一种具有离子和化学双重交联结构的PLA基共混复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种具有离子和化学双重交联结构的PLA基共混复合材料及制备方法，属于高分子材料技术与科学领域，其特征在于各原料按质量百分数的配比为：PLA60％

【技术实现步骤摘要】
一种具有离子和化学双重交联结构的PLA基共混复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于高分子材料技术与科学领域，具体涉及一种改性聚乳酸材料，特别涉及一种高介电常数、高柔韧性同时兼具高强度的具有离子和化学双重交联结构的PLA基共混复合材料及制备方法。

技术介绍

[0002]随着电子信息技术的迅猛发展，导电聚合物以及具有优异介电性能的高分子介电材料逐渐引起人们的关注，并在电子信息行业广泛应用。但传统高分子介电材料及器件的废弃对环境造成了极大的影响，因此如何制备环境友好型高分子介电材料是目前工业开发和科学研究的热点。聚乳酸(PLA)因其源于自然而又归于自然的特点，是科研和工业领域中替代传统不可降解石油基材料的主要材料之一，但PLA材料较脆，且PLA自身导电性能较差，无法满足高性能电子器件的应用要求。目前常通过引入弹性体以提高其韧性，并通过物质和非物质掺杂等方法增强材料的电性能，但较差的相容性和界面相互作用，使得PLA材料在韧性提高的同时强度明显降低，且目前通过掺杂提高PLA电性能的程度有限，同时稳定性较差。CN109912949A公开了使用聚丁二酸丁二醇酯二元醇基聚氨酯预聚体改性增韧PLA的方法，专利CN104194294A公开了加入超支化三嗪改善PLA共混物组分之间界面相容性的方法，但上述专利对PLA机械性能提高程度有限，其中冲击强度均未超过10kJ/m2，并且未涉及材料的电性能。CN102943315A公开了由炭黑、碳纳米管、石墨烯、气相纳米碳纤维、硫化铜、硫化亚铜及碘化亚铜等导电填料制备的PLA导电纤维，但通过该专利制备的材料存在填料分散不均，复合材料力学强度普遍较低的情况，并且上述材料的电性能主要由导电填料决定，而有关离子相互作用对材料电性能的影响并未涉及，同时填料和基体的相互作用、填料在基体中的分散状态也无法调控。
[0003]因此，随着环境问题日益严峻和高分子材料科学的发展，一种高介电常数、高柔韧性且兼具高强度的具有离子和化学双重交联结构的PLA基共混复合材料具有广阔的前景。

技术实现思路

[0004]专利技术公开一种具有离子和化学双重交联结构的PLA基共混复合材料及制备方法，属于高分子材料技术与科学领域，其特征在于各原料按质量百分数的配比为：PLA60％
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64％；生物可降解聚酯弹性体20％
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22％；三臂星形离子型扩链剂2％
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5％；离子聚合物4％
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5％；多壁碳纳米管3％
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6％；抗水解剂2％
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4％。首先通过将具有不同表面状态的碳纳米管和PLA、三臂星形离子型扩链剂共混制备共混填料母粒，然后将母粒与生物可降解聚酯弹性体共混，使得碳管在动力学和热力学双重作用下向熔体粘度较低的生物可降解聚酯弹性体迁移，从而在PLA与生物可降解聚酯弹性体界面处形成碳管的浓度梯度。本专利技术采用三臂星形离子型扩链剂与离聚物复配，在提高共混组分相容性的同时，在共混复合材料基体中同时构建化学交联和离子交联结构，赋予材料较高的机械性能和介电性能。
[0005]具体的方案如下：
[0006]一种具有离子和化学双重交联结构的PLA基共混复合材料，其特征在于，各原料按质量百分数的配比为：
[0007]PLA 60％
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64％；
[0008]生物可降解聚酯弹性体20％
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22％；所述生物可降解聚酯弹性体为聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)、聚己内酯(PCL)、聚碳酸丙烯酯(PPC)等具有较高韧性的一种或几种聚合物；
[0009]三臂星形离子型扩链剂2％
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5％；
[0010]离子聚合物4％
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5％；所述离子聚合物为阳离子为钠、钾、镁或锌的乙烯
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甲基丙烯酸酯共聚物中的一种或几种混合物；
[0011]多壁碳纳米管3％
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6％；所述多壁碳纳米管为表面接枝有羟基、氨基、羧基的碳纳米管及不经表面处理的常规多壁碳纳米管中的一种或几种混合物；
[0012]抗水解剂2％
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4％；所述抗水解剂主要成分为聚碳化二亚胺及其他亚胺类化合物中的一种或几种；
[0013]所述三臂星形离子型扩链剂是一种如式II所示的含季铵离子环状结构及环氧基团的三臂星形化合物；
[0014][0015]进一步的，所述PLA的熔体质量流动速率在温度210℃，载荷重量2.16kg的测试条件下为2g/10min
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40g/10min，弯曲模量为100
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150MPa，弹性模量为3000
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4000MPa，拉伸强度为40
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60MPa，断裂伸长率为4
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10％，熔点为155
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180℃，密度为1.2
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1.3g/cm3。
[0016]进一步的，所述弹性体密度为0.9
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1.3g/cm3，熔体质量流动速率在温度190℃，载荷重量2.16kg的测试条件下为3g/10min
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43g/10min。结晶温度在50℃
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115℃，熔点在60℃
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130℃，结晶度为25％
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40％，邵氏硬度(A)40
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90。
[0017]进一步的，所述离子聚合物为阳离子为钠、钾、镁或锌的乙烯
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甲基丙烯酸酯共聚物中的一种或几种混合物。所述离聚物密度为0.92
‑
1.22g/cm3，熔体质量流动速率在温度190℃，载荷重量2.16kg的测试条件下为0.5g/10min
‑
10g/10min，熔点为60
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110℃。
[0018]进一步的，所述多壁碳纳米管为表面接枝有羟基、羧基、氨基的碳纳米管及不经表面处理的常规多壁碳纳米管中的一种或几种混合物，直径4
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6纳米，纯度大于98％，长度10
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20微米。
[0019]进一步的，所述抗水解剂主要成分为聚碳化二亚胺及其他亚胺类化合物中的一种或几种。分子量为360
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400g/mol，密度为1.02
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1.05g/cm3，熔融温度60
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100℃，碳化二亚胺含量大于12％。
[0020]进一步的，一种制备所述的PLA基共混复合材料的制备方法，其特征在于包含以下步骤：首先将PLA、生物可降解聚酯弹性体、离聚物在60℃下真空干燥12小时以除去水分，控制所有材料的含水率低于200ppm，然后将PLA、多壁碳纳米管和三臂星形离子型扩链剂按比例加入到高速混合机中，以转速为4000
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5000r/min进行共混，待PLA表面出现软化微熔，且碳纳米管和三臂星形离子型扩链剂包覆于PLA表面后停止共混，然后将上述混合物加入到温度为140℃
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有离子和化学双重交联结构的PLA基共混复合材料，其特征在于，各原料按质量百分数的配比为：PLA 60％
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64％；生物可降解聚酯弹性体20％
‑
22％；所述生物可降解聚酯弹性体为聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)、聚己内酯(PCL)、聚碳酸丙烯酯(PPC)等具有较高韧性的一种或几种聚合物；三臂星形离子型扩链剂2％
‑
5％；离子聚合物4％
‑
5％；所述离子聚合物为阳离子为钠、钾、镁或锌的乙烯
‑
甲基丙烯酸酯共聚物中的一种或几种混合物；多壁碳纳米管3％
‑
6％；所述多壁碳纳米管为表面接枝有羟基、氨基、羧基的碳纳米管及不经表面处理的常规多壁碳纳米管中的一种或几种混合物；抗水解剂2％
‑
4％；所述抗水解剂主要成分为聚碳化二亚胺及其他亚胺类化合物中的一种或几种；所述三臂星形离子型扩链剂是一种如式II所示的含季铵离子环状结构及环氧基团的三臂星形化合物；2.如权利要求1所述的PLA基共混复合材料，其特征在于：所述PLA的熔体质量流动速率在温度210℃，载荷重量2.16kg的测试条件下为2g/10min
‑
40g/10min，弯曲模量为100
‑
150MPa，弹性模量为3000
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4000MPa，拉伸强度为40
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60MPa，断裂伸长率为4
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10％，熔点为155
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180℃，密度为1.2
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1.3g/cm3。3.如上述权利要求1
‑
2任一项所述的PLA基共混复合材料，其特征在于：所述弹性体密度为0.9
‑
1.3g/cm3，熔体质量流动速率在温度190℃，载荷重量2.16kg的测试条件下为3g/10min
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43g/10min。结晶温度在50℃
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115℃，熔点在60℃
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130℃，结晶度为25％
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40％，邵氏硬度(A)40
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90。4.如上述权利要求1
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3任一项所述的PLA基共混复合材料，其特征在于：所述离子聚合
物为阳离子为钠、钾、镁或锌的乙烯
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甲基丙烯酸酯共聚物中的一种或几种混合物。所述离聚物密度为0.92
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1.22g/cm3，熔体质量流动速率在温度190℃，载荷重量2.16kg的测试条件下为0.5g/10min
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10g/10min，熔点为60
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110℃。5.如上述权利要求1
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4任一项所述的PLA基共混复合材料，其特征在于：所述多壁碳纳米管为表面接枝有羟基、羧基、氨基的碳纳米管及不经表面处理的常规多壁碳纳米管中的一种或几种混合物，直径4
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6纳米，纯度大于98％，长度10...

【专利技术属性】
技术研发人员：王平，高尚，杨利，陈鑫亮，宋涛，凌嘉诚，葛倪林，丁运生，冯绍杰，孙晓红，刘超，
申请(专利权)人：安徽建筑大学，
类型：发明
国别省市：