[发明专利]一种高强韧聚乳酸复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高强韧聚乳酸复合材料及其制备方法，该复合材料包括聚乳酸、聚乙二醇、异氰酸酯交联剂、MXene纳米片、抗氧剂等原料；本申请的复合材料，具有机械强度高、冲击性能优异等特点；本发明的复合材料的制备方法，在密炼机或双螺杆挤出机的高速剪切作用下异氰酸酯交联剂与聚乙二醇、聚乳酸及MXene纳米片原位动态硫化生成交联聚氨酯、聚乳酸‑g‑聚氨酯共聚物以及接枝改性的MXene纳米片，从而保证了交联聚氨酯以及MXene纳米片与聚乳酸基体具有强的界面相互作用；本申请的聚乳酸复合材料的制备方法，工艺简单，制备路线切合绿色、低碳、环保的发展趋势和要求。

技术领域

本发明涉及高分子复合材料技术领域，尤其涉及一种高强韧聚乳酸复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着石油资源枯竭和环保意识增强，环境友好生物基高分子材料的研制和开发受到了学术界和产业界的广泛关注。聚乳酸(PLA)因其优良的生物相容性和生物降解性、较高的机械强度和模量以及易加工成型等特性，有望在诸多领域取代传统的石油基高分子材料，是近年来研究开发最为活跃的生物基高分子材料之一，具有广阔的应用前景。然而，较低的常温缺口冲击强度(2.0～3.0kJ/m2)和断裂伸长率(2-10％)严重限制了PLA的大规模应用，也对其取代石油基高分子材料的前景蒙上了一层阴影。因此，为进一步扩宽其应用领域，提高韧性是PLA改性的研究重点之一。

针对PLA的脆性缺陷，虽已发展出增塑、共聚、共混及立构复合等多种增韧改性方法，但共混增韧改性依然因方法简单、高效、易实现工业化制备而备受关注。相比于普通的共混增韧改性手段，为提高相界面相互作用，以实现最大限度的增韧效果，基于反应共混的动态硫化技术被广泛应用。但是，在利用弹性体对脆性材料进行增韧改性时，不可避免会损失强度和模量。刚性纳米材料可改善共混物的界面相互作用，降低分散相尺寸，提高共混物性能。但要实现熔融加工过程中纳米材料在聚合物基体中的均匀分散与强界面相互作用依然存在较大难度。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种高强韧聚乳酸复合材料及其制备方法，以解决或至少部分解决现有技术中存在的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种高强韧聚乳酸复合材料，包括以下重量份原料：60～90份的聚乳酸、5～20份的聚乙二醇、5～20份的异氰酸酯交联剂、0.05～5份的MXene纳米片、0.3～1.0份的抗氧剂。

优选的是，所述的高强韧聚乳酸复合材料，所述聚乳酸包括聚L-乳酸、聚D-乳酸和外消旋聚乳酸中的至少一种。

优选的是，所述的高强韧聚乳酸复合材料，所述聚乙二醇的平均分子量为400～5000。

优选的是，所述的高强韧聚乳酸复合材料，所述异氰酸酯交联剂包括六亚甲基二异氰酸酯三聚体、甲苯二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、二苯基甲烷二异氰酸酯三聚体及二环已基甲烷-4,4‘-二异氰酸酯三聚体中的至少一种。

优选的是，所述的高强韧聚乳酸复合材料，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂DLTP中的至少一种。

第二方面，本发明还提供了一种所述的高强韧聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将聚乙二醇、MXene纳米片加入至水中，超声分散，冷冻干燥得到聚乙二醇/MXene共混物；

将聚乳酸、聚乙二醇/MXene共混物、抗氧剂置于密炼机或双螺杆挤出机中熔融塑化，然后加入异氰酸酯交联剂，交联反应，即得到高强韧聚乳酸复合材料。

优选的是，所述的高强韧聚乳酸复合材料的制备方法，若采用密炼机，则控制密炼机的温度为160～220℃、转子转速为50～100rpm，交联反应时间为5～20min。