一种耐热聚乳酸复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐热聚乳酸复合材料及其制备方法，属于高性能化高分子材料的制备技术领域。所述耐热聚乳酸复合材料是以聚乳酸为原料，以埃洛石纳米管/纳米氧化铝复合物为成核剂，以椰壳纤维接枝马来酸酐为增强剂、填充剂和增容剂，经熔融共混制备而成。本发明专利技术制得的聚乳酸复合材料具有较高的拉伸强度、冲击强度和热变形温度，较低的黏度和可完全生物降解性，主要用于打包盒、包装袋等食品包装领域，具有显著的经济价值与社会效益。有显著的经济价值与社会效益。

【技术实现步骤摘要】
一种耐热聚乳酸复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于高性能化高分子材料的制备
，具体涉及一种耐热聚乳酸复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着经济社会发展和人们生活水平的提高，地球资源被过度开发，全球变暖、石油资源枯竭和能源短缺等问题日益严峻。因此，生态友好、应用广泛的生物可降解高分子材料引起了科研人员的广泛关注。聚乳酸是目前研究和应用最为广泛的生物可降解高分子材料，具备较好的力学性能和可加工性，被广泛应用于一次性用品和生物医药等领域。但是，聚乳酸螺旋状排列的分子链结构和乳酸结构单元的手性空间导致聚乳酸晶体结构容易形成大量缺陷，并且，聚乳酸分子链较弱的活动能力导致在快速冷却定型过程中，聚乳酸的结晶速度慢，结晶度低。由于存在上述原因，因此，聚乳酸的热变形温度较低，限制了聚乳酸在一次性外卖打包盒、可降解食品包装袋等食品包装领域的应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对聚乳酸的晶体结构缺陷多和结晶速率慢而导致的热变形温度低的问题，提供了一种耐热聚乳酸复合材料及其制备方法。本专利技术制得的聚乳酸复合材料具有较高的拉伸强度、冲击强度和热变形温度，较低的黏度和可完全生物降解性，主要用于打包盒、包装袋等食品包装领域，具有显著的经济价值与社会效益。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种耐热聚乳酸复合材料是以聚乳酸为原料，以埃洛石纳米管/纳米氧化铝复合物为成核剂，以椰壳纤维接枝马来酸酐为增强剂、填充剂和增容剂，经熔融共混制备而成。
[0005]所述耐热聚乳酸复合材料的制备方法包括以下步骤：（1）将0.6~1 g引发剂和0.8~1.2 g马来酸酐依次加入到80~120 mL有机溶剂中，于室温先超声4~8 min，再机械搅拌10~20 min，再加入15~30 g椰壳纤维，于80~100 ℃继续机械搅拌4~6 h，经过滤、洗涤、干燥，制得椰壳纤维接枝马来酸酐；（2）将20 g埃洛石纳米管和20 g纳米氧化铝分别加入到40 mL的1 mol/L盐酸中，于室温下静置12~24 h，经过滤、洗涤、干燥，制得活化埃洛石纳米管和活化纳米氧化铝；（3）依次将1~3 g三乙胺和4~6 g N
‑
(2
‑
氨乙基)
‑3‑
氨丙基三乙氧基硅烷加入到30~50 mL甲苯中，于室温超声4~10 min，再加入2~4 g活化埃洛石纳米管，于80~100 ℃机械搅拌16~24 h，经过滤、洗涤、干燥，制得改性埃洛石纳米管；（4）将2~4 g γ
‑
(2,3
‑
环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷加入到80~100 mL无水乙醇中，于室温超声4~10 min，再加入2~3 g活化纳米氧化铝，于80~100 ℃机械搅拌4~6 h，经过滤、洗涤、干燥，制得改性纳米氧化铝；（5）将1~2 g三乙胺加入到80~100 mL无水乙醇中，于室温超声4~10 min，再依次加入0.5~2 g改性埃洛石纳米管和1~2 g改性纳米氧化铝，于100~120 ℃机械搅拌8~12 h，经
过滤、洗涤、干燥，制得埃洛石纳米管/纳米氧化铝复合物；（6）将30~40 g聚乳酸、5~10 g椰壳纤维接枝马来酸酐和1~3 g埃洛石纳米管/纳米氧化铝复合物依次加入到密炼机中，密炼温度为170~210 ℃，密炼压力为0.2~0.4 MPa，转子转速为40~60 r/min，密炼时间为8~12 min，密炼物经冷却、粉碎，制得所述耐热聚乳酸复合材料。
[0006]所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰或过氧化二异丙苯中的任意一种。
[0007]所述有机溶剂为甲苯、氯仿、N,N
‑
二甲基甲酰胺或丙酮中的任意一种。
[0008]所述埃洛石纳米管的内径为10~30 nm，外径为40~70 nm，长度为0.5
‑
1.5 μm。
[0009]所述纳米氧化铝的直径为30 nm。
[0010]本专利技术的有益效果在于：（1）埃洛石纳米管和纳米氧化铝作为成核剂，均能提高聚乳酸的热变形温度。但是，埃洛石纳米管和纳米氧化铝在聚乳酸中的难分散、易团聚，这不仅不利于提高聚乳酸的热变形温度，而且会在聚乳酸内部产生一些结构缺陷，降低聚乳酸的力学性能。本专利技术通过化学键将埃洛石纳米管和纳米氧化铝进行复合，不仅可以避免他们单独分散时的易团聚问题，而且他们之间的有机链可以提高聚乳酸和复合物间的相容性。
[0011]（2）椰壳纤维是天然高分子材料，具有来源广泛、价格低廉、可生物降解等优势。本专利技术采用椰壳纤维降低聚乳酸复合材料的成本，提高聚乳酸复合材料的力学性能。但是，椰壳纤维和聚乳酸之间的相容性较差，因此，本专利技术利用溶液接枝法，制备椰壳纤维接枝马来酸酐，提高椰壳纤维和聚乳酸之间的相容性。同时，本专利技术制备的椰壳纤维接枝聚乳酸还可以作为聚乳酸和复合物之间的增容剂。
[0012]（3）本专利技术使用的聚乳酸、椰壳纤维、埃洛石纳米管和纳米氧化铝均为生物可降解高分子材料或者无机粉体材料等绿色环保材料，因此，本专利技术制得的耐热聚乳酸复合材料是环境友好的可完全生物降解高分子材料，符合国家环保理念，满足可持续发展要求。
[0013]（4）本专利技术制得的聚乳酸复合材料具有较高的拉伸强度、冲击强度和热变形温度，较低的黏度和可完全生物降解性，拉伸强度为70.1~73.9 MPa，冲击强度为10.8~13.5 kJ/m2，热变形温度为73.5~76.3 ℃，熔融指数为15.8~17.7 g/10min，主要用于打包盒、包装袋等食品包装领域，具有显著的经济价值与社会效益。
附图说明
[0014]图1为实施例1制备的椰壳纤维接枝马来酸酐的红外吸收光谱图。
[0015]图2为实施例1制备的埃洛石纳米管/纳米氧化铝复合物的红外吸收光谱图。
具体实施方式
[0016]下面通过几组实施例和对比例对本实施方式中耐热聚乳酸复合材料的制备方法的优势及其效果作进一步的阐述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0017]实施例1（1）将0.8 g过氧化二异丙苯和1 g马来酸酐依次加入到100 mL甲苯中，于室温先超声6 min，再机械搅拌15 min，再加入20 g椰壳纤维，于90 ℃继续机械搅拌5 h，经过滤、
洗涤、干燥，制得椰壳纤维接枝马来酸酐；（2）将20 g埃洛石纳米管和20 g纳米氧化铝分别加入到40 mL的1 mol/L盐酸中，于室温下静置18 h，经过滤、洗涤、干燥，制得活化埃洛石纳米管和活化纳米氧化铝；（3）依次将2 g三乙胺和5 g N
‑
(2
‑
氨乙基)
‑3‑
氨丙基三乙氧基硅烷加入到40 mL甲苯中，于室温超声7 min，再加入3 g活化埃洛石纳米管，于90 ℃机械搅拌20 h，经过滤、洗涤、干燥，制得改性埃洛石纳米管；（4）将3 g γ
‑
(2,3
‑
环氧丙氧)丙基三甲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐热聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：以聚乳酸为原料，以埃洛石纳米管/纳米氧化铝复合物为成核剂，以椰壳纤维接枝马来酸酐为增强剂、填充剂和增容剂，经熔融共混制制得所述的耐热聚乳酸复合材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将0.6~1 g引发剂和0.8~1.2 g马来酸酐依次加入到80~120 mL有机溶剂中，超声4~8 min，搅拌10~20 min，再加入15~30 g椰壳纤维，80~100 ℃继续搅拌4~6 h，经过滤、洗涤、干燥，制得椰壳纤维接枝马来酸酐；（2）将20 g埃洛石纳米管和20 g纳米氧化铝分别加入到40 mL的1 mol/L盐酸中，静置12~24 h，经过滤、洗涤、干燥，制得活化埃洛石纳米管和活化纳米氧化铝；（3）将1~3 g三乙胺和4~6 g N
‑
(2
‑
氨乙基)
‑3‑
氨丙基三乙氧基硅烷依次加入到30~50 mL甲苯中，超声4~10 min，再加入2~4 g活化埃洛石纳米管，80~100 ℃搅拌16~24 h，经过滤、洗涤、干燥，制得改性埃洛石纳米管；（4）将2~4 g γ
‑
(2,3
‑
环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷加入到80~100 mL无水乙醇中，超声4~10 min，再加入2~3 g活化纳米氧化铝，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝铭，杨钦扬，黄学通，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：