聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯復合材料及制備方法
【專利摘要】聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯復合材料及制備方法，涉及高分子復合材料的制備【技術領域】，將干燥的聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯與聚乳酸置轉矩流變儀內，于溫度為180℃、轉子剪切速率為50s-1～100s-1的條件下熔融共混后，再加入玻璃纖維再熔融共混，然后注塑成形。制成的生物可降解的復合材料中聚乳酸分散相焊接了玻璃纖維的搭接點，使玻璃纖維在聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯基體中形成了牢固的網絡結構。本發明讓玻璃纖維在聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯基體中形成完善的網絡結構，從而最大程度發揮玻璃纖維的增強效果，極大的改善了聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯的強度和模量。
【專利說明】聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯復合材料及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及高分子復合材料的制備【技術領域】，特別是生物可降解高分子不相容共 混物的高分子復合材料的制備【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 隨著環境保護和經濟發展的要求，生物可降解的高分子如聚己二酸-對苯二甲酸 丁二酯、聚乳酸等作為新型的可降解高分子材料日益受到關注。它們具有良好的熱塑性、生 物相容性、生物可降解性及組織可吸收性，因此不僅在通用塑料領域，還在生物醫學工程方 面如藥物控制釋放基材、多孔的組織工程支架，包裝等方面也具有潛在的應用價值。
[0003] 不過單一的聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯或聚乳酸在性能上都有各自的缺點，如 聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯的玻璃化轉變溫度為-30°C，室溫下呈橡膠態，表現為優異的 韌性，斷裂伸長率高，但它的拉伸強度低。而聚乳酸則具有較快的降解速率和較好的拉伸強 度，但韌性較差極易彎曲變形。因此為了利用它們的性能互補性，將聚己二酸-對苯二甲酸 丁二酯與聚乳酸熔融共混是提高它們模量和強度的有效方法。
[0004] 但聚酯與聚乳酸之間熱力學的不相容使得它們的共混材料相疇較大且界面粘結 松散，性能無法達到預期設想甚至可能會出現綜合性能與純聚合物相比下降的情況，所以 必須要對共混體系進行增容改性。傳統的方法是利用與聚酯和聚乳酸具有類似化學結構的 嵌段共聚物作為第三組分進行增容，不過由于嵌段共聚物的價格過于昂貴從而極大增加了 共混材料的制造成本。
[0005] 纖維增強是高分子材料改性的傳統且高效的方法，因為纖維結構具有較大的長徑 t匕，增加了纖維與基體之間的界面粘結，從而有利于載荷的有效傳遞。不過聚合物基體中玻 璃纖維的無序排布并不能最大程度發揮其應有的增強效果，如果利用流變學的方法，通過 控制聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯和聚乳酸兩種基體的組分比以及加工過程中在一定剪 切速率范圍內的粘度比，就有可能讓與基體聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯不相容的聚乳酸 分散相擴散至自由能比較大的玻璃纖維搭接點上，從而在降溫的過程中將玻璃纖維焊接成 網絡結構，這種在玻璃纖維網絡交叉處存在類似焊接點的囊狀包裹結構能更大程度的發揮 玻璃纖維的增強效應，從而制備出高強度的聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯復合材料。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于提出一種具有自焊接結構的玻璃纖維增強的生物可降解的聚 己二酸-對苯二甲酸丁二酯復合材料。
[0007] 本發明所述的復合材料中聚乳酸分散相焊接了玻璃纖維的搭接點，使玻璃纖維在 聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯基體中形成了牢固的網絡結構；所述聚己二酸-對苯二甲酸 丁二酯與聚乳酸的質量比為60?80:40?20,玻璃纖維占復合材料總質量的15?30%。
[0008] 本發明利用聚乳酸與聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯的熱力學不相容特性，采用相 分離的技術使得成型加工過程中聚乳酸相焊接至玻璃纖維的搭接點上，讓玻璃纖維在聚己 二酸-對苯二甲酸丁二酯基體中形成完善的網絡結構，從而最大程度發揮玻璃纖維的增強 效果，極大的改善了聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯的強度和模量；此外，聚己二酸-對苯二 甲酸丁二酯和聚乳酸都是生物可降解的，由此得到的復合材料具有環境友好的特征。
[0009] 本發明的另一目的是提出具有自焊接結構的玻璃纖維增強的聚己二酸-對苯二 甲酸丁二酯復合材料制備方法。
[0010] 本發明將干燥的聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯與聚乳酸置轉矩流變儀內，于溫度 為180°C、轉子剪切速率為δΟ?Γ1?100 ?Γ1的條件下熔融共混后，再加入玻璃纖維再熔融 共混，然后注塑成形；本發明所述聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯與聚乳酸的混和質量比為 60?80 :40?20,玻璃纖維占聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯、聚乳酸和玻璃纖維總質量的 15 ?30%。
[0011] 對于玻璃纖維增強的聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯/聚乳酸的不相容共混體系， 并非所有共混比下制得的復合材料都能充分發揮玻璃纖維的增強體效果。本發明最重要的 是聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯與聚乳酸在轉矩流變儀的密煉腔中在50 s_1-100 s_1剪切 速率下密煉的粘度比范圍1?4,這樣才能保證在成型時低粘度、高熔點的聚乳酸作為與聚 己二酸-對苯二甲酸丁二酯基體不相容的分散相焊接至玻璃纖維搭接點上，形成具有良好 增強效果的網絡結構。
[0012] 其次，本發明以聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯為基體，而與玻璃纖維親和性更好 的聚乳酸為分散相，因此聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯與聚乳酸的質量比范圍必須控制在 60?80 :40?20之間；再次，玻璃纖維用量太少無法形成逾滲網絡結構，用量太多會導致 加工粘度過大從而造成成型困難，因此玻璃纖維占聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯、聚乳酸 和玻璃纖維總質量的15?30%。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1為實施例1制成的三元復合材料沖擊斷面的掃描電鏡照片。
[0014] 圖2為實施例2制成的三元復合材料沖擊斷面的掃描電鏡照片。
[0015] 圖3為對比例2制成的二元復合材料沖擊斷面的掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合附圖及最佳實施方式對本發明作進一步說明，以使公眾對發明的內容有 整體和充分的了解，而并非對本發明保護范圍的限定。前述部分已經充分公開了本發明可 以實施的保護范圍，因此凡依照本發明公開內容進行的任何領域公知的等同替換，均屬于 對本發明的侵犯。
[0017] 本發明的其他優點和效果將在下面的【具體實施方式】中繼續描述。
[0018] 以下各例中，聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯為數均分子量約12,000 g/mol，熔 融溫度115?120°C的生物可降解及生物相容的高分子共聚酯；聚乳酸為數均分子量約 100,000 g/mol，熔融溫度165?170°C的生物可降解高分子聚酯。
[0019] 一、實施例1 1、將干燥后的聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯與聚乳酸以70:30的質量比混合置于 Haake轉矩流變儀，于溫度180°C下控制轉子剪切速率為50 f?100 s_S熔融共混2 min， 然后加入占總質量15%的玻璃纖維再共混6 min后出料。
[0020] 2、使用微型注塑機將出料注射成標準啞鈴型（32 mmX4 mmX2 mm)和標準矩 形（80 mmXlO mmX4 mm)樣條用于拉伸性能和沖擊性能的測試。注射工藝為：料筒溫度 180°C，模具溫度30°C，注射壓力600 bar，保壓壓力500 bar。
[0021] 二、實施例2 1、將干燥后的聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯與聚乳酸以70:30的質量比混合置于 Haake轉矩流變儀，于溫度180°C下控制轉子剪切速率為50 f?100 s_S熔融共混2 min， 然后加入占總質量20%的玻璃纖維再共混6 min后出料。
[0022] 2、使用微型注塑機將出料注射成標準啞鈴型（32 mmX4 mmX2 mm)和標準矩 形（80 mmXlO mmX4 mm)樣條用于拉伸性能和沖擊性能的測試。注射工藝為：料筒溫度 180°C，模具溫度30°C，注射壓力600 bar，保壓壓力500 bar。
[0023] 三、對比例1 1、將干燥后的聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯與聚乳酸以70:30的質量比混合置于 Haake轉矩流變儀，于溫度180°C下控制轉子剪切速率為50 f?100 s_S熔融共混8 min 后出料。
[0024] 2、使用微型注塑機將出料注射成標準啞鈴型（32 mmX4 mmX2 mm)和標準矩 形（80 mmXlO mmX4 mm)樣條用于拉伸性能和沖擊性能的測試。注射工藝為：料筒溫度 180°C，模具溫度30°C，注射壓力600 bar，保壓壓力500 bar。
[0025] 四、對比例2 1、將干燥后的聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯置于Haake轉矩流變儀，于溫度180°C下控 制轉子剪切速率為50 f?100 s'熔融共混2 min，然后加入占總質量20%的玻璃纖維再 共混6 min后出料。
[0026] 2、使用微型注塑機將出料注射成標準啞鈴型（32 mmX4 mmX2 mm)和標準矩 形（80 mmXlO mmX4 mm)樣條用于拉伸性能和沖擊性能的測試。注射工藝為：料筒溫度 180°C，模具溫度30°C，注射壓力600 bar，保壓壓力500 bar。
[0027] 五、實施例 3、4、5、6 : 與實施2相同的方法，只是調整各原料的投料量(具體見下表)，進行實施例3、4、5、6產 品的生產。
[0028] 表 1
【權利要求】
1. 聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯復合材料，其特征在于所述復合材料中聚乳酸分散相 焊接了玻璃纖維的搭接點，使玻璃纖維在聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯基體中形成牢固的 網絡結構；聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯與聚乳酸的質量比為60?80:40?20,玻璃纖維 占復合材料總質量的15?30%。
2. 如權利要求1所述的聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯復合材料的制備方法，其特征在 于將干燥的聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯與聚乳酸置轉矩流變儀內，于溫度為180°C、轉子 剪切速率為50s4?100 的條件下熔融共混后，再加入玻璃纖維熔融共混，然后注塑成 型； 所述聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯與聚乳酸的混和質量比為60?80 :40?20,玻璃 纖維占聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯、聚乳酸和玻璃纖維總質量的15?30%。
3. 根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于所述聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯與 聚乳酸的粘度比為1?4。
【文檔編號】C08L67/04GK104231576SQ201410534184
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月11日 優先權日:2014年10月11日
【發明者】吳德峰, 丁昆山, 王藝, 劉海云, 呂巧蓮 申請人:揚州大學