[发明专利]一种聚乳酸复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物降解复合材料领域，尤其涉及一种聚乳酸复合材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸（PLA）是一种可生物降解聚合物，来源于可再生的淀粉类资源，具有优良的生物相容性、抗菌性、机械性能和加工性能，是目前最具有应用前景的环保型塑料。但是PLA质硬且韧性不足，抗冲击性能差、耐热性也较差，目前多数公司还是把其改性应用在包装材料方面。

聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）是己二酸、对苯二甲酸和丁二醇三元共聚形成的脂肪族-芳香族共聚酯，最终可在标准的土壤或堆肥条件下转化为二氧化碳（CO₂）、水和生物质，且其转化速度较快。PBAT具有较强的韧性和良好的热稳定性，但其机械性能较差。采用PBAT可以改善PLA的韧性，但会大大降低共混体系的力学强度；且PLA/PBAT共混物为一个不相容的两相体系，其中PBAT以大约300nm左右分散于PLA基体中。

现有技术中选用高反应活性低聚物（HO）对PLA/PBAT不相容共混物的相容性进行改善，HO分子中含有高反应活性的异氰酸酯官能团，通过原位共聚，在相界面处起到乳化剂的作用，降低表面张力，从而提高PLA与PBAT的相容性。但是该方法得到的PLA/PBAT体系中含有异氰酸酯官能团，复合材料的制作过程中需要使用有毒物质，因此其应用受到限制。

现有技术中还公开了一种增容剂，将该增容剂加入PLA/PBAT共混体系中，从而改善PLA与PBAT的相容性；该增容剂为聚己内酯（PCL）。通过在PLA/PBAT共混体系中引入PCL，能提高共混物的冲击强度、拉伸强度和拉伸弹性模量；但是，该方法得到的PLA/PBAT体系仍然存在机械性能和耐热性较差的缺陷。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的PLA/PBAT复合材料机械性能和耐热性差的技术问题。

本发明提供了一种聚乳酸复合材料，所述聚乳酸复合材料中含有聚乳酸、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、相容剂和玻璃纤维；其中所述玻璃纤维为经过硅烷偶联剂表面处理的玻璃纤维。

本发明还提供了所述聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1）用硅烷偶联剂对玻璃纤维进行表面处理；

2）将聚乳酸、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯和相容剂混合均匀，得到预混物；将预混物与步骤1）的产物混合均匀、共挤出，得到所述聚乳酸复合材料。

本发明提供的聚乳酸复合材料，能完全降解，其中PLA与PBAT具有良好的相容性，使得本发明的聚乳酸复合材料既具有PLA的机械性能和加工性能，又具有PBAT的韧性和热稳定性；本发明的聚乳酸复合材料中通过采用硅烷偶联剂处理的玻璃纤维，使聚乳酸复合材料具有较高的机械性能和耐热性能。    

具体实施方式

本发明提供了一种聚乳酸复合材料，所述聚乳酸复合材料中含有聚乳酸、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、相容剂和玻璃纤维；其中所述玻璃纤维为经过硅烷偶联剂表面处理的玻璃纤维。

本发明的发明人通过大量实验发现，本发明中，通过相容剂改善PLA/PBAT共混体系的相容性，使本发明的聚乳酸复合材料同时具有PLA的机械性能和PBAT的韧性、热稳定性；另外，本发明中通过引入硅烷偶联剂处理的玻璃纤维，一方面保证玻璃纤维与PLA、PBAT具有良好的相容性，另一方面提高聚乳酸复合材料的力学强度，抗冲性能，从而使本发明的聚乳酸复合材料具有良好的机械性能；另外，耐热性能也得到较大改善。

本发明中，通过对玻璃纤维进行硅烷偶联剂表面改性，从而提高玻璃纤维与PLA、PBAT的相容性。其中，所述硅烷偶联剂为本领域技术人员公知的具有活性反应基团的硅烷，通过硅烷上的活性反应基团从而实现与其他物质的化学结合。本发明中，PLA上具有端羟基和端羧基，PBAT上具有端羧基，为提高玻璃纤维与PLA、PBAT的相容性，所述硅烷偶联剂优选采用含有氨基、羰基、羧基或环氧基的硅烷偶联剂。本发明中，所述硅烷偶联剂可直接采用商购产品，例如可以采用KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171，A186中的至少一种。

玻璃纤维用于PLA体系中能提高PLA的耐热性，随着玻璃纤维含量的增加，材料模量的提高，增强PLA的热变形温度也随之增高。但是由于玻璃纤维与PLA、PBAT具有较差的相容性，因此本发明中采用的玻璃纤维为经过表面改性处理的玻璃纤维。所述玻璃纤维的直径为8-20μm，玻璃纤维的长度为2-3mm。本发明中，所述玻璃纤维可直接采用商购产品。