[发明专利]一种脂肪族聚碳酸酯纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明为一种脂肪族聚碳酸酯纳米复合材料及其制备方法。一种脂肪族聚碳酸酯纳米复合材料，所述的脂肪族聚碳酸酯纳米复合材料包括：聚碳酸丁二醇酯和改性镁基纳米粒子。本发明还公开了脂肪族聚碳酸酯纳米复合材料的制备方法。本发明所述的一种脂肪族聚碳酸酯纳米复合材料及其制备方法，由脂肪族聚碳酸酯和镁基无机填料通过原位催化共混技术获得，以镁基纳米粒子作为催化剂，催化熔融聚合反应，反应结束后残留的镁基纳米粒子均匀分散在聚合物基体中作为功能填料，可以实现填料的纳米级均匀分散，不但能显著改善材料的结晶和力学性能，还可以赋予材料优异的抗菌、阻燃和阻隔性能；并且具有工艺简单，绿色清洁的优点。

技术领域

本发明属于可生物降解高分子材料领域，具体涉及一种脂肪族聚碳酸酯纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

大量使用塑料导致的“白色污染”和“海洋微塑料”问题，已经成为人类社会所面临的重大环境问题。开发全生物降解聚合物替代传统塑料，被国际社会认为是解决塑料污染的最佳途径。因此，近两年开发全生物降解聚合物的合成和改性技术，成为高分子材料领域的研究热点。

目前，市面销售的PLA、PHAs、PPC、PCL、PBS和PBAT等具有全生物降解特性的聚合物均需要经过功能化改性以后才能满足成型加工要求。其中聚碳酸丁二醇酯(PBC)作为一种综合性能优异的脂肪族聚碳酸酯，具有性价比高和力学性能优异的特点，在全生物降解塑料领域具有广泛的应用前景。由于PBC为典型的线性分子结构，链锻间相互作用弱导致PBC存在的结晶速率慢和熔体强度等性能缺陷，限制了材料的规模化应用。

无机粒子和聚合物的复合，可将无机材料优异的尺寸稳定性和热稳定性，与有机高分子的韧性和易于加工成型等性能优势完美结合，一方面可以弥补聚合物性能的不足，进一步增强已有性能，实现聚合物的高性能化；另一方面还可以赋予聚合物新的功能特性，实现功能化。层状硅酸盐黏土、CaCO₃、SiO₂、TiO₂和ZnO等无机纳米粒子作为填料，在聚合物复合材料制备领域已经得到广泛研究，填料的引入可以显著提高聚合物的热形变温度、拉伸强度和气体阻隔等性能。

尽管关于采用机械、溶液、熔融和胶乳等共混法来制备高分子和无机纳米粒子复合物的技术已很普遍，但由于无机纳米粒子具有极性高和表面能大的特点，导致其在聚合物基体中极易团聚，从而很难实现纳米尺寸的均匀分散。

现有技术以碱土金属及其复合氧化物催化碳酸二苯酯和二元醇通过酯交换合成聚碳酸酯，提出该类催化剂无毒无害残留不会影响聚合物色泽和性能，但是催化剂浓度过低起不到助剂的作用，且碱土金属氧化物只适用于反应活性较高碳酸二苯酯参与的酯交换反应。催化剂适用范围窄且原料价格高增加了聚合物生产成本。

有鉴于此，发展一种绿色、便捷和高效的聚合物纳米复合材料制备方法对于高分子材料的高性能化和功能化仍具有重要的现实意义，从而本发明提出一种新的脂肪族聚碳酸酯纳米复合材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种脂肪族聚碳酸酯纳米复合材料，在PBC基体中加入了镁基纳米粒子作为填料和助剂，改善了PBC的综合性能，同时实现脂肪族聚碳酸酯的高性能化和功能化，获得一系列综合性能优异的脂肪族聚碳酸酯纳米复合材料。镁基纳米粒子无毒无害，且是植物生长必须的元素，降解后可被植物吸收。

为了实现上述目的，所采用的技术方案为：

一种脂肪族聚碳酸酯纳米复合材料，包括：聚碳酸丁二醇酯和改性镁基纳米粒子。

进一步地，所述的改性镁基纳米粒子含量占脂肪族聚碳酸酯纳米复合材料总质量的0.1-50％，聚合物质量占脂肪族聚碳酸酯纳米复合材料总质量的50-99.9％。

本发明的目的在于提供一种脂肪族聚碳酸酯纳米复合材料的制备方法，采用原位催化共混制备PBC镁基纳米粒子复合材料，从而很好的解决传统混法制备复合材料中纳米粒子分散不均匀和相容性差的关键技术问题。