一種高嶺土改性聚己內酯複合材料及其製備方法

2023-11-05 15:24:22

專利名稱：一種高嶺土改性聚己內酯複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及高分子材料技術領域，具體涉及一種高嶺土改性聚己內酯複合材料及其製備方法。
背景技術：
聚己內酯(PCL)是一種微生物降解型的熱塑性塑料，以其良好的生物降解性和較好的力學性能得到了科學界和工業界的廣泛關注，應用於可控釋藥物載體、細胞、組織培養基架；完全可降解塑料手術縫合線；高強度的薄膜絲狀成型物；塑料低溫衝擊性能改性劑和增塑劑；醫用造型材料、工業、美術造型材料、玩具、有機著色劑、熱複寫墨水附著劑、熱熔膠合劑等。但聚己內酯與目前工業上廣泛應用的石油基工程塑料相比，其強度和韌性相對較差，從而大大限制了它的應用範圍，因此對PCL進行改性以提高其使用性能是非常有必要的，其中共混改性的方法是最容易實現的，但目前對其進行性能改性的報導比較少。

發明內容
本發明的目的在於提供了一種高嶺土改性聚己內酯複合材料及其製備方法。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
一種高嶺土改性聚己內酯複合材料，由下述組分按重量百分比製成:
聚己內酯80-90份
改性高嶺土5-20份
聚己內酯接枝馬來酸酐3-8份
抗氧化劑0.1-5份
所述聚己內酯為線形聚己內酯，其重均分子量為10000-100000g/mol。所述的改性高嶺土是由硬脂酸、十八烷基三甲基溴化銨與高嶺土按質量比為15-20:5-10:40-50 組成。所述聚己內酯接枝馬來酸酐的接枝率為0.3%_2%。抗氧化劑為三(2，4-二叔丁基)亞磷酸苯酯(簡稱Irganoxl68)、四[β-(3,5_ 二叔丁基-4-輕基苯基)丙酸]季戍四醇酯(簡稱IrganoxlOlO)、I, 3, 5-三甲基-2,4,6- (3,5-二叔丁基-4-輕基苯甲基)苯(簡稱Irganoxl330)中的至少一種。一種製備上述的高嶺土改性聚己內酯複合材料的方法，包括以下步驟:
(I)按質量比，將硬脂酸添加到由十八烷基三甲基溴化銨與高嶺土組成的水溶液中，力口熱攪拌，抽濾、洗滌、乾燥得改性高嶺土 ；
(2 )按配比稱取乾燥的聚己內酯、聚己內酯接枝馬來酸酐和抗氧劑，並通過高速混合機攪拌10 12分鐘，形成混合物料；
(3)將(2)中的混合物料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中，經熔融反應，在其第三區、第四區或第五區處通過側位加料的方式加入經(I)製備的乾燥改性高嶺土，然後擠出、造粒得高嶺土改性聚己內酯複合材料。所述的雙螺杆擠出機的螺杆轉速為120 180r/min、各區溫度為一區溫度70 100°C，二區溫度160 190°C，三區溫度170 200°C，四區溫度160 200°C，五區溫度160 200°C，六區溫度160 200°C，機頭溫度150 190°C
本發明具有下述有益效果:
1、本發明在PCL加工過程中通過引用改性高嶺土及聚己內酯接枝馬來酸酐改善聚己內酯的力學性能，大大提高了複合材料的強度及耐熱性，使得製備得到的複合材料同時兼具很好的強度、韌性、耐熱性等性能。2、煅燒高嶺土經過硬脂酸、十八烷基三甲基溴化銨改性處理之後在高聚物中的分散性得到改善，減少團聚，從而增強無機粒子與基體的粘結強度；
3、聚己內酯接枝馬米酸酐(PCL-g-MAH)的加入既能夠減少無機粒子在高聚物中的團聚，又在有機高聚物之間起到橋梁作用，形成模量梯度的界面過渡層，與高嶺土產生很好的協同改性作用，提高了複合材料力學性能和耐熱性。
具體實施例方式
下面結合具體的實施例對本發明做一詳細的闡述。在下述各個實施例中，聚己內酯為線形聚己內酯，其重均分子量為10000-100000g/mol。聚己內酯接枝馬來酸酐(PCL-g-MAH)接枝率為0.3%_2%。抗氧劑為巴斯夫公司的三(2，4-二叔丁基)亞磷酸苯酯(簡稱Irganoxl68)、四[β - (3, 5-二叔丁基-4-輕基苯基)丙酸]季戍四醇酯(簡稱IrganoxlOlO)和I, 3, 5-三甲基-2,4,6- (3,5- 二叔丁基-4-輕基苯甲基)苯(簡稱Irganoxl330)中的至少一種。下述實施例中使用的改性高嶺土是按質量比為15-20:5-10:40-50，將硬脂酸添加到由十八烷基三甲基溴化銨與高嶺土組成的水溶液中，加熱攪拌，抽濾、洗滌、乾燥得改性高嶺土 ；其中硬脂酸作為改性劑使高嶺土表面有機化。聚己內酯與改性高嶺土是需要先經乾燥處理的，聚己內酯一般要在80 V下乾燥烘乾8小時；改性高嶺土於90°C下乾燥烘乾10小時。實施例1
稱取聚己內酯90份、改性高嶺土 7份、聚己內酯接枝馬來酸酐3份、Irganoxl68為0.5份，並將它們通過高速混合機攪拌10分鐘，形成混合物料；將前述混合物料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中，經熔融反應，在第三區處通過側位加料的方式加入改性高嶺土，然後擠出，造粒得高嶺土改性聚己內酯複合材料。其中雙螺杆擠出機一區溫度80°C、二區溫度170°C、三區溫度180°C、四區溫度170°C、五區溫度180°C、六區溫度180°C，機頭溫度180°C，螺杆轉速為160r/min。實施例2
稱取聚己內酯80份、改性高嶺土 12份、聚己內酯接枝馬來酸酐8份、Irganoxl68為
0.5份，Irganox1330為4.5份，並將它們通過高速混合機攪拌12分鐘，形成混合物料；將前述混合物料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中，經熔融反應，在第四區處通過側位加料的方式加入改性高嶺土，然後擠出，造粒得高嶺土改性聚己內酯複合材料；其中雙螺杆擠出機的一區溫度70°C、二區溫度160°C、三區溫度170°C、四區溫度160°C、五區溫度160°C、六區溫度160°C，機頭溫度150°C，螺杆轉速為120r/min。實施例3
稱取聚己內酯80份、改性高嶺土 15份、聚己內酯接枝馬來酸酐5份、IrganoxlOlO為
0.1份，並將它們通過高速混合機攪拌10分鐘，形成混合物料；將前述混合物料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中，經熔融反應，在第三區處通過側位加料的方式加入改性高嶺土，然後擠出，造粒得高嶺土改性聚己內酯複合材料；其中雙螺杆擠出機一區溫度80°C、二區溫度170°C、三區溫度180°C、四區溫度170°C、五區溫度180°C、六區溫度180°C，機頭溫度180°C，螺杆轉速為180r/min。實施例4
稱取聚己內酯82份、改性高嶺土 13份、聚己內酯接枝馬來酸酐5份、Irganoxl68為0.2份、IrganoxlOlO為2份，並將它們通過高速混合機攪拌10分鐘,形成混合物料；將前述混合物料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中，經熔融反應，在第五區處通過側位加料的方式加入改性高嶺土，然後擠出，造粒得高嶺土改性聚己內酯複合材料；其中雙螺杆擠出機一區溫度100°C、二區溫度190°C、三區溫度200°C、四區溫度200°C、五區溫度200°C、六區溫度200°C，機頭溫度190°C，螺杆轉速為180r/min。實施例5
稱取聚己內酯90份、改性高嶺土 5份、聚己內酯接枝馬來酸酐5份、IrganoxlOlO為
0.9份，並將它們通過高速混合機 攪拌12分鐘，形成混合物料；將前述混合物料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中，經熔融反應，在第三區處通過側位加料的方式加入改性高嶺土，然後擠出，造粒得高嶺土改性聚己內酯複合材料；其中雙螺杆擠出機一區溫度80°C、二區溫度170°C、三區溫度180°C、四區溫度170°C、五區溫度180°C、六區溫度180°C，機頭溫度180°C，螺杆轉速為120r/min。實施例6
稱取聚己內酯87份、改性高嶺土 9份、聚己內酯接枝馬來酸酐4份、Irganoxl330為1.1份，並將它們通過高速混合機攪拌10分鐘，形成混合物料；將前述混合物料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中，經熔融反應，在第三區處通過側位加料的方式加入改性高嶺土，然後擠出，造粒得高嶺土改性聚己內酯複合材料；其中雙螺杆擠出機一區溫度80°C、二區溫度170°C、三區溫度180°C、四區溫度170°C、五區溫度180°C、六區溫度180°C，機頭溫度180°C，螺杆轉速為160r/min。性能測試:
將上述實施1-5製備的高嶺土改性聚己內酯複合材料用注塑機製成樣條測試。為了更好地體現本發明的高嶺土改性聚己內酯複合材料的優越性能，同時將現有的聚己內酯按相同的方法製成樣條作為對比例與本發明的材料進行性能對比，其結果數據見表I。其中:拉伸強度按ASTM D 638標準測試，斷裂伸長率按ASTM D 638標準測試，彎曲強度和彎曲模量按ASTM D790標準測試，缺口衝擊強度按ASTM D256標準測試，熱變形溫度按ASTM D648標準測試。表I各產品性能測試表
權利要求
1.一種高嶺土改性聚己內酯複合材料，其特徵在於:由下述組分按重量份製備製成: 聚己內酯80-90份 改性高嶺土5-20份 聚己內酯接枝馬來酸酐3-8份 抗氧化劑0.1-5份。
2.根據權利要求1所述的一種高嶺土改性聚己內酯複合材料，其特徵在於:所述聚己內酯為線形聚己內酯，其重均分子量為10000-100000g/mol。
3.根據權利要求1所述的一種高嶺土改性聚己內酯複合材料,其特徵在於:所述的改性高嶺土是由硬脂酸、十八烷基三甲基溴化銨與高嶺土按質量比為15-20 5-10:40-50組成。
4.根據權利要求1所述的一種高嶺土改性聚己內酯複合材料，其特徵在於:所述聚己內酯接枝馬來酸酐的接枝率為0.3%-2%。
5.根據權利要求1所述的一種高嶺土改性聚己內酯複合材料，其特徵在於:所述抗氧化劑為三(2，4-二叔丁基)亞磷酸苯酯、四[β- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、I，3，5-三甲基-2，4，6- (3,5- 二叔丁基-4-羥基苯甲基)苯中的至少一種。
6.一種製備如權利要求1所述的高嶺土改性聚己內酯複合材料的方法，其特徵在於:包括以下步驟: (1)按質量比，將硬脂酸添加到由十八烷基三甲基溴化銨與高嶺土組成的水溶液中，力口熱攪拌，抽濾、洗滌、乾燥得改性高嶺土 ； (2)按配比稱取乾燥的聚己內酯、聚己內酯接枝馬來酸酐和抗氧劑，並通過高速混合機攪拌10 12分鐘，形成混合物料； (3)將(2)中的混合物料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中，經熔融反應，在其第三區、第四區或第五區處通過側位加料的方式加入經(1)製備的乾燥改性高嶺土，然後擠出、造粒得高嶺土改性聚己內酯複合材料。
7.根據權利要求6所述的製備方法，其特徵在於:所述的雙螺杆擠出機的螺杆轉速為.120 180r/min、各區溫度為一區溫度70 100°C，二區溫度160 190°C，三區溫度170 .200°C，四區溫度160 200°C，五區溫度160 200°C，六區溫度160 200°C，機頭溫度.150 190°C。
全文摘要
本發明提供一種高嶺土改性聚己內酯複合材料，是由聚己內酯與改性高嶺土、聚己內酯接枝馬來酸酐及抗氧化劑通過混合、熔融擠出製備而成。本發明通過引用改性高嶺土及聚己內酯接枝馬來酸酐改善聚己內酯的力學性能，大大提高了複合材料的強度及耐熱性，使得製備得到的複合材料同時兼具很好的強度、韌性、耐熱性等性能。
文檔編號B29C47/92GK103113731SQ20131005443
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月20日 優先權日2013年2月20日
發明者楊桂生, 劉凱 申請人:合肥傑事傑新材料股份有限公司