[发明专利]一种增强耐热聚乳酸基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种改性聚乳酸复合材料及其制备方法。

背景技术

随着化石资源的日益枯竭以及石油基制品导致的环境污染日益严重，可再生、可生物降解的聚乳酸(PLA)逐渐成为材料领域的研究热点。

聚乳酸是以天然可再生的淀粉等为原料发酵制得的生物高分子，其具有一定的机械性能和良好的热塑性、可堆肥性，加工方便，目前已被成功应用于汽车内饰、纺织、机械配件、医学等领域。但聚乳酸玻璃化温度低(约60℃)，导致一般聚乳酸基产品受热50℃以上容易软化变形，尺寸稳定性差，通常不能满足使用的要求。因此，开发具有良好耐热性能、力学性能和降解性能的聚乳酸基复合材料是对相关性能要求苛刻的材料领域亟待解决的问题。

中国专利申请号：200610037894.7公开了名称为“聚乳酸/天然纤维复合材料及其生产方法”的专利，采用偶联剂处理天然纤维后，与聚乳酸、抗氧剂、成核剂、润滑剂熔融挤出造粒。该方法的优点在于偶联剂改善了天然纤维与聚乳酸的界面相容性，具有较好的成型加工性，得到的材料可完全生物降解，但天然纤维复合改性针对聚乳酸的力学性能改善不佳，复合材料韧性提高不明显，甚至会降低冲击强度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种增强耐热聚乳酸基复合材料及其制备方法，使聚乳酸基复合材料在保持原有可降解特性基础上增强力学性能如拉伸强度和弯曲强度，并且提高了耐热温度，使聚乳酸基复合材料应用范围扩大。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该增强耐热聚乳酸基复合材料包括58-95重量份的聚乳酸、5-20重量份的超微酚醛纤维、5-20重量份的玻璃纤维、0.1-1重量份的抗氧剂及0.1-1重量份的稳定剂。采用超微酚醛纤维对聚乳酸进行改性，复合材料中仍以聚乳酸为主要原料，这是因为如果聚乳酸的含量小于50wt％，则减轻环境负荷的效果容易变得不充分。

酚醛纤维为热固性树脂所制成的交联纤维，具有耐热、阻燃、抗熔、耐化学腐蚀等优异特性，长期使用温度为150-180℃。因而可以作为聚乳酸基复合材料的骨架结构，提高复合材料的软化变形温度。超微酚醛纤维与普通酚醛纤维相比更加短而细，更容易均匀分散在复合材料体系中，有利于酚醛纤维与聚乳酸及玻璃纤维的复合。

用玻璃纤维共混可改进聚乳酸基复合材料的力学性能。通过玻璃纤维的配合，能够使复合材料的坚牢性增加，并且使复合材料的载荷挠曲温度上升。同时由于玻璃纤维不可燃，因而又可以有效改善复合材料的阻燃性能，大大拓宽了聚乳酸的应用范围。

抗氧剂及稳定剂的加入使复合材料耐老化性能得到改进，能够长时间保持良好的性能，且外观上不变色。

优选的是，所述聚乳酸分子量为20-30万，所述超微酚醛纤维长度为50-100μm。

玻璃纤维在复合材料中主要起承载和增强作用，为了充分发挥玻璃纤维的承载和增强作用，减少玻璃纤维和聚乳酸基体的差异对复合材料界面的影响，有必要对玻璃纤维的表面进行处理，提高复合材料的综合性能。

优选的是，所述玻璃纤维用0.1-1wt％硅烷偶联剂水溶液浸泡处理1-5小时，优选3小时，且玻璃纤维长度为3-5mm。用硅烷偶联剂处理玻璃纤维，可改善玻璃纤维与合成树脂聚乳酸及超微酚醛纤维的界面性能，有利于玻璃纤维在复合材料中分散，并与聚乳酸和酚醛树脂紧密结合，使复合材料的强度和黏结力显著提高。

优选的是，所述硅烷偶联剂为乙烯基三氯硅烷、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-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-缩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-甲基巯基丙基三甲氧基硅烷或γ-氯丙基三甲氧基硅烷中的一种。

进一步优选的是，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。其主要的胺官能团能与一系列热固性树脂、热塑性塑料和合成橡胶材料发生作用，广泛应用于玻璃纤维的增强。在玻璃纤维增强的热固性与热塑性塑料中使用。在干湿态情况下使用这种硅烷时，玻璃纤维增强的热塑性塑料在浸水以前和以后的抗弯曲强度和抗拉强度均上升。

优选的是，所述抗氧剂为四(β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八酯，β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸环己酯或硫代二丙酸二月桂酯中的一种。

优选的是，所述稳定剂为顺丁烯酸酐或环氧大豆油。