配比加入密炼机内进行熔融共混3～10分钟，其中熔融共混温度为聚乳酸熔点以上1～30℃；(2)将所得共混物于聚乳酸熔点以上1～30℃的温度热压，再于90～130℃退火1～5分钟，即可得到一种高性能复合材料；或者(1)将聚乳酸A和醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料根据重量份配比在室温下预混均匀，然后通过双螺杆挤出机熔融挤出，其中熔融挤出温度为聚乳酸熔点以上1～30℃，螺杆转速为100～350rpm；(2)将所得挤出物在注塑机中于聚乳酸熔点以上10～30℃的温度熔融后注塑成型，并在90～130℃退火1～5分钟，即可得到一种高性能复合材料。在一种实施方式中，所述醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料的制备方法，包括：将醋酸乙烯酯基共聚物和聚乳酸B根据重量份配比加入密炼机内进行熔融共混3～10分钟，其中熔融共混温度为聚乳酸B熔点以上1～70℃；或者将醋酸乙烯酯基共聚物和聚乳酸B根据重量份配比在室温下预混均匀，然后通过双螺杆挤出机熔融挤出，其中熔融挤出温度为聚乳酸B熔点以上1～70℃，螺杆转速为100～350rpm。本专利技术的第三个目的是提供所述高性能复合材料的应用。在一种实施方式中，所述应用包括：应用于塑料结构件、塑料包装、汽车内饰件、医疗耗材等领域。本专利技术的有益效果：1.本专利技术提供的制备方法是先将醋酸乙烯酯基共聚物与聚乳酸B熔融共混制备母料，使醋酸乙烯酯基共聚物与聚乳酸B反应产生梳状接枝共聚物，再随后与构型相反的聚乳酸A基体熔融共混，使立构复合晶体选择性分散在相界面，从而显著提高界面相互作用力。2.本专利技术发挥了SC晶体的三重作用，一是提高相界面作用力；二是提高基体粘度，使共混物的相形态从海岛结构向双连续相结构转变；三是作为成核剂，显著提高了PLA基体的结晶速率。3.本专利技术的复合材料仅需短时间的热退火处理，就能得到超韧、耐热的材料，因此可大幅度缩短生产周期，降低生产成本。4.本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能复合材料，其特征在于，所述材料按照重量份配比，包括：聚乳酸A 50～90份，醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料10～50份。

【技术特征摘要】
1.一种高性能复合材料，其特征在于，所述材料按照重量份配比，包括：聚乳酸A50～90份，醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料10～50份。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述聚乳酸A为左旋聚乳酸且聚乳酸B为右旋聚乳酸，或者聚乳酸A为右旋聚乳酸且聚乳酸B为左旋聚乳酸。3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，聚乳酸B的添加量占总复合材料的重量的3％以上。4.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料按照重量份配比，包括：醋酸乙烯酯基共聚物20份，聚乳酸B2.5～20份。5.根据权利要求1～4任一所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料的制备方法，包括：(1)将聚乳酸A和醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料根据重量份配比加入密炼机内进行熔融共混3～10分钟，其中熔融共混温度为聚乳酸熔点以上1～30℃；(2)将所得共混物于聚乳酸熔点以上1～30℃的温度热压，再于90～130℃退火1～5分钟，即可得到一种高性能复合材料；或者(1)将聚乳酸A和醋酸乙烯酯基共聚物/聚乳酸B共混母料根据重量份配比在室温下预混均匀，然后通过双螺杆挤出机熔融挤出，其中熔融挤出温度为聚乳酸熔点以上1～3...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丕明，吴保钩，曾庆韬，东为富，钮德宇，徐鹏武，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32