CN105623216A - 一种改性的聚(β-羟基丁酸酯)复合材料的制备方法 - Google Patents
一种改性的聚(β-羟基丁酸酯)复合材料的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种改性的聚(β-羟基丁酸酯)复合材料的制备方法,涉及对聚(β-羟基丁酸酯)改性技术领域,也涉及可降解塑料技术领域。本发明利用乙基纤维素(EC)作为分散相,采用合适的工艺与聚(β-羟基丁酸酯)(PHB)熔融共混,使EC均匀分散于生物可降解聚酯PHB基体中,制备出高性能绿色聚合物材料,在纤维素基复合材料中,EC影响基体聚合物的晶体形态和结晶速率,甚至改变不相容共混体系的相容性和界面性质,最后改变基体聚合物的最终性能,从而控制复合材料的力学性能、结晶度和晶体形态。
Description
技术领域
本发明涉及对聚(β-羟基丁酸酯)改性技术领域,也涉及可降解塑料技术领域。
背景技术
近年来,生物基聚合物材料被用在不同的领域来缓解不可降解塑料制品带来的环境污染问题。
聚(β-羟基丁酸酯)(PHB)作为微生物合成的生物可降解材料吸引了广泛的关注,PHB是一种结晶度高、结晶速率快,较脆并且降解速率比较慢的材料,这限制了PHB的使用。PHB相对不是很高的分子量,也使得其在加工过程中展现出较低的熔体强度,这也限制了PHB材料最终的使用范围。
纤维素基材料由于其广泛的原材料来源和环境友好的特性而被大量研究,乙基纤维素(EC)作为典型的纤维素衍生物,具有热塑性、高机械强度、良好的耐热性以及热稳定性。
发明内容
本发明针对上述缺陷提供一种基于乙基纤维素改性的聚(β-羟基丁酸酯)的复合材料的制备方法,以改变不相容共混体系的相容性和界面性质,最后改变基体聚合物的最终性能。
本发明技术方案是:将干燥的乙基纤维素(EC)与聚(β-羟基丁酸酯)(PHB)置于密炼机中,在密炼机的温度为180℃、转子转速为90rpm的条件下,熔融共混取得到乙基纤维素改性的聚(β-羟基丁酸酯)的复合材料。
本发明利用乙基纤维素(EC)作为分散相,采用合适的工艺与聚(β-羟基丁酸酯)(PHB)熔融共混,使EC均匀分散于生物可降解聚酯PHB基体中,制备出高性能绿色聚合物材料,在纤维素基复合材料中,EC影响基体聚合物的晶体形态和结晶速率,甚至改变不相容共混体系的相容性和界面性质,最后改变基体聚合物的最终性能,从而控制复合材料的力学性能、结晶度和晶体形态。
进一步地,为了使复合材料中EC的质量百分含量可在1~20%中调节,所述乙基纤维素与聚(β-羟基丁酸酯)的投料质量比为1~25∶100。当复合材料中EC质量分数为1%时,复合材料的力学性能最佳。当复合材料中EC质量分数为20%时,复合材料出现逾渗行为。而当复合材料中EC质量分数为1~20%时,复合材料的结晶度和晶体形态发生变化。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的乙基纤维素改性的聚(β-羟基丁酸酯)的复合材料的扫描电镜图。
图2为本发明实施例3制备的乙基纤维素改性的聚(β-羟基丁酸酯)的复合材料的扫描电镜图。
图3为实施例1,实施例2,实施例3和对比例1的制备的乙基纤维素改性的聚(β-羟基丁酸酯)的复合材料的拉伸强度性能对比图。
图4为实施例1,实施例2,实施例3和对比例1的制备的乙基纤维素改性的聚(β-羟基丁酸酯)的复合材料的冲击强度性能对比图。
图5为实施例1,实施例2,实施例3和对比例1制备的乙基纤维素改性的聚(β-羟基丁酸酯)的复合材料的储能模量性能对比图。
图6为实施例1,实施例2,实施例3和对比例1制备的乙基纤维素改性的聚(β-羟基丁酸酯)的复合材料的损耗模量性能对比图。
图7为本发明制备的乙基纤维素改性的聚(β-羟基丁酸酯)的复合材料在不同温度下的球晶形态图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明。
以下结合实施例,对本发明的技术方案作进一步说明,但这些实施例的目的并不在于限制本发明的保护范围。在这些实施例中,除另有说明外,所有百分含量均以重量计。
一、生产实施例:
实施例1:
1、首先将乙基纤维素(EC)与聚(β-羟基丁酸酯)(PHB)置于真空干燥箱中,于60℃条件下干燥24h,冷却至室温,将质量比为1∶99的EC与PHB置于密炼机中,控制密炼机温度为180℃,转子转速为90rpm,熔融共混5min后,即得到乙基纤维素改性的聚(β-羟基丁酸酯)的复合材料。
2、使用微型注塑机将出料注射成标准哑铃型(32mm×4mm×2mm)和标准矩形(80mm×10mm×4mm)样条用于拉伸性能和冲击性能的测试。注射工艺为:料筒温度180℃,模具温度30℃,注射压力600bar,保压压力500bar。
实施例2:
1、首先将EC与PHB置于真空干燥箱中,于60℃条件下干燥24h,冷却至室温,将质量比为5∶95的EC与PHB置于密炼机中,控制密炼机温度为180℃,转子转速为90rpm,熔融共混5min后,即得到乙基纤维素改性的聚(β-羟基丁酸酯)的复合材料。
2、使用微型注塑机将出料注射成标准哑铃型(32mm×4mm×2mm)和标准矩形(80mm×10mm×4mm)样条用于拉伸性能和冲击性能的测试。注射工艺为:料筒温度180℃,模具温度30℃,注射压力600bar,保压压力500bar。
实施例3:
1、首先将EC与PHB置于真空干燥箱中,于60℃条件下干燥24h,冷却至室温,将质量比为20∶80的EC与PHB置于密炼机中,控制密炼机温度为180℃,转子转速为90rpm,熔融共混5min后,即得到乙基纤维素改性的聚(β-羟基丁酸酯)的复合材料。
2、使用微型注塑机将出料注射成标准哑铃型(32mm×4mm×2mm)和标准矩形(80mm×10mm×4mm)样条用于拉伸性能和冲击性能的测试。注射工艺为:料筒温度180℃,模具温度30℃,注射压力600bar,保压压力500bar。
对比例1:
1、首先PHB置于真空干燥箱中,于60℃条件下干燥24h,冷却至室温,将PHB置于密炼机中,控制密炼机温度为180℃,转子转速为90rpm,熔融混合5min后,即得到纯聚(β-羟基丁酸酯)材料。
2、使用微型注塑机将出料注射成标准哑铃型(32mm×4mm×2mm)和标准矩形(80mm×10mm×4mm)样条用于拉伸性能和冲击性能的测试。注射工艺为:料筒温度180℃,模具温度30℃,注射压力600bar,保压压力500bar。
二、分析:
图1、2分别为实施例1和实施例3取得的复合材料的扫描电镜图,从图中可以看出EC均匀分散在PHB基体中,并且分散相EC的尺寸不依赖于含量的变化。
从图3和图4的力学性能对比图可见:EC的加入有效改善了PHB的力学性能,当EC含量为1%时,拉伸强度提高了22%,从27.5MPa提高到33.3MPa。在该含量下,复合材料的冲击强度也最高。
从图5和图6的流变性能对比图可见:复合材料的模量随着EC含量的增加而明显提高,当EC含量达到20%时,体系的低频区的储能模量高于损耗模量,出现逾渗。
图7为实施例1,实施例2,实施例3和对比例1在不同温度下的球晶形态图。从图7中可以看出,PHB的球晶形态随着温度的变化从径束状转变成环带球晶。EC的加入使得环带球晶的球晶间距变小。
下表为实施例1,实施例2,实施例3和对比例1分别制成的复合材料在5℃/min的升降温速率下的差示扫描量热数据。
上表中,T c:结晶温度;T m:熔融温度;DH c:结晶焓;DH m:熔融焓。
由上表可见:复合材料的结晶温度随着EC含量的升高而降低,且EC的加入降低了复合材料的结晶度。
Claims (2)
1.一种改性的聚(β-羟基丁酸酯)复合材料的制备方法,其特征在于将干燥的乙基纤维素与聚(β-羟基丁酸酯)置于密炼机中,在密炼机的温度为180℃、转子转速为90rpm的条件下,熔融共混取得到乙基纤维素改性的聚(β-羟基丁酸酯)的复合材料。
2.根据权利要求1所述的改性的聚(β-羟基丁酸酯)复合材料的制备方法,其特征在于所述乙基纤维素与聚(β-羟基丁酸酯)的投料质量比为1~25∶100。
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