[發明專利]一種改性聚乳酸復合材料及其制造方法和應用

有效

• 申請號: 201610595260.7
• 申請日: 2016-07-26
• 公開（公告）號: CN106189136B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 周英輝;任杰;陳瑤;李其龍;余啟生;程文超;李禹涵;熊值;汪偉平;袁剛;楊磊
• 申請（專利權）人: 同濟大學;武漢金發科技有限公司
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L51/00;C08K13/04;C08K7/28;C08K7/24;C08K7/14;B33Y70/00;B29C47/92
• 代理公司: 廣州致信偉盛知識產權代理有限公司44253
• 代理人: 伍嘉陵

技術領域

本發明涉及高分子材料技術領域，特別涉及一種改性聚乳酸復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

聚乳酸（PLA）是可再生（生物基合成樹脂）且可生物降解的重要的石油基樹脂的替代材料，近些年，較多的科研人員對其進行了研究和開發。聚乳酸復合材料的環保特性使其具有廣闊的應用前景，但聚乳酸材料仍有很多缺點，如密度高，強度低，不耐熱，易水解等，極大的限制著聚乳酸取代現有其他石油基塑料材料應用推廣。

在用玻璃纖維增強樹脂的過程中，由于玻璃纖維與樹脂在微觀界面上存在完全不相容的現象，微觀相分離的存在導致復合材料的整體性能難以提升，因此，保障玻璃纖維與纖維之間充分分散開，且在樹脂中分布均勻是至關重要的。特別是當玻璃纖維直徑較小時，在改性聚乳酸樹脂時玻璃纖維的分散和分布就越難做到理想，主要體現在玻璃纖維與樹脂界面間的親和性難以提升，因此復合材料的整體性能基本無法提高。同時，玻璃纖維的直徑又不能太大，過大直徑的玻璃纖維雖然和樹脂界面的親和性好，但是直徑越大，玻璃纖維增強的效果就越差。另外，對聚乳酸進行改性時，使用的填料一般都為礦物填料，密度較大，生產出的聚乳酸復合材料的密度相應增大。針對上述現有技術存在的缺點，如何利用直徑范圍較小的的玻璃纖維來增強聚乳酸，生產出一種耐熱性好、機械強度高、拉伸性能好、密度較小的改性聚乳酸復合材料成為當今亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種耐熱性好、機械強度高、拉伸性能好、密度較小改性聚乳酸復合材料。

本發明的另一目的在于提供上述改性聚乳酸復合材料的制造方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種改性聚乳酸復合材料，其特征在于：按重量份計，所述改性聚乳酸復合材料包括以下組分：

聚乳酸樹脂 48~78.6份

無機填料 5~15份

玻璃纖維 15~30份

其中，無機填料選自空心玻璃微珠和空心陶瓷微珠中的一種或兩種混合物，玻璃纖維選自直徑為5～10μm的連續纖維或短切纖維。

玻璃纖維是單位拉伸模量為80GPa～120 GPa的高強玻璃纖維。

所述無機填料優選為空心玻璃微珠和空心陶瓷微珠的混合物，且空心玻璃微珠和空心陶瓷微珠的質量復配比在1:4～1:1范圍內，特別優選1:3～1:1.5。

高強玻璃纖維的直徑小于5um，玻璃纖維增強效果較好，但是由于其直徑太小，在改性時分散和分布較為困難，纖維與樹脂界面間的親和性的提升很難改善，相應的復合材料的整體性能將無法提高；高強纖維的直徑大于10um時，雖能在改性時分散和分布比較理想，但是纖維增強效果明顯不如直徑小的高強玻璃纖維，所以，選取直徑為5～10um的高強玻璃纖維是較為合適的。

無機填料具有封閉的中空結構，通過其在聚乳酸樹脂中的良好分散，可以實現最終獲得的塑料制品的多重功能，如降低聚乳酸的密度等，同時它也可以達到作為無機填料的基本功能，如在一定程度上增加聚乳酸材料的耐熱性、機械強度和拉伸強度。經過實驗意外的發現，當空心玻璃微珠和空心陶瓷微珠的質量復配比為1:4～1:1，制成的改性聚乳酸復合材料的機械性能、拉伸強度、耐熱性較同等質量的其他比例組成的無機填料更好，而當上述質量復配比為1:3～1:1.5時所述聚乳酸復合材料的機械性能、拉伸強度、耐熱性的改善更為明顯。

改性聚乳酸復合材料還包括1～5份的分散劑；所述分散劑為馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體；所述馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體的馬來酸酐接枝率在0.65%~0.95%范圍內，且選自馬來酸酐接枝乙烯～辛烯共聚物、馬來酸酐接枝乙烯～丁烯共聚物、馬來酸酐接枝乙烯～丙烯共聚物、馬來酸酐接枝乙烯～丙烯～辛烯三元共聚物、馬來酸酐接枝乙烯～丙烯～丁二烯三元共聚物、馬來酸酐接枝苯乙烯～丁二烯～苯乙烯共聚物、馬來酸酐接枝氫化的苯乙烯～丁二烯～苯乙烯三元共聚物、馬來酸酐接枝乙烯～丙烯酸酯共聚物的一種或幾種混合物；

所述馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體通常作為增韌劑使用，其加入可大大改善體系的抗沖擊性能和韌性。本發明采用馬來酸酐接枝后的聚烯烴彈性體，主要目的是利用其更低的加工粘度以及其特有的雙向親和力，改善聚乳酸材料體系的分散粘度，確保無機填料和高強玻璃纖維在加工過程中，使用極低的剪切力即可實現均勻分散，使空心結構和高強玻璃纖維的高長徑比結構得以保留，同時也可起到一定的增韌效果。

改性聚乳酸復合材料還包括0.2～1份的偶聯劑；所述偶聯劑為含有氨基的硅烷偶聯劑，優選為雙氨基硅烷偶聯劑。