一种抗水解聚乳酸纤维复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗水解聚乳酸纤维复合材料，按重量份计，包括以下原料：聚乳酸90

【技术实现步骤摘要】
一种抗水解聚乳酸纤维复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于聚乳酸纤维复合材料
，具体涉及一种抗水解聚乳酸纤维复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚乳酸(PLA)是一种以乳酸为原料的新型聚酯材料，无色无毒，其热性能与聚苯乙烯类似，生物相容性良好，能生物分解吸收，最终降解为和二氧化碳，应用前景广阔。PLA由甘蔗、玉米和甘薯等农作物制作而成，淀粉原料糖化后转变为葡萄糖，再由一定菌种发酵成乳酸，通过化学合成方法制备成聚乳酸，在环境和水解影响下能分解为H2O和CO2，在环境保护中受到密切关注。由于PLA的生物相容性、生物降解性比较好，所以在医疗、食品包装等领域得到广泛应用。
[0003]虽然PLA链段上酯键的非生物水解有利于微生物的同化和矿化。PLA水解降解时酯键发生断裂，分子链变短，导致力学性能下降。在PLA材料作为环保塑料袋或非生物应用制品时，在储存和使用过程中，很容易水解，特别是夏季高温、高湿环境下，严重影响了PLA制品的使用寿命，因此对PLA材料进行增韧和耐水解改性具有非常重要的意义。现有技术中解决聚乳酸树脂降解速度快目前主要采用结晶和封端的方法。
[0004]结晶使得聚乳酸分子排列整齐，提高聚乳酸的抗水解性，但不能彻底改变聚乳酸的抗水解问题。在聚乳酸材料内部，结晶部分水解速率慢，而非晶部分水解速率快，所以结晶度越高，聚乳酸抗水解性能越强。但聚L乳酸和聚D乳酸均聚物属于半结晶聚合物。事实上也很难得到聚乳酸的均聚物，例如常说的聚L乳酸，实际上是有一定量D构型的无规共聚物，D构型含量越高，结晶速率越慢，当D构型超过20％时，聚L乳酸处于无定形态，不能结晶。对聚乳酸树脂而言，结晶度过高，在制品加工时，产生螺杆喂料困难的问题，对聚乳酸制品而言，为实现制品的一些性能，往往要求结晶度低的材料。
[0005]中国专利申请号为201210096514.2公开了一种抗水解改性聚乳酸纤维的制备方法，包括：按重量份数将聚乳酸70
‑
98.9份，低分子量聚酯1
‑
30份，多功能聚碳化二亚胺0.1
‑
5.0份混合，混合均匀后进行熔融共混造粒得母粒，将所得到的母粒经真空干燥后通过熔融纺丝、卷绕得到卷绕丝，最后进行牵伸，即得改性后的聚乳酸纤维。该方法虽然能提高聚乳酸纤维的抗水解性能，但是多官能团化合物与聚乳酸分子链末端的羧基进行反应，很容易因抗水解剂分散不均导致反应体系出现凝胶点，从而影响改性聚乳酸产品的质量。并且，其并未对聚乳酸纤维的结晶性能进行改性，因此，聚乳酸纤维的力学性能及耐热性能均未改善。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种抗水解聚乳酸纤维复合材料及其制备方法，该聚乳酸纤维材料通过加入高分子量的聚乳酸原料，同时加入聚合物抗水解剂以及改性成核剂，改性聚乳酸的结晶性能，使制备出来的聚乳酸纤维具有较强的抗水解
性，同时还具有良好的力学性能及耐热性能。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种抗水解聚乳酸纤维复合材料，按重量份计，包括以下原料：
[0009]聚乳酸90
‑
100份、增韧剂5
‑
10份、相容剂0.5
‑
2份、复合抗水解剂0.1
‑
0.5份、改性成核剂1
‑
3份。
[0010]优选的，所述聚乳酸的重均分子量为40
‑
100万。
[0011]优选的，所述增韧剂为聚丁二酸丁二醇酯、乙烯
‑
醋酸乙烯酯共聚物中的一种或几种；所述相容剂为马来酸酐、二苯基甲烷二异氰酸酯或环氧类扩链剂中的一种或几种。
[0012]优选的，所述复合抗水解剂的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)将二环己基碳二亚胺、丁二酸酐加入甲苯中，随后加入4
‑
二甲氨基吡啶，进行搅拌反应，反应完成后蒸发去除甲苯，得到产物A；
[0014](2)将步骤(1)中的产物A、超支化聚酯混合均匀，随后加入氨丙基三甲氧基硅烷、对甲苯磺酸，进行加热反应，反应完成后得到所述复合抗水解剂。
[0015]优选的，步骤(1)中所述二环己基碳二亚胺、丁二酸酐、4
‑
二甲氨基吡啶的质量比为20：10：0.05
‑
0.1；所述搅拌反应温度为80
‑
100℃，反应时间为3
‑
5h。
[0016]优选的，步骤(2)中所述产物A、超支化聚酯、氨丙基三甲氧基硅烷、对甲苯磺酸的质量比为30：80
‑
120：15
‑
20：2
‑
4；所述加热反应的温度为70
‑
90℃，反应时间为4
‑
8h。
[0017]优选的，所述改性成核剂的制备方法，包括以下步骤：
[0018]S1、将水滑石、碳纳米管混合均匀，随后加入过氧化氢溶液浸渍，浸渍完成后过滤、干燥，得到混合粉末；
[0019]S2、将步骤S1中所述的混合粉末加入乙醇中，随后加入十六烷基三甲基溴化铵，在60℃下反应3h，反应完成后加入γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、羧甲基纤维素，进行恒温反应，反应完成后经冷却、过滤、干燥、球磨，即得所述改性成核剂。
[0020]优选的，步骤S1中所述水滑石、碳纳米管的质量比为10：2
‑
4，所述过氧化氢溶液的质量浓度为15
‑
20％，所述浸渍时间为5
‑
10h；步骤S2中所述混合粉末、十六烷基三甲基溴化铵、γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、羧甲基纤维素的质量比为100：10
‑
20：4
‑
8：2
‑
5，所述恒温反应的温度为60
‑
75℃，反应时间为3
‑
5h。
[0021]本专利技术还保护一种所述抗水解聚乳酸纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0022]按配方称取原料，将聚乳酸树脂干燥后，与增韧剂、相容剂、复合抗水解剂和改性成核剂加入高速混合机内混合均匀，随后加入双螺杆挤出机中进行造粒、干燥，得到母粒；将母粒通过纺丝机熔融纺丝、卷绕、牵伸得到抗水解聚乳酸纤维复合材料。
[0023]优选的，所述的双螺杆挤出机各区温度为170
‑
210℃，螺杆转速为150
‑
300rpm；所述的熔融纺丝温度为190
‑
250℃，卷绕速度为1000
‑
1500m/min；所述牵伸工艺为，一热辊牵伸温度70
‑
110℃，二热辊牵伸温度90
‑
130℃，牵伸倍率2
‑
4倍。。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0025](1)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗水解聚乳酸纤维复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：聚乳酸90
‑
100份、增韧剂5
‑
10份、相容剂0.5
‑
2份、复合抗水解剂0.1
‑
0.5份、改性成核剂1
‑
3份。2.根据权利要求1所述的一种抗水解聚乳酸纤维复合材料，其特征在于，所述聚乳酸的重均分子量为40
‑
100万。3.根据权利要求1所述的一种抗水解聚乳酸纤维复合材料，其特征在于，所述增韧剂为聚丁二酸丁二醇酯、乙烯
‑
醋酸乙烯酯共聚物中的一种或几种；所述相容剂为马来酸酐、二苯基甲烷二异氰酸酯或环氧类扩链剂中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种抗水解聚乳酸纤维复合材料，其特征在于，所述复合抗水解剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将二环己基碳二亚胺、丁二酸酐加入甲苯中，随后加入4
‑
二甲氨基吡啶，进行搅拌反应，反应完成后蒸发去除甲苯，得到产物A；(2)将步骤(1)中的产物A、超支化聚酯混合均匀，随后加入氨丙基三甲氧基硅烷、对甲苯磺酸，进行加热反应，反应完成后得到所述复合抗水解剂。5.根据权利要求4所述的一种抗水解聚乳酸纤维复合材料，其特征在于，步骤(1)中所述二环己基碳二亚胺、丁二酸酐、4
‑
二甲氨基吡啶的质量比为20：10：0.05
‑
0.1；所述搅拌反应温度为80
‑
100℃，反应时间为3
‑
5h。6.根据权利要求4所述的一种抗水解聚乳酸纤维复合材料，其特征在于，步骤(2)中所述产物A、超支化聚酯、氨丙基三甲氧基硅烷、对甲苯磺酸的质量比为30：80
‑
120：15
‑
20：2
‑
4；所述加热反应的温度为70
‑
90℃，反应时间为4
‑
8h。7.根据权利要求1所述的一种抗水解聚乳酸纤维复合材料，其特征在于，所述改...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙洲渝，樊海彬，陈鑫刚，刘薇，
申请(专利权)人：苏州塑发生物材料有限公司，
类型：发明
国别省市：