一种高性能聚乙醇酸基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聚乙醇酸基复合材料及其制备方法，属于聚合物加工技术领域。本发明专利技术通过添加相容剂，显著改善了聚乙醇酸基体与可降解聚酯B之间的界面相互作用力，配合使用特定共混工艺进一步显著提高可降解聚酯B的增韧效果；此外，通过添加功能填料与聚乙醇酸基体间发生原位反应，促进分散，有利于提供结晶效果，更好的改善了复合材料的耐热性。本发明专利技术的聚乙醇酸复合材料材料韧性好，强度高，耐热性好，可应用于高性能可降解材料的设备制造和包装领域。造和包装领域。造和包装领域。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能聚乙醇酸基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高性能聚乙醇酸基复合材料及其制备方法，属于聚合物加工


技术介绍

[0002]随着人民生活水平的日益提高，塑料制品已经渗透到国民经济的各个领域。传统塑料制品如聚乙烯，聚丙烯等稳定性较强，丢弃在自然界中难以降解，其产生的垃圾已经给生态环境、水资源等带来了巨大的负面影响。开发可全生物降解的聚合物以替代传统塑料制品是解决上述问题的有效途径之一，近年来人们进行了大量研究。
[0003]目前市场上主要的可生物降解塑料有聚乳酸(PLA)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸
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己二酸
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丁二醇酯(PBSA)、聚己内酯等，但这些材料由于其自身结构原因均对氧气和水蒸气的阻隔性能较差。聚乙醇酸作为一种具有良好生物相容性、加工性能和机械性能，优异的阻隔性能的绿色高分子材料，近年来随着合成技术的突破，成本大幅下降，是制备可生物降解高阻隔制品的优选材料。
[0004]聚乙醇酸的分子链结构单元短，链柔顺性差，导致其脆性较大大，同时由于聚乙醇酸较低的玻璃化转变温度，其在制备薄膜等制品时还存在结晶度较低，制品耐热性差等问题，很大程度上限制了其应用领域。CN1768114A中向聚乙醇酸树脂中加入了少量芳香族聚酯树脂改善聚乙醇酸的耐湿性和韧性，CN109575536A中将聚乙醇酸和聚丁二酸丁二醇
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共
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对苯二甲酸丁二醇酯共混，同时添加了介孔二氧化硅，同时提高了材料的力学性能和保温保墒性能。但已公开的改性体系中两相间的界面作用力很弱，因此增韧效果有限，而且先有技术只关注改善聚乙醇酸的韧性，未能同时解决聚乙醇酸的耐热问题。CN107903599A采用纳米无机填料和增强纤维来提高聚乙醇酸的机械性能，但也没有提及其同时对韧性和耐热性的改善。

技术实现思路

[0005]针对目前制备高阻隔生物降解材料以及聚乙醇酸改性方法中的缺点，本专利技术提供了一种工艺简单、易于控制的生产高耐热、高阻隔的完全可降解聚乙醇酸基复合材料。通过相容剂的添加极大的提高了聚乙醇酸与可降解聚酯间相容性，显著提高了聚乙醇酸的柔韧性，同时通过添加韧性可降解聚酯以及无机填料，使聚乙醇酸的增韧改性和耐热改性同步进行，提高材料的力学性能，并改善复合材料的结晶速率进而提高材料的耐热性能，制备了一种高性能聚乙醇酸基复合材料。
[0006]本专利技术的基本原理是：通常材料的增韧改性需要加入韧性组分弹性体，但由于弹性体与基体相容性较差，弹性体粒子容易从基体相中脱出，产生应力集中点，导致增韧效果不佳同时伴随着强度的大幅降低，且由于韧性组分的玻璃化转变温度较低，复合材料的耐热性通常会有所下降。在耐热改性中添加无机填料是一种常用的方法，但是无机填料在基体中的分散是其中的难题，尤其是填料添加量较多时加工过程中很容易团聚，在提高材料
耐热性能的同时会对机械性能有负面影响，且一般无法起到增韧效果。本专利技术首先通过添加相容剂的方法提高韧性组分和基体的相互作用力，针对基于原位反应的相容剂(如含有甲基丙烯酸缩水甘油酯结构单元的醋酸乙烯酯共聚物)，根据相容剂上的基团与韧性组分和基体的反应活性的不同，优选的先将可降解聚酯B与相容剂熔融共混制备母料，相容剂上的基团会与聚乙醇酸上的端羧基或端羟基反应生成梳妆接枝共聚物。通过控制反应温度和反应时间，使相容剂的反应基团仅发生部分反应，在随后的母料与聚乙醇酸基体熔融共混的过程中继续与聚乙醇酸的端基进行反应。同时本专利技术通过添加无机填料显著改善了聚乙醇酸基材料的耐热性能，优选的对无机填料进行活化处理可以起到更加优异的耐热改性效果。
[0007]具体的，本专利技术基于以上原理，提供一种制备高性能聚乙醇酸基复合材料的方法，包括如下过程：
[0008]以重量份数配比计，预备如下组分：聚乙醇酸50
‑
95份，韧性可降解聚酯5
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50份，功能填料0.5
‑
30份，相容剂0.01
‑
10份，抗氧剂0
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3份，润滑剂0
‑
1份，扩链剂0
‑
1份；
[0009]通过方式一制备：先将可降解聚酯A、相容剂依照重量份数配比混合，进行熔融共混得到共混母料；然后将聚乙醇酸、共混母料、功能填料、抗氧剂、润滑剂和扩链剂预混合均匀后通过双螺杆挤出机熔融共混，即可得到聚乙醇酸基复合材料；
[0010]或者，通过方式二制备：
[0011]将聚乙醇酸、可降解聚酯A、功能填料、相容剂、抗氧剂、润滑剂和扩链剂按重量份数配比混合均匀得到预混物，然后将预混物进行熔融共混，得到聚乙醇酸基复合材料。
[0012]在本专利技术的一种实施方式中，所述聚乙醇酸为乙醇酸的均聚物或乙醇酸基共聚物。其中，乙醇酸基共聚物具体是指以乙醇酸链段为主体，包含脂肪族聚合物、芳香族聚合物或其组合链段的共聚物。
[0013]在本专利技术的一种实施方式中，所述可降解聚酯A为聚乳酸、己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯共聚物、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚羟基脂肪酸酯、聚丁二酸/己二酸丁二醇酯共聚物、二氧化碳基共聚物中的至少一种。
[0014]在本专利技术的一种实施方式中，所述功能填料为未经改性或者经过表面改性的滑石粉、石墨烯、硅灰石、氮化硼、蒙脱土中的至少一种。所述表面改性是指利用硅烷偶联剂或者脂肪酸进行改性；其中，用硅烷偶联剂或者脂肪酸与功能填料的质量比为(3
‑
5)：100。
[0015]在本专利技术的一种实施方式中，所述相容剂为含有多个环氧基团、异氰酸酯基团、乙醇酸链段的化合物或聚合物中的至少一种，其中化合物的分子量不高于10kDa。
[0016]在本专利技术的一种实施方式中，所述相容剂包括：甲基丙烯酸酯基共聚物、醋酸乙烯酯基共聚物、乙醇酸基共聚物中的至少一种，所述甲基丙烯酸酯基共聚物和醋酸乙烯酯基共聚物中还含有甲基丙烯酸缩水甘油酯结构单元，其中甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量百分含量为0.1～20％；所述乙醇酸基共聚物同时含有乙醇酸单元和可降解聚酯A的组成单元。
[0017]在本专利技术的一种实施方式中，所述抗氧剂是四[β
‑
(3，5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2，4
‑
二叔丁基苯基]亚磷酸酯和β
‑
(3，5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的至少一种。
[0018]在本专利技术的一种实施方式中，所述润滑剂为固体石蜡、液体石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸酰胺、甲撑双硬脂酸酰胺、N，N
‑
乙撑双硬脂酸酰胺和季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种；
[0019]在本专利技术的一种实施方式中，所述扩链剂具体可选扩链剂ADR、SAG、HDI、IPDI、MDI、TDI。
[0020]在本专利技术的一种实施方式中，所述组分可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备高性能聚乙醇酸基复合材料的方法，其特征在于，包括如下过程：以重量份数配比计，预备如下组分：聚乙醇酸50
‑
95份，韧性可降解聚酯5
‑
50份，功能填料0.5
‑
30份，相容剂0.01
‑
10份，抗氧剂0
‑
3份，润滑剂0
‑
1份，扩链剂0
‑
1份；通过方式一制备：先将可降解聚酯A、相容剂依照重量份数配比混合，进行熔融共混得到共混母料；然后将聚乙醇酸、共混母料、功能填料、抗氧剂、润滑剂和扩链剂预混合均匀后通过双螺杆挤出机熔融共混，即可得到聚乙醇酸基复合材料；或者，通过方式二制备：将聚乙醇酸、可降解聚酯A、功能填料、相容剂、抗氧剂、润滑剂和扩链剂按重量份数配比混合均匀得到预混物，然后将预混物进行熔融共混，得到聚乙醇酸基复合材料；所述可降解聚酯A为聚乳酸、己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯共聚物、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚羟基脂肪酸酯、聚丁二酸/己二酸丁二醇酯共聚物、二氧化碳基共聚物中的至少一种。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚乙醇酸为乙醇酸的均聚物或乙醇酸基共聚物。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功能填料为未经改性或者经过表面改性的滑石粉、石墨烯、硅灰石、氮化硼、蒙脱土中的至少一种；所述表面改性是指利用硅烷偶联剂或者脂肪酸进行改性。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丕明，钮德宇，杨伟军，徐鹏武，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：