[发明专利]一种利用刚性-柔性核壳纳米颗粒改进聚乳酸力学性能的方法

说明书

本发明提供一种利用刚性‑柔性核壳纳米颗粒改进聚乳酸力学性能的方法，包括以下步骤：步骤一：采用化学共聚接枝方法制备刚性‑柔性核壳纳米颗粒，其中刚性相为内核，柔性相为外壳，两相之间通过共价键相连，柔性外壳末端含有与聚乳酸分子链反应的活性官能团；步骤二：质量分数为1％的刚性‑柔性核壳纳米颗粒和干燥后的聚乳酸加入行星式球磨机混匀；步骤三：混匀后的物料熔融共混制得改性物料；步骤四：熔融共混后的改性物料采用注塑或热压成型。所用核壳纳米颗粒同时包含刚性相和柔性相，且两相之间通过共价键相连，不发生相分离，可以起到增强和增韧的协同作用。

技术领域

本发明涉及一种改进聚乳酸力学性能的方法，尤其涉及一种利用核壳纳米颗粒改进聚乳酸力学性能的方法，属于材料改性技术领域。

背景技术

随着经济和科技的快速发展，塑料因其质轻、高强及耐腐蚀等优良性能已被广泛应用于人们生产和生活的各个领域。然而，由于传统石油基塑料在自然界很难降解，其形成的“白色污染”对人类和海洋生物的生存环境造成了严重威胁。尤其近年来，随着快递和快餐事业的飞速发展，其产生的塑料包装污染也对生态环境形成了巨大的压力。此外，生产塑料的石油是不可再生资源，传统塑料的大量使用也必然引起资源和能源的加速匮乏。因而，近年来，可生物降解塑料成为人们广泛关注和研究的重点。新型可生物降解塑料可在微生物的作用下完全降解为二氧化碳和水，采用简便及低成本的填埋或堆肥技术即可实现废弃塑料的无害化处理。在众多可生物降解聚合物中，聚乳酸(PLA)以其加工性能好、生物相容性好以及易生物降解等优势而被用于制备餐具、农膜、医用材料、及体育用品等，具有广阔的应用价值。而且，聚乳酸的制备原料主要来源于玉米、甜菜及马铃薯等可再生农作物，生产及处理过程均无污染，是一种理想的可再生环保高分子材料。但是，聚乳酸韧性较差、强度不高、热稳定性能较低，这限制了其更广泛的应用。

目前，主要采用添加橡胶或刚性颗粒的方式改善聚乳酸的力学性能。在聚乳酸聚合物中添加橡胶增韧剂可显著提升聚乳酸的韧度，但其强度和模量大幅度下降。因此，为了减小强度和刚度的损失，有研究在聚乳酸中加入刚性纳米颗粒，如纳米黏土、二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙、滑石粉以及碳纳米管等来改善其力学性能，但这些刚性纳米颗粒对聚乳酸韧度提升较小，甚至出现断裂伸长率下降的情况。为此，一些学者采用在聚乳酸中同时添加橡胶颗粒和刚性纳米颗粒的方法以期实现聚乳酸强度和韧度提升的平衡，但研究结果表明，柔性橡胶和刚性纳米颗粒并没有起到同时增韧和增强的作用。这可能是因为所添加的柔性增韧剂和刚性增强剂之间因为相分离而无法产生增强增韧的协同作用。因此，平衡聚乳酸强度和韧度的提升是聚乳酸力学性能改善技术的重要发展方向，这也将决定其未来在更多领域代替传统塑料而被广泛应用的可能性。

发明内容

本发明的目的是为了提升聚乳酸的强度和韧度等力学性能而提供一种利用刚性-柔性核壳纳米颗粒改进聚乳酸力学性能的方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种利用刚性-柔性核壳纳米颗粒改进聚乳酸力学性能的方法，包括以下步骤：

步骤一：采用化学共聚接枝方法制备刚性-柔性核壳纳米颗粒，其中刚性相为内核，柔性相为外壳，两相之间通过共价键相连，柔性外壳末端含有与聚乳酸分子链反应的活性官能团；

步骤二：质量分数为1％的刚性-柔性核壳纳米颗粒和干燥后的聚乳酸加入行星式球磨机混匀；

步骤三：混匀后的物料熔融共混制得改性物料；

步骤四：熔融共混后的改性物料采用注塑或热压成型。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述刚性相为二氧化硅、碳纳米管、石墨烯或倍半硅氧烷，所述柔性相为伸长率为2000％的聚丙烯酸丁酯橡胶；

2.所述行星式球磨机混匀的时间≥30min；