CN106589875A - 微晶纤维素改性聚（β‑羟基丁酸酯）复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

微晶纤维素改性聚（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）进行改性的技术领域。将聚已内酯、微晶纤维素和聚（β‑羟基丁酸酯）置于密炼机中，经熔融共混捏合塑化后，即得改性聚（β‑羟基丁酸酯）复合材料。本发明利用聚已内酯作为增韧组分，利用微晶纤维素作为增强组分，经熔融共混捏合塑化可有效提高聚（β‑羟基丁酸酯）的韧性和强度，还能保证材料的完全生物可降解特性。

Description

微晶纤维素改性聚（β-羟基丁酸酯）复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及对聚（β-羟基丁酸酯）进行改性的技术领域。

背景技术

微生物合成的生物可降解材料聚（β-羟基丁酸酯）材料由于其良好的生物可降解性能，能被自然界中多种微生物作为能源物质加以分解利用，最终分解为二氧化碳和水，不会对环境造成任何污染。聚（β-羟基丁酸酯）的高度结晶特性，使其力学性能表现为硬而脆。化学合成的生物可降解材料聚己内酯具有良好的韧性，聚己内酯软而韧的特性正好可以跟聚（β-羟基丁酸酯）互补，因此将聚（β-羟基丁酸酯）与聚己内酯熔融共混是获得性能优异的生物可降解材料的简单易行的方法。

现有的用来共混改性聚（β-羟基丁酸酯）的主要是刚性或者柔性的聚酯，用来填充改性聚（β-羟基丁酸酯）的主要是无机纳米粒子。用刚性的聚酯对聚（β-羟基丁酸酯）改性，所得材料韧性很差。用柔性的聚酯对聚（β-羟基丁酸酯）改性，所得材料强度变小。而用无机纳米粒子对聚（β-羟基丁酸酯）改性，会破坏聚（β-羟基丁酸酯）的完全生物可降解性。

发明内容

本发明针对上述缺陷提供一种微晶纤维素改性聚（β-羟基丁酸酯）的方法，以提高聚（β-羟基丁酸酯）的韧性和强度。

本发明的技术方案是：将聚已内酯、微晶纤维素和聚（β-羟基丁酸酯）置于密炼机中，经熔融共混捏合塑化后，即得改性聚（β-羟基丁酸酯）复合材料。

本发明利用聚已内酯作为增韧组分，利用微晶纤维素作为增强组分，经熔融共混捏合塑化可有效提高聚（β-羟基丁酸酯）的韧性和强度，还能保证材料的完全生物可降解特性。

进一步地，本发明所述聚已内酯与聚（β-羟基丁酸酯）的混合质量比为10∶90～50∶50。对于改性的聚（β-羟基丁酸酯）复合材料来说，并非所有组分比下制得的共混物都能满足聚己内酯作为增韧剂的条件。首先，必须仍以聚（β-羟基丁酸酯）组分为主体，这样才能发挥聚（β-羟基丁酸酯）自身优势；其次，聚己内酯加入量过少增韧效果不显著；因此聚已内酯与聚（β-羟基丁酸酯）的混合质量比为10∶90～50∶50时，能够达到较好的增韧效果。

所述微晶纤维素与聚（β-羟基丁酸酯）的混合质量比为1∶99～10∶90。对于增强剂微晶纤维素而言，加入的微晶纤维素量太大，体系的有效粘度显著增大，阻碍分子链的运动，不利于聚（β-羟基丁酸酯）基体的加工成型。且微晶纤维素用量过多会造成体系成型缺陷增多，因此，微晶纤维素与聚（β-羟基丁酸酯）的混合质量比为1∶99～10∶90时，才能达到最佳的增强效果。

另外，本发明所述密炼机中的密炼温度为180℃，转子转速为50～100 rpm，熔融共混时间为5min。转子转速过小不利于聚己内酯和微晶纤维素分散均匀，过大会造成聚（β-羟基丁酸酯）基体降解，因此50～100 rpm较为适宜；熔融共混时间过短不利于聚己内酯和微晶纤维素分散均匀，过长也会造成聚（β-羟基丁酸酯）基体降解，因此控制为5min较为适宜。聚（β-羟基丁酸酯）熔点为175℃，高温下易降解，加工窗口较窄。采用180℃做为加工温度，既可以降低聚（β-羟基丁酸酯）的熔体粘度，使聚（β-羟基丁酸酯）与聚已内酯、微晶纤维素均匀混合，又可以避免聚（β-羟基丁酸酯）发生降解。

附图说明

图1为对比例2制备的材料的扫描电镜图。

图2为对比例3制备的材料的扫描电镜图。

图3为对比例1、2、3制成的材料的拉伸强度性能图。

图4为对比例1、2、3制成的材料的冲击强度性能图。

图5为实施例1、2制成的产品的拉伸强度性能图。

图6为实施例1、2制成的产品的冲击强度性能图。

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、制备各材料：

对比例1：

1、首先聚（β-羟基丁酸酯）置于真空干燥箱中干燥24h，冷却至室温，将聚（β-羟基丁酸酯）置于密炼机中，控制密炼机温度为180℃，转子转速为50～100 rpm，熔融混合5 min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（32 mm×4 mm×2 mm）和标准矩形（80 mm×10 mm×4 mm）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40℃，注射压力600 bar，保压压力500 bar。

对比例2：

1、首先将聚（β-羟基丁酸酯）与聚己内酯分别置于真空干燥箱中干燥24h，冷却至室温，按70∶30的投料质量比将聚（β-羟基丁酸酯）和聚己内酯置于密炼机中，控制密炼机温度为180℃，转子转速为50～100 rpm，熔融共混5 min后，即得到聚己内酯改性的聚(β-羟基丁酸酯)复合材料。

2、使用微型注塑机将出料注射成标准哑铃型（32 mm×4 mm×2 mm）和标准矩形（80 mm×10 mm×4 mm）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40℃，注射压力600 bar，保压压力500 bar。

对比例3：

1、首先将聚（β-羟基丁酸酯）与聚己内酯分别置于真空干燥箱中干燥24h，冷却至室温，按50∶50的投料质量比将聚（β-羟基丁酸酯）和聚己内酯置于密炼机中，控制密炼机温度为180℃，转子转速为90 rpm，熔融共混5 min后，即得到聚己内酯改性的聚（β-羟基丁酸酯）复合材料。

2、使用微型注塑机将出料注射成标准哑铃型（32 mm×4 mm×2 mm）和标准矩形（80 mm×10 mm×4 mm）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40℃，注射压力600 bar，保压压力500 bar。

实施例1：

1、首先将聚（β-羟基丁酸酯）、聚己内酯、微晶纤维素分别置于真空干燥箱中干燥24h，冷却至室温。按70∶30∶1的混合质量比将聚（β-羟基丁酸酯）、聚己内酯和微晶纤维素置于密炼机中，控制密炼机温度为180℃，转子转速为50～100 rpm，熔融共混5 min，即得到微晶纤维素改性的聚（β-羟基丁酸酯）/聚已内酯复合材料。

2、使用微型注塑机将出料注射成标准哑铃型（32 mm×4 mm×2 mm）和标准矩形（80 mm×10 mm×4 mm）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40℃，注射压力600 bar，保压压力500 bar。

实施例2：

1、首先将聚（β-羟基丁酸酯）、聚己内酯、微晶纤维素分别置于真空干燥箱中干燥24h，冷却至室温。按50∶50∶1的混合质量比将一定比例的聚（β-羟基丁酸酯）、聚己内酯和微晶纤维素置于密炼机中，控制密炼机温度为180℃，转子转速为50～100 rpm，熔融共混5 min，即得到微晶纤维素改性的聚（β-羟基丁酸酯）/ 聚己内酯复合材料。

2、使用微型注塑机将出料注射成标准哑铃型（32 mm×4 mm×2 mm）和标准矩形（80 mm×10 mm×4 mm）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40℃，注射压力600 bar，保压压力500 bar。

二、分析：

图1、2分别为对比例2、3制成的产品的扫描电镜图，从图中可以看出聚己内酯均匀分散在聚（β-羟基丁酸酯）基体中，并且分散相聚己内酯的尺寸依赖于含量的变化。

图3、4分别为对比例1、2、3制成的产品的拉伸强度和冲击强度性能图。由图可见：聚己内酯的加入改善了聚（β-羟基丁酸酯）的力学性能，当聚己内酯含量为30%时，拉伸强度提高了20%，从27.5 MPa提高到31.1 MPa。当聚己内酯含量为50%时，复合材料的冲击强度从6.27 kJ/m²提高到9.16 kJ/m²。

图5、6分别为实施例1、2制成的产品的拉伸强度和冲击强度性能图。可见：向聚（β-羟基丁酸酯）/聚己内酯复合材料中加入1%微晶纤维素后，聚（β-羟基丁酸酯）/聚己内酯/微晶纤维素 50/50/1样品的拉伸强度和冲击强度分别提高到28.19 MPa和13.3 kJ/m²。

Claims (4)

1.微晶纤维素改性聚（β-羟基丁酸酯）复合材料的制备方法，其特征在于将聚已内酯、微晶纤维素和聚（β-羟基丁酸酯）置于密炼机中，经熔融共混捏合塑化后，即得改性聚（β-羟基丁酸酯）复合材料。

2.根据权利要求1所述的改性聚（β-羟基丁酸酯）复合材料的制备方法，其特征在于所述聚已内酯与聚（β-羟基丁酸酯）的混合质量比为10∶90～50∶50。

3.根据权利要求1所述的改性聚（β-羟基丁酸酯）复合材料的制备方法，其特征在于所述微晶纤维素与聚（β-羟基丁酸酯）的混合质量比为1∶99～10∶90。

4.根据权利要求1或2或3所述的改性聚（β-羟基丁酸酯）复合材料的制备方法，其特征在于所述密炼机中的密炼温度为180℃，转子转速为50～100 rpm，熔融共混时间为5min。