一种PLA纳米复合材料及其制备方法技术

一种PLA纳米复合材料，由包括PLA颗粒，以及将PLA颗粒联结的纳米材料和液体介质的混料经熔融共混制得。本发明专利技术还公开了PLA纳米复合材料的制备方法，具体步骤包括A、将纳米材料与液体介质混合搅拌，形成膏状的纳米材料混合物；B、将步骤A中的纳米材料混合物与PLA颗粒混合搅拌形成共混物；C、将步骤B的共混物经过熔融共混，即得所述PLA纳米复合材料。所述纳米复合材料的拉伸强度和冲击强度在PLA基料的基础上均得到提升，并且制备方法简单，生产成本低，易推广。

A PLA nanocomposite and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种PLA纳米复合材料及其制备方法
本专利技术属于纳米复合材料及其制备领域，具体地说，涉及一种PLA纳米复合材料及制备方法。
技术介绍
聚乳酸(PLA)热稳定性好，加工温度为170～230℃，有良好的抗溶剂性，由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，因此用途十分广泛，可用作包装材料、纤维和非织造物等，主要用于服装(内衣、外衣)、产业(建筑、农业、林业、造纸)和医疗卫生等领域。尽管聚乳酸的应用已经非常广泛,但其自身固有的一些缺陷和不足限制了其更为深层次的应用。此时,纳米复合材料所表现出的不同于一般复合材料的特殊性能为聚乳酸的改性研究指出了一条新的途径。大量研究证实,将聚乳酸与层状纳米材料复合制成纳米复合材料,能显著提高其综合性能。目前PLA纳米复合材料的制备方法主要采用原位插层和熔融插层方法制备。因原位插层工业投资大，周期长，较难大范围推广应用；熔融插层可在一般塑料混炼设备中进行，加工方便，然而需前期对层状纳米材料进行有机化插层处理，不容易得到完全剥离的聚乳酸纳米复合型材料。随着科技发展，工程应用对聚乳酸材料在冲击强度、弯曲强度和拉伸强度性能提出了更高的要求。专利号CN101081928A，提出了一种纳米复合材料的制备方法，采用水辅助法制备聚酰胺/纳米蒙脱土母料，其制备方法是用去离子水为插层剂，将纯化的蒙脱土和去离子水混合，充分分散制得蒙脱土泥浆，将泥浆逐步加入到组方量完全熔融的聚酰胺，再经挤出造粒得到聚酰胺/纳米蒙脱土母料。其制备方法简单，生产成本低，但该方法是在聚酰胺熔融后再加入蒙脱土泥浆，会导致蒙脱土泥浆未来得及与共聚物完全混合，其层间的水便因高温气化，进而蒙脱土不能很好分散至聚酰胺中，从而产品性能提升有限；另外，蒙脱土泥浆在加料方式上需要增加一定压力才能将泥浆注入双螺杆，同时由于双螺杆的加工段短，中途增加了蒙脱土泥浆的喂料区间，就需要增加双螺杆长度，造成工艺更复杂，成本更高。有鉴于此特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种拉伸强度和冲击强度同时提升，并且制备方法简单，生产成本低，易推广的PLA纳米复合材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种PLA纳米复合材料，其特征在于，所述纳米复合材料由包括PLA颗粒，以及将PLA颗粒联结的纳米材料和液体介质的混料经熔融共混制得。上述方案中，制备PLA纳米复合材料采用将PLA颗粒与纳米材料、液体介质共同进料的方式制得。PLA颗粒之间与通过纳米材料和液体介质联结，形成一种不分层的共混物。此种方式很好解决了传统方式中，PLA与纳米材料共混，纳米材料打滑无法共同进料的问题。进一步的，所述纳米材料为层状纳米材料，所述层状纳米材料的至少部分片层分散至PLA中。上述方案中，层状纳米材料具有独特的二维板层结构，二维层板定向有序排列形成三维晶体结构独特，使得液体介质在一定条件下可以插入层间空隙将层板撑开，而不破坏层纳米材料原先的结构，并且层状纳米材料的层板组成和层间距都具有可调控性。当液体介质进入层间，层间距因液体介质撑开，当温度升高至PLA的塑化温度或塑化温度之上时，进入层状纳米材料层间的液体介质进一步气化爆破，产生的巨大能量将层状材料片层剥离，剥离的片层在不断搅拌下便有序分散至熔融的PLA中。优选的，所述层状纳米材料包括层状硅酸盐、层状钛酸盐、层装磷酸盐、层状金属氢氧化物、过渡金属卤氧化物、层状石墨、过渡金属硫化物、层状金属氧化物，层状金属氮化物，层状金属碳化物，二维金属有机框架一种或几种；更优选的，纳米材料为离子型层状材料时，纳米复合材料XRD衍射图在2θ角2-10°范围内无层间距特征峰。上述方案中，层状纳米材料包括阴离子型层状纳米材料、阳离子型层状纳米材料和非离子型层状纳米材料，其中：阴离子型纳米材料包括水滑石类；阳离子型纳米材料包括蒙脱土、无机磷酸盐、层状硅酸盐、高岭土、海泡石、钛酸盐等；非离子型纳米材料包括：(1)碳材料：石墨烯；(2)石墨烯类似物：元素周期表第四主族的元素，如硅烯、锗烯、硼烯、砷烯等，黑磷；(3)过渡金属硫化物(TMDs)：基于金属原子的配位环境和氧化态，过渡金属硫化物(TMDs)可以形成绝缘体(HfS2)、半导体(MoS2)、半金属(TiSe2)和全金属(NbSe2)，甚至在低温条件下过渡金属硫化物(TMDs)可以表现出超导性。目前文献报道的有超过40中层状过渡金属硫化物；(4)层状金属氧化物：MoO3、V2O3、V2O5、Al2O3、氧化铬、TiO2、BiOCl、MnO2；(5)层状金属氢氧化物、钙钛矿类的氧化物；(6)金属氮化物、碳化物：h-BN、碳化氮(g-C3N4)；(7)二维金属有机框架材料：已经实现剥离的MOF包括：[Cu2Br(IN)2]n(IN＝异烟酸)、Zn-BDC(BDC＝对苯二甲酸)，在乙醇中剥离锰-2,2-二甲基琥珀酸(MnDMS)块晶，在甲醇和丙醇的混合溶剂中剥离[Zn2(bim)4](bim＝苯并咪唑)，在N,N-二甲基甲酰胺和乙腈的混合溶剂中通过扩散控制MOF生长得到超薄2DCuBDC和ZnBDCMOF材料。M-TCPP超薄纳米片(M＝Zn,Cu,Cd,Co；TCPP＝5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟吩)；(8)过渡金属卤氧化物：LiCoO2、FeOCl等；优选，蒙脱土，层状硅酸盐，高岭土，石墨烯、水滑石、黑磷。进一步的，所述液体介质进入层状纳米材料层间，形成具有一定稠度的膏状物将PLA颗粒联结；所述膏状物的稠度为0～100mm,但不为0；优选的，所述液体介质与层状纳米材料的质量份数比为3～100:1；优选5～50：1；更优选5～20:1。上述方案中，相比现有技术中插层聚合对纳米材料改性过滤并干燥的过程，本专利技术的层状纳米材料的层间注入液体介质后，形成了连续的，并且具有一定自粘性的膏状物，所述膏状物具有一定的稠度，但稠度不为0mm，代表所述膏状物为结合有液体介质，因此可以将所述结合有液体介质的纳米材料膏状物均匀粘附在PLA颗粒表面，与PLA颗粒共同喂料至熔融共混的设备，提高了可加工性能。进一步的，所述膏状物中还含有助剂，所述助剂包括羧酸盐表面活性剂，硫酸酯盐表面活性剂，磺酸盐表面活性剂，磷酸酯盐表面活性剂，胺盐表面活性剂，季铵盐表面活性剂，杂环型表面活性剂，非离子表面活性剂，天然水溶高分子，合成水溶高分子及其预聚物中的一种或几种；其中优选合成水溶性高分子及其预聚物中的一种或多种；优选的，所述助剂与纳米材料的质量份数比为0.01～50:1；优选0.1～5：1；更优选0.2～1:1。上述方案中，助剂的加入可以提高液体介质进入纳米材料的能力，从而增加纳米材料混合物的稠度；另外，助剂的加入还可以提高液体介质的沸点，防止液体介质提前气化逸出。由于本专利技术中产生膏状纳米材料的反应温度在室温条件下即可，对助剂的要求不高，因此适用于本专利技术的助剂备选范围更广。所述助剂包括表面活性剂、水溶性高分子及其预聚物中的一种或多种，优选水溶性高分子及其预聚物，更优选聚天冬氨酸、卵磷脂、海藻酸钠、聚丙烯酸、聚乙烯胺、透明质酸；其中表面活性剂包括：1、阴离子表面活性剂：分为羧酸盐、硫酸酯盐、磺酸盐和磷酸酯盐。(1)肥皂类为高级脂肪酸盐，分子结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PLA纳米复合材料，其特征在于，所述纳米复合材料由包括PLA颗粒，以及将PLA颗粒联结的纳米材料和液体介质的混料经熔融共混制得。

【技术特征摘要】
1.一种PLA纳米复合材料，其特征在于，所述纳米复合材料由包括PLA颗粒，以及将PLA颗粒联结的纳米材料和液体介质的混料经熔融共混制得。2.根据权利要求1所述的一种PLA纳米复合材料，其特征在于，所述纳米材料为层状纳米材料，所述层状纳米材料的至少部分片层分散至PLA中；优选的，所述层状纳米材料包括层状硅酸盐、层状钛酸盐、层装磷酸盐、层状金属氢氧化物、过渡金属卤氧化物、层状石墨、过渡金属硫化物、层状金属氧化物，层状金属氮化物，层状金属碳化物，二维金属有机框架一种或几种；更优选的，纳米材料为离子型层状材料时，纳米复合材料XRD衍射图在2θ角2-10°范围内无层间距特征峰。3.根据权利要求2所述的一种PLA纳米复合材料，其特征在于，所述液体介质进入层状纳米材料层间，形成具有一定稠度的膏状物将PLA颗粒联结；所述膏状物的稠度为0～100mm,但不为0；优选的，所述液体介质与层状纳米材料的质量份数比为3～100:1；优选5～50：1；更优选5～20:1。4.根据权利要求3所述的一种PLA纳米复合材料，其特征在于，所述膏状物中还含有助剂，所述助剂包括羧酸盐表面活性剂，硫酸酯盐表面活性剂，磺酸盐表面活性剂，磷酸酯盐表面活性剂，胺盐表面活性剂，季铵盐表面活性剂，杂环型表面活性剂，非离子表面活性剂，天然水溶高分子，合成水溶高分子及其预聚物中的一种或多种；其中优选合成水溶性高分子及其预聚物中的一种或多种；优选的，所述助剂与纳米材料的质量份数比为0.01～50:1；优选0.1～5：1；更优选0.2～1:1。5.根据权利要求1或3所述的一种PLA纳米复合材料，其特征在于，所述液体介质的沸点低于PLA的塑化温度，优选沸点低于180℃，更优选水。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：马永梅，张京楠，郑鲲，曹新宇，叶钢，尚欣欣，安晶晶，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11