[发明专利]一种生物降解增韧复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生物降解增韧复合材料及其制备方法，属于材料技术领域，其是以改性碳纳米管、聚乳酸、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯和二‑(叔丁基过氧化异丙基)苯为原料，经挤出注射成型法制得所述生物降解增韧复合材料。其中，将酸化后的碳纳米管经过硅烷偶联剂处理以改善常规碳纳米管的分散性及与基体的结合性，并通过二‑(叔丁基过氧化异丙基)苯的使用可改善聚乳酸和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的相容性。本发明生物降解增韧复合材料的制备方法简单，韧性有较大提升，可应用于汽车、包装、电子、航空航天等领域。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种生物降解增韧复合材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸（PLA）是一种可生物降解的环保材料，其来源于植物（玉米、木薯、甜菜等）提取的淀粉。聚乳酸可以在潮湿环境或微生物环境下实现降解，并且产生对环境无害的水和二氧化碳。但聚乳酸韧性、塑性、耐热性较差，限制了其在许多方面的应用。

聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）是由石油化工产品合成的可生物降解材料，具备良好的延展性、耐热性、韧性，但强度低，模量小。聚乳酸与聚己二酸/对苯二甲丁酸二酯展现出来的力学性能完全相反，因此共混材料可以实现两者互补，弥补聚乳酸低韧等缺点。

聚乳酸和聚己二酸/对苯二甲丁酸二酯的溶解度参数分别为10.1和23.0(cal·cm⁻³)^1/2。由于两种聚合物溶解度参数之差，两组分溶解度参数差异较大，因此，PLA与PBAT相容性较差。目前有人使用过氧化二异丙苯（DCP）作为相容剂促使两者混合，但在加热情况下会产生苯乙酮、甲烷等有害气体。

碳纳米管（CNTs）是由石墨烯片卷曲而成的一维管状纳米材料，其本身具有突出的力学、电学和热学等性能使其成为复合材料优异的增强体，将其添加到聚合物中能够有效增强聚合物的力学、电学、热学等性能。但作为填料其分散状态不好，与基体之间的相容性较差。

二-(叔丁基过氧化异丙基)苯（BIBP）与DCP类似，属于过氧化物自由基交联剂。BIBP无毒、不产生难闻的气味。本发明通过改性以提高碳纳米管的分散性以及与树脂的结合性，再将其与聚乳酸、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯共混，并加入较为环保的二-(叔丁基过氧化异丙基)苯改善基体的相容性，以使所得共混材料的韧性得到提高，进一步拓宽了高密度聚乳酸的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物降解增韧复合材料及制备方法，其可使聚乳酸具有较高的韧性以及塑性，扩宽聚乳酸的应用范围。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种生物降解增韧复合材料，其所用原料按重量百分数计为：聚乳酸78.72~79.68%，聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯19.68~19.92%，二-(叔丁基过氧化异丙基)苯0.4%，改性碳纳米管0~1.2%，各原料重量百分数之和为100%。

所述聚乳酸中L-乳酸含量大于98%，密度为1.24g/cm³，分子量为120000g/mol。

所述聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的密度为1.26g/cm³，分子量为24000g/mol。

所述二-(叔丁基过氧化异丙基)苯的密度为1.08 g/cm³，分解温度182℃(半衰期1分钟)。

所述改性碳纳米管是采用化学气相沉积法制备获得，其具体是先将碳纳米管溶于体积分数为95%的乙醇溶液中，使用超声波细胞粉碎机超声形成碳纳米管分散液；将KH-570溶于体积分数为95%的乙醇溶液中，超声后加入上述碳纳米管分散液中，再加入HCl调节体系pH至3~4，然后移入60℃水浴中，加热并磁力搅拌12h，洗涤过滤至中性，干燥，得到所述改性碳纳米管；其中，改性碳纳米管与所用KH-570的质量比为1:3。