一种高强度高抗冲高耐热聚乳酸复合材料、制备方法及应用与流程

本发明属于生物降解复合材料，具体涉及一种高强度高抗冲高耐热聚乳酸复合材料、制备方法及应用。

背景技术：

1、近年来，传统高分子材料所带来的“白色污染”和“微纳米塑料”日益严峻，会严重破地球生态系统并影响人类的健康安全。随着人们环境保护的意识逐渐增强，生物基可降解新材料受到学术界和企业界越来越多的关注。其中，聚乳酸(pla)来源于可再生生物质资源，并且可以完全生物降解，符合绿色可持续经济的发展需求。但是，pla脆性大和耐热性差，分别表现为缺口冲击强度仅为3kj/m2左右和耐热温度仅为50℃左右，这严重限制了其应用领域。

2、为了保持pla的完全生物降解性能，常采用聚丁二酸丁二醇酯(pbs)和/或聚对苯二甲酸/己二酸丁二醇酯(pbat)等生物降解材料对pla进行增韧改性。然而，pbs和pbat对pla具有较低的增韧效率。只有当pbs、pbat的添加量达到20％以上，才可以显著提高pla的韧性。但是，高含量pbs、pbat会导致pla的强度和耐热性大幅度降低。如何制得高强高抗冲高耐热的聚乳酸材料成为行业的难题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

2、一种高强高抗冲高耐热聚乳酸复合材料，所述高强高抗冲高耐热聚乳酸复合材料的制备原料按质量百分数计包括59％-84.9％聚乳酸、15％-40％改性玻璃纤维和0.1-1％加工助剂；

3、所述改性玻璃纤维的制备原料按照重量份计包括：玻璃纤维87.0-98.9份、乳酸低聚物1.0-10.0份、偶联剂0.1-3.0份。

4、进一步地，所述玻璃纤维为市售短玻璃纤维，纤维直径为1-15um，纤维长度为2-5mm。

5、进一步地，所述加工助剂包括抗氧剂、润滑剂、抗水解剂以及稳定剂。

6、进一步地，所述乳酸低聚物为乳酸-丁二酸丁二醇酯共聚物或乳酸-己内酯共聚物，所述乳酸低聚物的熔点低于150℃，分子量为5000-15000g/mol。

7、进一步地，所述偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、n-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、n-(2-氨乙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷、n-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-脲丙基三甲氧基硅烷、n-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、n-(2-氨基乙基)-3-氨基异丁基甲基二甲氧基硅烷、3-(二乙烯三胺基)丙基三甲氧基硅烷、β-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基甲基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基甲基二乙氧基硅烷、3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酸基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

8、一种高强高抗冲高耐热聚乳酸复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

9、s1、将玻璃纤维、乳酸低聚物和偶联剂加入高速混合机热混锅；向热混锅中通入氮气，防止乳酸低聚物高温分解，然后边加热边搅拌得到混合物料；将混合物料放入高速混合机的冷混锅进行冷却至50℃以下，即得到改性玻璃纤维；

10、s2、将聚乳酸、改性玻璃纤维以及加工助剂混合均匀得到共混物料；将共混物料加入双螺杆挤出机，经过熔融、挤出、拉条、风冷、切粒，即得到高强高抗冲高耐热聚乳酸复合材料。

11、进一步地，步骤s1中，热混锅中的加热温度为100-150℃、转速为100-600rpm，混合时间10-30min。

12、进一步地，步骤s2中所述的双螺杆挤出机的螺杆长径比为36:1～48:1、螺杆温度为180℃～210℃。

13、上述所述的一种高强高抗冲高耐热聚乳酸复合材料作为原材料在一次性餐具、一次性易耗品、片材、板材、电子电器制品以及汽车内饰产品中具有广泛应用前景。

14、本发明的有益效果：本发明采用改性玻璃纤维同时作为增强剂、抗冲改性剂和耐热改性剂，可以同时赋予聚乳酸高强度、高抗冲击性和高耐热性，这归因于改性玻璃纤维在聚乳酸基体中可有效形成刚性缠结网络结构，从而起到类似“钢筋”在水泥中的支撑作用。同时，本发明解决了常规增韧剂导致聚乳酸强度及耐热大幅度降低的问题，最终获得高强度、高抗冲、高耐热的“三高”聚乳酸复合材料。

技术特征：

1.一种高强高抗冲高耐热聚乳酸复合材料，其特征在于，所述高强高抗冲高耐热聚乳酸复合材料的制备原料按质量百分数计包括59％-84.9％聚乳酸、15％-40％改性玻璃纤维和0.1-1％加工助剂；

2.根据权利要求1所述的一种高强高抗冲高耐热聚乳酸复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为市售短玻璃纤维，纤维直径为1-15um，纤维长度为2-5mm。

3.根据权利要求1所述的一种高强高抗冲高耐热聚乳酸复合材料，其特征在于，所述加工助剂包括抗氧剂、润滑剂、抗水解剂以及稳定剂。

4.根据权利要求1所述的一种高强高抗冲高耐热聚乳酸复合材料，其特征在于，所述乳酸低聚物为乳酸-丁二酸丁二醇酯共聚物或乳酸-己内酯共聚物，所述乳酸低聚物的熔点低于150℃，分子量为5000-15000g/mol。

5.根据权利要求1所述的一种高强高抗冲高耐热聚乳酸复合材料，其特征在于，所述偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、n-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、n-(2-氨乙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷、n-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-脲丙基三甲氧基硅烷、n-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、n-(2-氨基乙基)-3-氨基异丁基甲基二甲氧基硅烷、3-(二乙烯三胺基)丙基三甲氧基硅烷、β-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基甲基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基甲基二乙氧基硅烷、3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酸基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

6.一种高强高抗冲高耐热聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种高强高抗冲高耐热聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，热混锅中的加热温度为100-150℃、转速为100-600rpm，混合时间10-30min。

8.根据权利要求6所述的一种高强高抗冲高耐热聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述的双螺杆挤出机的螺杆长径比为36:1～48:1、螺杆温度为180℃～210℃。

9.如权利要求1-5任一所述的高强高抗冲高耐热聚乳酸复合材料作为原材料在一次性餐具、一次性易耗品、片材、板材、电子电器制品以及汽车内饰产品中具有广泛应用前景。

技术总结本发明属于生物降解复合材料技术领域，具体涉及一种高强度高抗冲高耐热聚乳酸复合材料、制备方法及应用；所述聚乳酸复合材料的制备原料按质量百分数计包括59％‑84.9％聚乳酸、15％‑40％改性玻璃纤维和0.1‑1％加工助剂；所述改性玻璃纤维的制备原料按照重量份计包括：玻璃纤维87.0‑98.9份、乳酸低聚物1.0‑10.0份、偶联剂0.1‑3.0份。本发明采用改性玻璃纤维作为增强剂、抗冲改性剂和耐热改性剂，可以同时赋予聚乳酸高强度、高抗冲击性和高耐热性，这归因于改性玻璃纤维在聚乳酸基体中可有效形成刚性缠结网络结构，从而起到类似“钢筋”在水泥中的支撑作用。同时，本发明解决了常规增韧剂导致聚乳酸强度及耐热大幅度降低的问题，最终获得高强度、高抗冲、高耐热的“三高”聚乳酸复合材料。技术研发人员：李鹏,李召,黄浩,邓光宇受保护的技术使用者：安徽金普瑞新材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4