一種原位聚合PLA/MMT降解增強母料及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種原位聚合PLA/MMT降解增強母料制備方法，屬于生物降解材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)通過插層劑和助插層劑，并利用離子交換制備有機蒙脫土，增加蒙脫土之間的層間距，再通過熔融原位聚合將聚乳酸分子鏈插層到蒙脫土的層間得到PLA/MMT降解增強母料。其步驟具體為：先將蒙脫土經(jīng)有機化改性制得有機蒙脫土OMMT，再將乳酸單體加入到反應釜中，在120℃時，抽真空控制反應體系壓力在70～30KPa，反應2～6h，排除反應中生成的水分得到聚乳酸預聚體，然后將OMMT和催化劑以及聚乳酸預聚體加入到反應器中，升溫到140℃～200℃，抽真空控制反應體系壓力在50～5KPa，反應4h～12h，得到PLA/MMT降解增強母料。本發(fā)明專利技術(shù)制得的PLA/MMT降解增強母料可作為增強劑和改性劑應用于生物降解復合材料領(lǐng)域。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于生物降解材料
，具體涉及一種原位聚合PLA/MMT降解增強母料及其制備方法。
技術(shù)介紹
聚乳酸(PLA)是一種可生物降解的聚酯類材料。合成聚乳酸的原料乳酸來自于玉米等天然農(nóng)作物，產(chǎn)品在廢棄后能在自然環(huán)境中降解成水和二氧化碳，因此聚乳酸具有生物降解性，可循環(huán)性，此外其生物相容性好，力學性能優(yōu)良。但聚乳酸也具有性脆，沖擊強度低等缺點，改善聚乳酸的韌性拓寬聚乳酸的應用范圍。通常引入柔性高分子利用共混和共聚的手段改善聚乳酸的脆性，但是共聚一般難以得到分子量很高的聚合物，而共混改性不僅要考慮各組分之間的相容性的問題，而且加入增韌劑后在很大程度上會降低聚乳酸的強度，四川大學2015年開展了 PBAT及增容劑含量對PLA/PBAT共混物結(jié)構(gòu)和性能的研究工作，通過共混制備PLA/PBAT復合材料，發(fā)現(xiàn)隨著增韌劑聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯(PBAT)含量的增加復合物的沖擊強度呈現(xiàn)先增加后減小再增加的趨勢，而拉伸強度則會持續(xù)下降。北京工商大學2014年開展了聚乳酸/己二酸-對苯二甲酸-丁二酯共聚物全生物降解共混物研究工作，通過共混制備的復合材料沖擊強度和斷裂伸長率雖然有所增加，但是拉伸強度從58.6MPa (純PLA)降到23.0MPa (PBAT的含量為20%)。北京工商大學的專利申請“PLA/PBAT復合材料及其制備方法和應用”指出，通過加入超支化三嗪改善兩組分之間的界面相容性提高復合材料的性能，但是復合材料的拉伸強度只有24MPa。因此PBAT對PLA有較好的增韌作用，但是會導致其強度大幅度下降。MMT作為一種典型的層狀硅酸鹽礦物也常被用來增強改性PLA，孝感學院論文《聚乳酸/蒙脫土納米復合材料的制備及其熱力學性能研究》，通過共混制備PLA/MMT復合材料，拉伸強度和斷裂伸長率均有一定的提升，但是增韌效果不明顯，而且添加量很少。授權(quán)公告號為CN100347240C的專利申請“一種原位聚合制備聚乳酸/蒙脫土納米復合材料的方法”，該方法首先采用陽離子交換法將層狀鈉基蒙脫土與有機插層劑(包括各種氨基酸及長鏈烷基銨鹽)進行陽離子交換，然后將丙交酯與有機改性蒙脫土在適當?shù)拇呋瘎┳饔孟逻M行原位聚合制得。但是該方法采用的是單一的插層劑制備有機蒙脫土(0ΜΜΤ)，且該方法直接利用丙交酯原位聚合將聚乳酸引入0ΜΜΤ的片層結(jié)構(gòu)中制備聚乳酸/蒙脫土納米復合材料，聚合時間較長，增加了生產(chǎn)成本，另外，由于丙交酯與0ΜΜΤ 二者界面相容性不好，聚合過程中直接將丙交酯單體或乳酸低聚物逐漸插入到蒙脫土片層之間，導致片層被撐開，形成插層型或剝離型聚乳酸/蒙脫土納米復合材料，因而最終制備得到的復合材料綜合性能不佳。綜上所述，如何較好地克服聚乳酸和有機蒙脫土之間的相容性問題，在控制生產(chǎn)成本的同時，突破相關(guān)技術(shù)難點，制備得到綜合性能優(yōu)異的PLA/MMT降解增強母料是目前科研工作者亟待解決的技術(shù)問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對
技術(shù)介紹
中所指出的問題及現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本專利技術(shù)的目的在于提供一種原位聚合PLA/MMT降解增強母料及其制備方法，通過插層劑和助插層劑，并利用離子交換制備有機蒙脫土，增加蒙脫土之間的層間距，再通過熔融原位聚合將聚乳酸分子鏈插層到蒙脫土的層間得到PLA/MMT降解增強母料。為了實現(xiàn)本專利技術(shù)的上述目的，專利技術(shù)人經(jīng)過大量的試驗研究，開發(fā)出了一種原位聚合PLA/MMT降解增強母料，所述PLA/MMT降解增強母料由如下重量份的各原料經(jīng)原位聚合制備而成: 聚乳酸預聚體100份 有機蒙脫土 0ΜΜΤ 20?100份 催化劑0.5?2份，其中，所述有機蒙脫土 0ΜΜΤ由100份Na_MMT，20?60份插層劑，80?150份助插層劑，3500?7500份去離子水經(jīng)陽離子交換制得。進一步地，上述技術(shù)方案中所述有機蒙脫土 0ΜΜΤ的制備方法如下:取100份鈉基蒙脫土和2500?4500份去離子水制成鈉基蒙脫土懸濁液，用稀鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)懸濁液的pH值使其pH=6，再緩慢向懸濁液中滴加插層劑20?60份，助插層劑80?150份，去離子水1000?3000份，再升溫到50?90°C，恒溫攪拌10?120min，最后將懸池液在50?90°C下超聲0?90min，過濾、洗滌至用硝酸銀溶液檢測濾液中無沉淀出現(xiàn)，將濾餅在60°C的真空干燥箱中干燥12h得到有機蒙脫土 0ΜΜΤ。進一步地，上述技術(shù)方案中所述的聚乳酸預聚體的制備方法如下:將乳酸單體加入反應釜，在120°C，抽真空控制反應體系壓力在70?30KPa條件下，反應2?6h，排除反應中生成的水分得到所述聚乳酸預聚體。進一步優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中所述的插層劑為十烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基溴化銨中的任一種。進一步優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中所述的助插層劑為乙醇、正丙醇、異丙醇中的任一種或多種。進一步優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中所述的催化劑為SnCl2、Sn (Oct) 2、Sn粉、二月桂酸二丁基錫、Zn粉、ZnO、對甲苯磺酸(TSA)、磷鉬酸、濃硫酸、鈦酸四丁酯、濃磷酸中的任一種或多種。本專利技術(shù)的另一目的在于提供一種上述所述原位聚合PLA/MMT降解增強母料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟: (1)取100份鈉基蒙脫土和2500?4500份去離子水制成鈉基蒙脫土懸濁液，用稀鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)懸濁液的pH值使其pH=6，再緩慢向懸濁液中滴加插層劑20?60份，助插層劑80?150份，去離子水1000?3000份，再升溫到50?90°C，恒溫攪拌10?120min，最后將懸池液在50?90°C下超聲0?90min，過濾、洗滌至用硝酸銀溶液檢測濾液中無沉淀出現(xiàn)，將濾餅在60°C的真空干燥箱中干燥12h得到有機蒙脫土 0ΜΜΤ ; (2)將乳酸單體加入反應釜，在120°C，抽真空控制反應體系壓力在70?30KPa條件下，反應2?6h，排除反應中生成的水分得到所述聚乳酸預聚體； (3)將20?100份步驟(1)所述制得的有機蒙脫土0ΜΜΤ和0.5?2份催化劑以及100份步驟(2)所述制得的聚乳酸預聚體加入到反應器中，升溫到140°C?200°C，抽真空控制反應體系壓力在50?5KPa，反應4h?12h，得到所述PLA/MMT降解增強母料。進一步優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中所述的插層劑為十烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基溴化銨中的任一種。進一步優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中所述的助插層劑為乙醇、正丙醇、異丙醇中的任一種或多種。進一步優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中所述的催化劑為SnCl2、Sn (Oct) 2、Sn粉、二月桂酸二丁基錫、Zn粉、ZnO、對甲苯磺酸(TSA)、磷鉬酸、濃硫酸、鈦酸四丁酯、濃磷酸中的任一種或多種。本專利技術(shù)制得的PLA/MMT降解增強母料可廣泛應用于改性聚乳酸復合材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下的有益效果: (1)本專利技術(shù)采用一步熔融縮聚、熔融原位聚合插層制備PLA/MMT降解增強母料，通過將聚乳酸PLA與有機蒙脫土 0ΜΜΤ相結(jié)合制備降解增強母料，從而改善了 PLA與MMT之間的界面相容性，將本專利技術(shù)制得的PLA/MMT降解增強母料通過本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種原位聚合PLA/MMT降解增強母料，其特征在于：所述PLA/MMT降解增強母料由如下重量份的各原料經(jīng)原位聚合制備而成：聚乳酸預聚體??????????100份有機蒙脫土OMMT???????20～100份催化劑????????????????0.5～2份，其中，所述有機蒙脫土OMMT由100份?Na?MMT，20～60份插層劑，80～150份助插層劑，3500～7500份去離子水經(jīng)陽離子交換制得。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙西坡，林強，彭少賢，
申請(專利權(quán))人：湖北工業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北;42