CN105754309A - 一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法，(1)板栗壳粉的制备；(2)将钾长石粉下干燥，与硬脂酸以及板栗壳粉混合均匀，移至高速捏合机中，一级搅拌至65℃后改成二级搅拌，温度升至70℃后继续二级搅拌，冷却至室温后得到改性粉体；(3)将聚羟基脂肪酸酯于干燥后粉碎，与改性粉体一起加入高速混合机中混合12分钟，得到混合料，将混合料加入双螺杆挤出机中熔融、共混、挤出、冷却、切粒，得到聚羟基脂肪酸酯基复合材料。本发明制备出的复合材料具有很好的力学性能和耐热性能，应用范围较广。
Description
技术领域：
本发明涉及一种复合材料，特别是涉及一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法。
背景技术：
聚羟基脂肪酸酯(英文简写为PHA)是由很多细菌合成的一种胞内聚酯，在生物体内主要是作为碳源和能源的贮藏性物质而存在，它具有类似于合成塑料的物化特性及合成塑料所不具备的生物可降解性、生物相容性。天然的或合成的生物可降解的高分子材料往往有很高的水蒸气透过性，这在食品保鲜中是不利的，而PHA则具有良好的气体阻隔性，使其可能应用在较长时间的鲜品保鲜包装上。另—方面，PHA还具有较好的水解稳定性，将由PHA制成的杯子用75℃的自动洗碗机洗20个循环，其形状和分子量都没有发生变化。此外，与其它聚烯烃类、聚芳烃类聚合物比，PHA还具有很好的紫外稳定性。PHA还可作为生物可降解的环保溶剂的来源，如乙基羟基—酸EHB(ethyl3—hydroxy—butyrate)是水溶性的，具有低挥发性，可以用于清洁剂、胶粘剂、染料、墨水的溶剂。以上优良的性能使得PHA可以在包装材料、粘合材料、喷涂材料和衣料、器具类材料、电子产品、耐用消费品、农业产品、自动化产品、化学介质和溶剂等领域中得到应用。
公开号为CN102850741A、公开日为2013.01.02、申请人为江苏兆鋆新材料科技有限公司的中国专利公开了“一种聚羟基脂肪酸酯全降解复合材料及其制备方法与应用”，该复合材料包括按重量配比的以下组分：均聚聚羟基脂肪酸酯30-80份，共聚聚羟基脂肪酸酯20-70份，植物纤维15-40份，偶联剂1.5-6份，抗氧剂0.5-10份，加工助剂1-6份。该发明制备的聚羟基脂肪酸酯全降解复合材料可完全替代传统改性聚丙烯等通用塑料，且具有生物全降解特性，可100％回收。不过，该复合材料仍然存在一定的缺陷：力学性能不够理想，耐热性能比较差，因此制约了其应用范围。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是提供一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法，制备出的复合材料具有很好的力学性能和耐热性能，应用范围较广。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将板栗壳浸泡于盐酸溶液中24小时，取出后置于真空干燥箱中70℃下烘干至恒重，用粉碎机打碎后与磨球一起放入球磨机中研磨5小时，取出后冷却至室温得到板栗壳粉备用；
(2)将钾长石粉于80℃下干燥8小时，与硬脂酸以及步骤(1)得到的板栗壳粉混合均匀，移至高速捏合机中，一级搅拌至65℃后改成二级搅拌，温度升至70℃后继续二级搅拌40分钟，冷却至室温后得到改性粉体；
(3)将聚羟基脂肪酸酯于90℃下干燥5小时后粉碎，与步骤(2)得到的改性粉体一起加入高速混合机中混合12分钟，得到混合料，将混合料加入双螺杆挤出机中熔融、共混、挤出、冷却、切粒，得到聚羟基脂肪酸酯基复合材料。
优选地，本发明所述步骤(1)中，盐酸溶液的体积分数为12％。
优选地，本发明所述步骤(1)中，磨球的直径为2mm。
优选地，本发明所述步骤(1)中，板栗壳与磨球的重量比为3.5:1。
优选地，本发明所述步骤(2)中，钾长石粉、板栗壳粉、硬脂酸的重量比为100:50:1。
优选地，本发明所述步骤(2)中，一级搅拌时的搅拌速度为600rpm。
优选地，本发明所述步骤(2)中，二级搅拌时的搅拌速度为1200rpm。
优选地，本发明所述步骤(3)中，按重量份数计，聚羟基脂肪酸酯70-75份，改性粉体25-30份。
优选地，本发明所述步骤(3)中，高速混合机的搅拌速度为1400rpm。
优选地，本发明所述步骤(3)中，双螺杆挤出机的熔融温度为160-190℃，螺杆转速为400rpm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)板栗壳是板栗的外壳，属于回收性植物材料，具有很好的机械性能和降解性能，不过其表面存在较多杂质，与PHA基体之间的相容性不佳，而且颗粒较大，分散均匀性较差，因此本发明先通过盐酸除去了板栗壳表面的杂质，再通过球磨机将板栗壳球磨成粒径很小的板栗壳粉，然后通过硬脂酸对板栗壳粉进行了表面处理，板栗壳粉表面的羟基与硬脂酸发生了化学键合反应，同时硬脂酸的有机基团与PHA基体能形成化学结合，使得板栗壳粉与PHA基体之间的相容性得到了很大改善，形成的界面结合强度也得到了很大提高，使得板栗壳粉对PHA基体能起到很好的增强作用，从而大大提高了复合材料的力学性能；此外，板栗壳本身具有一定的抗菌消炎作用，因此还可有效提高复合材料的抗菌性能。
2)钾长石是一种具有片层结构的铝硅酸盐矿物，其耐热性能很好，经过硬脂酸表面处理后与PHA基体可形成很好的界面结合，而且硬脂酸进入了钾长石的片层之间，将片层撑开加大了片层的间距，使得PHA的大分子链能进入钾长石片层，形成界面很好的插层复合结构，受到高温作用时钾长石片层可起到很好的热量阻隔作用，大大降低热量对PHA的影响，从而大大提高复合材料的耐热性能；此外，钾长石的硬度很高，耐磨性很好，因此还可有效提高复合材料的耐磨性能。
具体实施方式：
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将板栗壳浸泡于体积分数为12％的盐酸溶液中24小时，取出后置于真空干燥箱中70℃下烘干至恒重，用粉碎机打碎后与的直径为2mm磨球一起放入球磨机中研磨5小时，板栗壳与磨球的重量比为3.5:1，取出后冷却至室温得到板栗壳粉备用；
(2)将钾长石粉于80℃下干燥8小时，与硬脂酸以及步骤(1)得到的板栗壳粉混合均匀，移至高速捏合机中，钾长石粉、板栗壳粉、硬脂酸的重量比为100:50:1，一级搅拌(搅拌速度为600rpm)至65℃后改成二级搅拌(搅拌速度为1200rpm)，温度升至70℃后继续二级搅拌40分钟，冷却至室温后得到改性粉体；
(3)按重量份数计，将75份聚羟基脂肪酸酯于90℃下干燥5小时后粉碎，与25份步骤(2)得到的改性粉体一起加入高速混合机中搅拌速度为1400rpm下混合12分钟，得到混合料，将混合料加入双螺杆挤出机中熔融、共混、挤出、冷却、切粒，双螺杆挤出机的熔融温度为160-190℃，螺杆转速为400rpm，得到聚羟基脂肪酸酯基复合材料。
实施例2
一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将板栗壳浸泡于体积分数为12％的盐酸溶液中24小时，取出后置于真空干燥箱中70℃下烘干至恒重，用粉碎机打碎后与的直径为2mm磨球一起放入球磨机中研磨5小时，板栗壳与磨球的重量比为3.5:1，取出后冷却至室温得到板栗壳粉备用；
(2)将钾长石粉于80℃下干燥8小时，与硬脂酸以及步骤(1)得到的板栗壳粉混合均匀，移至高速捏合机中，钾长石粉、板栗壳粉、硬脂酸的重量比为100:50:1，一级搅拌(搅拌速度为600rpm)至65℃后改成二级搅拌(搅拌速度为1200rpm)，温度升至70℃后继续二级搅拌40分钟，冷却至室温后得到改性粉体；
(3)按重量份数计，将72份聚羟基脂肪酸酯于90℃下干燥5小时后粉碎，与28份步骤(2)得到的改性粉体一起加入高速混合机中搅拌速度为1400rpm下混合12分钟，得到混合料，将混合料加入双螺杆挤出机中熔融、共混、挤出、冷却、切粒，双螺杆挤出机的熔融温度为160-190℃，螺杆转速为400rpm，得到聚羟基脂肪酸酯基复合材料。
实施例3
一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将板栗壳浸泡于体积分数为12％的盐酸溶液中24小时，取出后置于真空干燥箱中70℃下烘干至恒重，用粉碎机打碎后与的直径为2mm磨球一起放入球磨机中研磨5小时，板栗壳与磨球的重量比为3.5:1，取出后冷却至室温得到板栗壳粉备用；
(2)将钾长石粉于80℃下干燥8小时，与硬脂酸以及步骤(1)得到的板栗壳粉混合均匀，移至高速捏合机中，钾长石粉、板栗壳粉、硬脂酸的重量比为100:50:1，一级搅拌(搅拌速度为600rpm)至65℃后改成二级搅拌(搅拌速度为1200rpm)，温度升至70℃后继续二级搅拌40分钟，冷却至室温后得到改性粉体；
(3)按重量份数计，将74份聚羟基脂肪酸酯于90℃下干燥5小时后粉碎，与26份步骤(2)得到的改性粉体一起加入高速混合机中搅拌速度为1400rpm下混合12分钟，得到混合料，将混合料加入双螺杆挤出机中熔融、共混、挤出、冷却、切粒，双螺杆挤出机的熔融温度为160-190℃，螺杆转速为400rpm，得到聚羟基脂肪酸酯基复合材料。
实施例4
一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将板栗壳浸泡于体积分数为12％的盐酸溶液中24小时，取出后置于真空干燥箱中70℃下烘干至恒重，用粉碎机打碎后与的直径为2mm磨球一起放入球磨机中研磨5小时，板栗壳与磨球的重量比为3.5:1，取出后冷却至室温得到板栗壳粉备用；
(2)将钾长石粉于80℃下干燥8小时，与硬脂酸以及步骤(1)得到的板栗壳粉混合均匀，移至高速捏合机中，钾长石粉、板栗壳粉、硬脂酸的重量比为100:50:1，一级搅拌(搅拌速度为600rpm)至65℃后改成二级搅拌(搅拌速度为1200rpm)，温度升至70℃后继续二级搅拌40分钟，冷却至室温后得到改性粉体；
(3)按重量份数计，将73份聚羟基脂肪酸酯于90℃下干燥5小时后粉碎，与27份步骤(2)得到的改性粉体一起加入高速混合机中搅拌速度为1400rpm下混合12分钟，得到混合料，将混合料加入双螺杆挤出机中熔融、共混、挤出、冷却、切粒，双螺杆挤出机的熔融温度为160-190℃，螺杆转速为400rpm，得到聚羟基脂肪酸酯基复合材料。
实施例5
一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将板栗壳浸泡于体积分数为12％的盐酸溶液中24小时，取出后置于真空干燥箱中70℃下烘干至恒重，用粉碎机打碎后与的直径为2mm磨球一起放入球磨机中研磨5小时，板栗壳与磨球的重量比为3.5:1，取出后冷却至室温得到板栗壳粉备用；
(2)将钾长石粉于80℃下干燥8小时，与硬脂酸以及步骤(1)得到的板栗壳粉混合均匀，移至高速捏合机中，钾长石粉、板栗壳粉、硬脂酸的重量比为100:50:1，一级搅拌(搅拌速度为600rpm)至65℃后改成二级搅拌(搅拌速度为1200rpm)，温度升至70℃后继续二级搅拌40分钟，冷却至室温后得到改性粉体；
(3)按重量份数计，将70份聚羟基脂肪酸酯于90℃下干燥5小时后粉碎，与30份步骤(2)得到的改性粉体一起加入高速混合机中搅拌速度为1400rpm下混合12分钟，得到混合料，将混合料加入双螺杆挤出机中熔融、共混、挤出、冷却、切粒，双螺杆挤出机的熔融温度为160-190℃，螺杆转速为400rpm，得到聚羟基脂肪酸酯基复合材料。
实施例6
一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将板栗壳浸泡于体积分数为12％的盐酸溶液中24小时，取出后置于真空干燥箱中70℃下烘干至恒重，用粉碎机打碎后与的直径为2mm磨球一起放入球磨机中研磨5小时，板栗壳与磨球的重量比为3.5:1，取出后冷却至室温得到板栗壳粉备用；
(2)将钾长石粉于80℃下干燥8小时，与硬脂酸以及步骤(1)得到的板栗壳粉混合均匀，移至高速捏合机中，钾长石粉、板栗壳粉、硬脂酸的重量比为100:50:1，一级搅拌(搅拌速度为600rpm)至65℃后改成二级搅拌(搅拌速度为1200rpm)，温度升至70℃后继续二级搅拌40分钟，冷却至室温后得到改性粉体；
(3)按重量份数计，将71份聚羟基脂肪酸酯于90℃下干燥5小时后粉碎，与29份步骤(2)得到的改性粉体一起加入高速混合机中搅拌速度为1400rpm下混合12分钟，得到混合料，将混合料加入双螺杆挤出机中熔融、共混、挤出、冷却、切粒，双螺杆挤出机的熔融温度为160-190℃，螺杆转速为400rpm，得到聚羟基脂肪酸酯基复合材料。
经测试，实施例1-6制得的复合材料以及对比例的力学性能和耐热性能如下表所示，其中：
对比例为公开号为CN102850741A的中国专利，
力学性能按照ASTMD638测试待测材料的拉伸强度、弯曲强度，
耐热性能按照ASTMD648测试待测材料的热变形温度：
由上表可见，本发明制得的复合材料的拉伸强度、弯曲强度均好于对比例，热变形温度则大大高于对比例，力学性能和耐热性能均很好。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将板栗壳浸泡于盐酸溶液中24小时，取出后置于真空干燥箱中70℃下烘干至恒重，用粉碎机打碎后与磨球一起放入球磨机中研磨5小时，取出后冷却至室温得到板栗壳粉备用；
(2)将钾长石粉于80℃下干燥8小时，与硬脂酸以及步骤(1)得到的板栗壳粉混合均匀，移至高速捏合机中，一级搅拌至65℃后改成二级搅拌，温度升至70℃后继续二级搅拌40分钟，冷却至室温后得到改性粉体；
(3)将聚羟基脂肪酸酯于90℃下干燥5小时后粉碎，与步骤(2)得到的改性粉体一起加入高速混合机中混合12分钟，得到混合料，将混合料加入双螺杆挤出机中熔融、共混、挤出、冷却、切粒，得到聚羟基脂肪酸酯基复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，盐酸溶液的体积分数为12％。
3.根据权利要求1所述的一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，磨球的直径为2mm。
4.根据权利要求1所述的一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，板栗壳与磨球的重量比为3.5:1。
5.根据权利要求1所述的一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，钾长石粉、板栗壳粉、硬脂酸的重量比为100:50:1。
6.根据权利要求1所述的一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，一级搅拌时的搅拌速度为600rpm。
7.根据权利要求1所述的一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，二级搅拌时的搅拌速度为1200rpm。
8.根据权利要求1所述的一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，按重量份数计，聚羟基脂肪酸酯70-75份，改性粉体25-30份。
9.根据权利要求1所述的一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，高速混合机的搅拌速度为1400rpm。
10.根据权利要求1所述的一种聚羟基脂肪酸酯基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，双螺杆挤出机的熔融温度为160-190℃，螺杆转速为400rpm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160713 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |