[發明專利]一種增強耐熱聚乳酸基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201110399795.4
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102492273A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 張正光
• 申請（專利權）人: 奇瑞汽車股份有限公司
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L61/10;C08K13/06;C08K9/06;C08K7/14;C08K5/1539;C08K5/1515
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 羅建民;鄧伯英

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，具體涉及一種改性聚乳酸復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著化石資源的日益枯竭以及石油基制品導致的環境污染日益嚴重，可再生、可生物降解的聚乳酸(PLA)逐漸成為材料領域的研究熱點。

聚乳酸是以天然可再生的淀粉等為原料發酵制得的生物高分子，其具有一定的機械性能和良好的熱塑性、可堆肥性，加工方便，目前已被成功應用于汽車內飾、紡織、機械配件、醫學等領域。但聚乳酸玻璃化溫度低(約60℃)，導致一般聚乳酸基產品受熱50℃以上容易軟化變形，尺寸穩定性差，通常不能滿足使用的要求。因此，開發具有良好耐熱性能、力學性能和降解性能的聚乳酸基復合材料是對相關性能要求苛刻的材料領域亟待解決的問題。

中國專利申請號：200610037894.7公開了名稱為“聚乳酸/天然纖維復合材料及其生產方法”的專利，采用偶聯劑處理天然纖維后，與聚乳酸、抗氧劑、成核劑、潤滑劑熔融擠出造粒。該方法的優點在于偶聯劑改善了天然纖維與聚乳酸的界面相容性，具有較好的成型加工性，得到的材料可完全生物降解，但天然纖維復合改性針對聚乳酸的力學性能改善不佳，復合材料韌性提高不明顯，甚至會降低沖擊強度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種增強耐熱聚乳酸基復合材料及其制備方法，使聚乳酸基復合材料在保持原有可降解特性基礎上增強力學性能如拉伸強度和彎曲強度，并且提高了耐熱溫度，使聚乳酸基復合材料應用范圍擴大。

解決本發明技術問題所采用的技術方案是該增強耐熱聚乳酸基復合材料包括58-95重量份的聚乳酸、5-20重量份的超微酚醛纖維、5-20重量份的玻璃纖維、0.1-1重量份的抗氧劑及0.1-1重量份的穩定劑。采用超微酚醛纖維對聚乳酸進行改性，復合材料中仍以聚乳酸為主要原料，這是因為如果聚乳酸的含量小于50wt％，則減輕環境負荷的效果容易變得不充分。

酚醛纖維為熱固性樹脂所制成的交聯纖維，具有耐熱、阻燃、抗熔、耐化學腐蝕等優異特性，長期使用溫度為150-180℃。因而可以作為聚乳酸基復合材料的骨架結構，提高復合材料的軟化變形溫度。超微酚醛纖維與普通酚醛纖維相比更加短而細，更容易均勻分散在復合材料體系中，有利于酚醛纖維與聚乳酸及玻璃纖維的復合。

用玻璃纖維共混可改進聚乳酸基復合材料的力學性能。通過玻璃纖維的配合，能夠使復合材料的堅牢性增加，并且使復合材料的載荷撓曲溫度上升。同時由于玻璃纖維不可燃，因而又可以有效改善復合材料的阻燃性能，大大拓寬了聚乳酸的應用范圍。

抗氧劑及穩定劑的加入使復合材料耐老化性能得到改進，能夠長時間保持良好的性能，且外觀上不變色。

優選的是，所述聚乳酸分子量為20-30萬，所述超微酚醛纖維長度為50-100μm。

玻璃纖維在復合材料中主要起承載和增強作用，為了充分發揮玻璃纖維的承載和增強作用，減少玻璃纖維和聚乳酸基體的差異對復合材料界面的影響，有必要對玻璃纖維的表面進行處理，提高復合材料的綜合性能。

優選的是，所述玻璃纖維用0.1-1wt％硅烷偶聯劑水溶液浸泡處理1-5小時，優選3小時，且玻璃纖維長度為3-5mm。用硅烷偶聯劑處理玻璃纖維，可改善玻璃纖維與合成樹脂聚乳酸及超微酚醛纖維的界面性能，有利于玻璃纖維在復合材料中分散，并與聚乳酸和酚醛樹脂緊密結合，使復合材料的強度和黏結力顯著提高。

優選的是，所述硅烷偶聯劑為乙烯基三氯硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯氧基三甲氧基硅烷、β-(3，4-環氧環己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷，N-(β-氨基乙基)-γ氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-苯基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基巰基丙基三甲氧基硅烷或γ-氯丙基三甲氧基硅烷中的一種。

進一步優選的是，所述硅烷偶聯劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷。其主要的胺官能團能與一系列熱固性樹脂、熱塑性塑料和合成橡膠材料發生作用，廣泛應用于玻璃纖維的增強。在玻璃纖維增強的熱固性與熱塑性塑料中使用。在干濕態情況下使用這種硅烷時，玻璃纖維增強的熱塑性塑料在浸水以前和以后的抗彎曲強度和抗拉強度均上升。

優選的是，所述抗氧劑為四(β-(3，5二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸)季戊四醇酯、(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸十八酯，β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸環己酯或硫代二丙酸二月桂酯中的一種。

優選的是，所述穩定劑為順丁烯酸酐或環氧大豆油。