[发明专利]一种快速结晶型聚乳酸复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种快速结晶型聚乳酸复合材料的制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)是一种具有优良的生物相容性的聚合物，其来源于可再生资源农作物(如玉米)，最突出的优点是生物可降解性，其使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，对保护环境非常有利。聚乳酸具有良好的力学性质、热塑性、成纤性、透明度高，适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便，被产业界定为新世纪最有发展前途的新型材料。但是作为工程塑料应用，聚乳酸存在结晶速率慢，成型制品的收缩率大、质脆等缺点。为此，国内外对如何提高聚乳酸的结晶速率、降低其玻璃化转变温度、如何提高其韧性等方面进行了较广泛的研究。其中，添加结晶成核助剂提高聚合物结晶速度是一种在聚合物改性加工中常用的方法。结晶成核剂可分为有机、无机两大类。常用的有机成核剂有含有苯环的碱金属盐类和长碳链脂肪羧酸金属盐，研究发现这类的金属盐会引起聚酯的降解，从而降低其力学性能、热稳定性能等。无机成核剂主要有蒙脱土TiO₂、CaO、MgO、BaSO₄、SiO₂、Al₂O₃等，因其卓越的化学和热稳定性、加工性、高阻隔性、高模量、功能性等特性成为研究热点。

传统的共混熔融改性法存在着结晶成核剂在聚合物中团聚和分散不均匀的弊病。专利CN1366004利用双螺杆挤出机将成核剂与聚酯材料共混加工，改善了成核剂分散问题且提高了聚酯结晶速度，但是对于生物可降解材料来说，加工中热降解剧烈，提高结晶速度的同时也降低了分子量。

经对现有技术的公开文献检索发现，中国专利申请号为200410066594.2，名称为：利用纳米二氧化硅原位制备快速结晶型聚酯的方法，公开号为：1616518A，该专利公开了有机表面改性纳米SiO₂为结晶成核剂，原位制备PET类聚酯复合材料，提高了结晶速率，克服了加工时生产效率低的问题。但是此方法并为涉及具有旋光性和生物可降解性的聚乳酸材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速结晶型聚乳酸复合材料的制备方法。

本发明提出的快速结晶型聚乳酸复合材料的制备方法，以乳酸或者丙交酯为原料，采用常规方法进行聚合反应，在聚合过程中添加纳米成核剂，得到聚乳酸复合材料，其中，纳米成核剂的加入量为原料加入量的0.1-10wt％。

本发明以聚乳酸常规制备方法(一步法和两步法)为基础，在反应开始或者反应初期采用有效的纳米成核剂进行原位复合，得到具有快速结晶性能的聚乳酸复合材料。

本发明中，所用纳米成核剂的粒径小于100纳米，或者片层间距小于100纳米。

本发明中，所述成核剂为纳米级金属氧化物、纳米级无机非金属或纳米级复合物；

本发明中，所述纳米级金属氧化物成核剂为TiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃或ZnO等中任一种。

本发明中，所述纳米级无机非金属成核剂为二氧化硅、滑石粉或CaF₂等中任一种。

本发明中，所述纳米级复合物成核剂包括蒙脱土、复合物NA(铝基磷酸酯复合物与水滑石相结合)等中任一种。

本发明首选无毒、稳定的无机纳米成核剂，在不影响聚乳酸色相的前提下提高了制品的耐老化性能。

本发明克服了传统共混熔融法存在着结晶成核剂在聚合物中团聚和分散不均匀的弊病，真正意义上实现了纳米均匀分散效果。采用原位复合的方法改性聚乳酸，不仅克服了加工时生产效率低的问题，而且避免了添加成核剂提高结晶速度的同时也降低了聚乳酸分子量的不足。本发明制得的聚乳酸复合材料不仅加工性、力学性能与耐热性能不受影响或有一定幅度提高，而且结晶速度大大提高，缩短了加工成型周期。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明，但不限制本发明的内容。

实施例1

将L-乳酸10Kg加入到30L反应釜中，升温至80℃，抽真空至釜内压力4000Pa，脱水2小时。然后加入催化剂和纳米SiO₂100g(1wt％)，从80℃逐步升温到150℃，控制釜内压力1000Pa左右，聚合10小时。再升温到165℃，在釜内压力为50Pa下反应15小时，得到特性粘度为0.81dl/g的聚乳酸，在120℃条件下等温结晶速度(1/t_1/2)为0.5441min^-1。

实施例2