CN106479143A - 一种凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料及其制备方法；所述凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料包括聚乳酸 65‑70、凹凸棒土2‑8、淀粉5‑10、环保增塑剂5‑15、硅烷偶联剂 0.4‑0.6，以上组成原料为重量份比；将上述组分混合后挤出、冷却、造粒而制得。本发明制得的凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料性能大幅提高。在生物降解膜材、片材、注塑、包装材料领域具有广泛应用前景。

Description

一种凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物降解材料领域，具体涉及一种凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着人类生存环境的日益恶化，人们越来越关注开发环境友好性材料和使用可再生原材料。石油作为不可再生资源，是最重要的化工原料，但由于在使用过程中以及最终废弃过程中有大量CO2的排放，导致全球变暖等一系列问题，并且直接威胁人类生存。
聚乳酸的原料是来自一年生的植物玉米，且在有氧和水的调节下很容易被生物降解成CO2和H2O，完全解决了塑料行业遇到的两大致命性的问题，聚乳酸的可再生、可降解特性将将逐步取代石油基塑料的应用。
聚乳酸是一种生物质来源的可生物降解的聚合物。但聚乳酸质硬而韧性较差，缺乏柔性和弹性，抗冲性也较差，这限制了聚乳酸的应用。
中国专利CN102924892A公开的一种聚乳酸组合物，采用聚 L乳酸均聚物，和高熔点的聚D乳酸共聚物来获得高耐热性和高韧性。该组合物因缺乏良好的伸长性能，而不能用于薄膜制品。
目前，已有将凹凸棒土用于聚酯 ( 聚对苯二甲酸乙二酯，PET)工程塑料改性的报道，例如，王海洋等进行了用于改性工程塑料的纳米凹凸棒母料及 PET/ 纳米凹凸棒母料复合材料的研究 (参见王海洋等， PET/ 纳米凹凸棒母料复合材料性能与结构研究，工程塑料应用，第36卷第1期，2008 ；中国专利文献CN200610118680.2号，用于改性工程塑料的纳米凹凸棒粘土组合物 )，可应用于各种橡塑材料，不同程度地提高树脂的强度、韧性、耐磨、耐热及成型加工特性。
凹凸棒土是一种多孔性链层状含水富镁铝硅酸盐矿物，主要成份是二氧化硅、氧化镁和三氧化二铝，具有独特的分散、耐温、耐盐碱等良好的物理性质和一定的可塑性。凹凸棒土作为天然的一维纳米材料，具有独特的纳米棒晶结构，使其可以在微米填充和纳米增强两个水平上与聚乳酸材料进行复合，其中含有大量的羟基，且具有一定的反应活性，可与聚乳酸分子中残余的羧基反应，以上这些特性有助于基体聚乳酸与层状凹凸土之间形成强烈的界面作用力，所制的纳米复合材料具有良好的拉伸强度、热稳定性提高、气体通过率降低等特征。
发明内容
本发明的目的是通过制备凹凸棒土纳米复合聚乳酸材料，获得良好的拉伸强度、热稳定性提高。
本发明一种凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料；所述凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料包括聚乳酸 65-70、凹凸棒土2-8、淀粉5-10、环保增塑剂5-15、硅烷偶联剂 0.4-0.6，以上组成原料为重量份比；将上述组分混合后挤出、冷却、造粒而制得。
所述聚乳酸重均分子量在60000-150000。
所述淀粉为天然淀粉采用玉米淀粉、小麦淀粉、土豆淀粉和谷类淀粉中的一种或多种的组合。
所述环保增塑剂为水、甘油、聚丙二醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、乙酸山梨醇酯、甘露糖醇单乙氧基化物、羧甲基山梨糖醇钠盐的一种或多种的组合。
所述硅烷偶联剂为含烷氧基官能团的硅氧烷；所述含烷氧基官能团的硅氧烷为乙烯基氯丙基硅氧烷、环氧基硅氧烷、甲基丙烯酰基硅氧烷、胺基硅氧烷和巯基硅氧烷中的一种或多种组合。
一种凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，将上述组份凹凸棒土、淀粉、环保增塑剂和硅烷偶联剂在混料机内混合搅拌；
第二步，加入切片的聚乳酸共同混合搅拌；
第三步，将第二步混合搅拌后的原料，经螺杆挤出机挤压熔融、冷却、造粒而制得。
在所述第一步中混料机混合温度在50-60度内，搅拌时间为10-30分钟。
在所述第二步中混料机的搅拌时间为10-15分钟。
在所述第三步中挤出机的熔融温度为 165-175℃，挤出机的转速为80-100r/min，模头温度175-180℃。
有益效果：
本发明工艺简单，技术成熟可靠，利用已有的聚乳酸改性剂设备即可进行凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料生产，无需增加新设备，具有生产成本低而产品附加值高的特点；本发明制备方法制得的聚乳酸纳米复合材料性能大幅提高。在生物降解膜材、片材、注塑、包装材料领域具有广泛应用前景。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料；所述凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料包括其组成原料的重量份为：聚乳酸 65-70、凹凸棒土2-8、淀粉5-10、环保增塑剂5-15、硅烷偶联剂 0.4-0.6，并将上述组分混合后挤出、冷却、造粒而制得。
优选的，所述聚乳酸重均分子量在60000-150000。
优选的，所述淀粉为天然淀粉采用玉米淀粉、小麦淀粉、土豆淀粉和谷类淀粉中的一种或多种的组合。
优选的，所述环保增塑剂为水、甘油、聚丙二醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、乙酸山梨醇酯、甘露糖醇单乙氧基化物、羧甲基山梨糖醇钠盐的一种或多种的组合。
优选的，所述硅烷偶联剂为含烷氧基官能团的硅氧烷；所述含烷氧基官能团的硅氧烷为乙烯基氯丙基硅氧烷、环氧基硅氧烷、甲基丙烯酰基硅氧烷、胺基硅氧烷和巯基硅氧烷中的一种或多种组合。
一种凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，将上述组份凹凸棒土、淀粉、环保增塑剂和硅烷偶联剂在混料机内混合搅拌；第二步，加入切片的聚乳酸共同混合搅拌；第三步，将第二步混合搅拌后的原料，经螺杆挤出机挤压熔融、冷却、造粒而制得。
优选的，在所述第一步中混料机混合温度在50-60度内，搅拌时间为10-30分钟。优选的，在所述第二步中混料机的搅拌时间为10-15分钟。优选的，在所述第三步中挤出机的熔融温度为 165-175℃，挤出机的转速为80-100r/min ，模头温度175-180℃。
实施例一
将凹凸棒土2份、玉米淀粉5份、甘油8份、甲基三乙氧基硅烷偶联剂 0.4份；混合均匀50℃下搅拌10分钟，再加入聚乳酸 65份、搅拌15分钟均匀后送入挤出机熔融挤出造粒，熔融温度为 165℃，挤出机的转速控制在80r/min ，模头温度175℃，得到凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料。
实施例二
将凹凸棒土4.5份、玉米淀粉6份、丙二醇6份、环氧基三甲氧基硅烷偶联剂 0.5份；混合均匀60℃下搅拌30分钟，再加入聚乳酸 70份、搅拌15分钟均匀后送入挤出机熔融挤出造粒，熔融温度为 175℃，挤出机的转速控制在90r/min ，模头温度180℃，得到凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料；
实施例三
将凹凸棒土8.5份、玉米淀粉4份、甘油8份、甲基三乙氧基硅烷偶联剂 0.6份；混合均匀60℃下搅拌20分钟，再加入聚乳酸 70分、搅拌15分钟均匀后送入挤出机熔融挤出造粒，熔融温度为 170℃，挤出机的转速控制在100r/min ，模头温度175℃，得到凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料；
图表
凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料的物料性能表
项目 PLA 实施例一 实施例二 实施例三
拉伸强度MPA 18 29 32 24
弹性模量MPA 200 223 254 265
断裂生产率% 830 1100 1050 1000
热形变温度 58 74 80 86
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料；其特征在于：所述凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料包括聚乳酸 65-70、凹凸棒土2-8、 淀粉5-10、 环保增塑剂5-15、 硅烷偶联剂 0.4-0.6，以上组成原料为重量份比 ；将上述组分混合后挤出、冷却、造粒而制得。
2.根据权利要求1所述的凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料，其特征在于：所述聚乳酸重均分子量在60000-150000。
3.根据权利要求1所述的凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料，其特征在于：所述淀粉为天然淀粉采用玉米淀粉、小麦淀粉、土豆淀粉和谷类淀粉中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料，其特征在于：所述环保增塑剂为水、甘油、聚丙二醇、乙二醇、丙二醇 、丁二醇、乙酸山梨醇酯、甘露糖醇单乙氧基化物、羧甲基山梨糖醇钠盐的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1所述的凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料，其特征在于：所述硅烷偶联剂为含烷氧基官能团的硅氧烷；所述含烷氧基官能团的硅氧烷为乙烯基氯丙基硅氧烷、环氧基硅氧烷、甲基丙烯酰基硅氧烷、胺基硅氧烷和巯基硅氧烷中的一种或多种组合。
6.一种如要求1所述凹凸棒土/聚乳酸纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，将上述组份凹凸棒土、 淀粉、 环保增塑剂和硅烷偶联剂在混料机内混合搅拌；
第二步，加入切片的聚乳酸共同混合搅拌；
第三步，将第二步混合搅拌后的原料，经螺杆挤出机挤压熔融、冷却、造粒而制得。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：在所述第一步中混料机混合温度在50-60度内，搅拌时间为10-30分钟。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：在所述第二步中混料机的搅拌时间为10-15分钟。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：在所述第三步中挤出机的熔融温度为165-175℃，挤出机的转速为80-100r/min ，模头温度175-180℃。
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