[发明专利]超韧耐热导电的聚乳酸/弹性体/碳纳米粒子复合材料或制品及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子复合材料及其制备技术领域，具体涉及一种超韧耐热导电的聚乳酸/弹性体/碳纳米粒子复合材料或制品及其制备方法。

背景技术

自20世纪以来，高分子材料以其质轻、价廉、柔韧性好等优异特性，在国民经济各部门和人们生活的各个方面均得到了广泛应用，然而以石化资源为合成原料的高分子材料在被大量生产和消费的同时也带来了两大严重问题：有限的石油资源被大量消耗和大量难以降解的废弃高分子材料对环境造成了严重污染。因此，以可再生资源为原料、可生物降解高分子材料的开发成为近年来的研究与应用发展热点。

聚乳酸(PLA)是一种生物基、可生物降解的绿色高分子，可以玉米等植物资源为合成原料来制备，具有生物相容性好、力学强度高、透明性优、易于加工成型等优点，被誉为本世纪最具发展前景的一种可生物降解高分子材料。但是，PLA的脆性很大，其拉伸断裂伸长率只有5％左右，缺口冲击强度仅为2kJ/m²；此外，作为一种结晶聚合物，PLA的结晶速度非常慢，采用注射成型等普通熔融加工方法制得的制品往往呈非晶态，导致制品的耐热性受制于其低的玻璃化转变温度(55-60℃)，耐热性很差，热变形温度通常只有50-55℃左右。这些缺点极大地限制了PLA作为通用塑料和工程塑料替代传统石油基高分子材料在汽车工业、电子电器等对韧性和耐热性要求较高场合的广泛应用。

与弹性体(或柔韧性聚合物)物理共混是改善PLA韧性的一种简单、经济的方法。然而，由于PLA与绝大多数弹性体的热力学相容性都很差，组成共混物时其界面相互作用很弱，从而使得弹性体对PLA基体的增韧作用得不到充分发挥。例如在聚己内酯(PCL)增韧PLA的体系中，由于PLA与PCL的界面相互作用很弱，即使PCL的添加量达到20wt％也仅能使PLA的缺口冲击强度从2.2kJ/m²提升到5.2kJ/m²(ACS Appl.Mater.Interfaces，2012，4，897-905)。因此，提高PLA与弹性体的界面相互作用力是提高增韧效率的关键。有文献报道，在聚合物共混物中引入碳纳米粒子可制备高性能聚合物复合材料。因为引入的碳纳米管、石墨烯等碳纳米粒子可选择性地分散在共混物的相界面上并且贯穿于两相界面，使共混物的相界面强度得到显著提高(Polymer，2013，54，464-471)，进而获得优良的增韧或增强效果。例如，在聚丙烯/乙烯-醋酸乙烯共聚物(PP/EVA)中引入2.0wt％的改性碳纳米管就可以使PP/EVA共混物的缺口冲击强度由原本的10.2kJ/m²提高到63.2kJ/m²(Polymer，2009，50，3072-3078)。然而，遗憾的是，由于热力学原因，未改性的碳纳米粒子很难稳定地分布在共混物的相界面处，其在熔融共混过程中，更倾向于从一相迁移到与其相互作用更强的另一相，即仍然会选择性地分散在共混物的某一相中。虽然，人们发现通过对碳纳米粒子进行化学或物理改性可以实现其在共混物相界面上的稳定分布(Polymer，2013，54，6165-6176；Biomacromolecules，2009，10，417-424)。但是，对碳纳米粒子进行改性不仅导致过程繁琐复杂，还因为在改性时使用强氧化剂来引入活性官能团的过程会不可避免地给碳纳米粒子表面造成诸多缺陷，从而引起其力学、导电性能的恶化。另一方面，直接采用弹性体和碳纳米粒子增韧PLA因无法同时有效改善PLA的结晶速率，使得加工成型制品中PLA基体仍呈非晶态，制品的耐热性依旧很差。因此，如何寻求一条有效途径，以在实现弹性体和碳纳米粒子高效增韧PLA的同时，大幅加快PLA基体的结晶速率，获得兼具超韧、耐热、导电的PLA复合材料或制品已成为一个亟待解决的课题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，首先提供一种超韧耐热导电的聚乳酸/弹性体/碳纳米粒子复合材料或制品的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种上述方法制备的超韧耐热导电的聚乳酸/弹性体/碳纳米粒子复合材料或制品。