[發明專利]兼具抗拉伸和抗沖擊性能聚乳酸復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010816257.X
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN111978694B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 張心亞;董德軒;盛鑫鑫;黃浩煒;盧翔
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08K9/10;C08K9/04;C08K3/14;C08K3/28;C08F292/00;C08F220/06;C08F285/00;C08F220/18;C08F222/14;C08F220/14;C08F220/32;C08F220/28
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李本祥

本發明公開了兼具抗拉伸和抗沖擊性能聚乳酸復合材料及其制備方法，屬于高分子材料領域。該制備方法先制備兩種規格的改性二維納米材料MXene，然后制備無機核?有機殼結構丙烯酸雜化聚合物抗沖增韌中間體；抗沖增韌中間體是包括短片二維無機納米材料MXene和增加界面相容性的外層功能單體的改性核殼丙烯酸抗沖擊增韌劑；再制備包覆相雜化無機物復合強韌改性劑，復合強韌改性劑是外包覆有增韌中間體的長片二維納米材料MXene的雜化增強劑。將聚乳酸基體樹脂和復合強韌改性劑熔融共混擠出得到具有明顯抗拉伸和抗沖擊效果的聚乳酸復合材料。所得拉伸強度是空白聚乳酸的112％，沖擊韌性提高10倍。

技術領域

本發明涉及一種聚乳酸材料，特別是涉及一種兼具抗拉伸和抗沖擊性能聚乳酸復合材料及其制備方法，屬于高分子材料領域。

背景技術

聚乳酸是一種由生物原材料乳酸所得的聚合物，由于其良好的物理機械性質，可生物降解性和生物相容性便得到了研究人員的密切關注，可為石油基聚合物過渡到綠色環保非石油基聚合物做出替代性嘗試。其作為綠色環保可降解的塑料制品具有廣泛的應用，目前主要用于食品包裝，非織造服裝、日常環保塑料、紙制品、建筑、農林業、和醫療衛生等領域，但是又由于其質脆和抗沖擊韌性低的缺點，應用范圍被限制。將增韌劑和聚乳酸進行共混增韌改性是業內最經濟簡單的方法。可選擇彈性體對聚乳酸增韌，其增韌的效果明顯受增韌劑的種類，形狀結構，尺寸，與聚乳酸的界面相容性以及在聚乳酸體相內的分散性等參數的影響。核殼結構丙烯酸增韌劑的核層能提供韌性效能，耗散沖擊能量，提高整體沖擊韌性。殼層能保持核層相對完整，降低泄露的可能，同時使得核殼粒子相對獨立，不粘連，利于提高分散性和提供一定的強度。

中國發明專利申請CN108424495A公開了一種在尺寸方面進行改進的核殼結構丙烯酸增韌劑，并用于聚乳酸的增韌，能夠使得增韌聚乳酸的沖擊韌性提高到空白聚乳酸的16倍，獲得良好的效果，但是其材料的拉伸強度從原本的52MPa下降到了35MPa，這就限制了其應用范圍，并且其外殼的設計上主要為甲基丙烯酸甲酯，而甲基丙烯酸甲酯與聚乳酸的界面間的主要是非反應性連接力，這就十分容易產生界面剝離現象。

加入彈性體能達到增韌的目的，但也會降低其拉伸強度。此時可以共混增強劑來提高其強度；MXene是一種新型的無機二維納米片，組成上來說是一種過渡金屬碳或氮化合物。通常由陶瓷材料MAX相經過刻蝕得到，根據刻蝕程度和超聲剝離情況可得到單片層、寡層和多層的MXene。MXene二維片的比表面積大，表面上有羥基，氧基和氟基，擁有可觀的導電性，親水性，拉伸模量和結構穩定性等性質。

中國發明專利申請CN109608841A公開了一種MXene在聚乳酸的增強方面的制備方法，增強聚乳酸拉伸強度相比純聚乳酸增加50％；取得較好的增強效果，但是其韌性下降了兩倍多，由1.73kJ/m到0.66kJ/m²，而在設計操作上是直接將MXene和聚乳酸共混擠出，在此過程會發生二維片層材料的團聚問題。

對于既有要求增韌又要求增強的改性塑料而言，一般是組成既有增韌劑又有增強劑的三元混合物，并期待兩者能夠發揮協效作用。通常的做法是簡單的預混合后直接進行共混。而且要求保證各自的組分能夠在形態學，界面性和分散性都要達到一定的要求且不沖突。而先將兩者進行結合后再進行共混，同時保持形態、界面和分散性滿足要求也是一種思路，這樣可以將三元混合簡化為二元混合，可減小加工過程的不確定和混料不均等問題。

中國發明專利CN106867213A公開了一種直接將硅烷偶聯劑、反應性增韌劑、短碳纖維增強劑、聚乳酸和其他助劑直接混合并熔融擠出的技術方案，得到是增強和增韌改性聚乳酸，其拉伸強度相比純聚乳酸提高50％，取得一定的效果；但是其缺口沖擊強度只有11kJ/m²，該材料是在提高拉伸性能的同時降低了增韌效果，不能實現同時提高材料的拉升性能和增韌性能。

發明內容