[发明专利]耐热耐久性聚乳酸复合材料的制备方法及耐热耐久性聚乳酸复合材料

摘要

本发明提供一种耐热耐久性聚乳酸复合材料的制备方法及耐热耐久性聚乳酸复合材料。本发明的耐热耐久性聚乳酸复合材料的制备方法，通过对贝壳微粉进行表面活化处理，对剑麻纤维进行热塑性改性处理，制备得到已活化的贝壳微粉及热塑性剑麻纤维，然后再通过双螺杆挤出设备将聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、已活化的贝壳微粉、热塑性剑麻纤维及功能性助剂混合挤出造粒，制备得到耐热耐久性聚乳酸复合材料，所得到的耐热耐久性聚乳酸复合材料不仅热变形温度超过100℃，且具有抗水解、耐老化等性能，并通过添加阻燃剂，可达到一定阻燃级别，因此可应用在耐热耐久性餐具、电子电器、汽车配件等领域，从而扩大了聚乳酸复合材料的应用领域。 1

主权项

1.一种耐热耐久性聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、称取贝壳微粉10‑20重量份、聚乳酸45‑60重量份、聚丁二酸丁二醇酯5‑8重量份、剑麻纤维6‑9重量份、改性剂2‑3.5重量份、封端剂0.5‑1.5重量份、表面处理剂1.5‑2重量份、插层剂0.5‑1.5重量份、阻燃剂5‑10重量份、抗水解剂1‑3重量份、抗老化剂1‑3重量份、相容剂2‑3重量份；

步骤2、对剑麻纤维进行热塑性改性：提供混合机及单螺杆挤出机，并在所述单螺杆挤出机的排气口上方装设紫外线辐射灯，将混合机温度设定为80‑90℃，在加热条件下将称取好的剑麻纤维及改性剂在混合机中搅拌5‑8分钟后加入称取好的封端剂，继续搅拌15‑25分钟后转入预先加热的单螺杆挤出机的加料斗中，开启单螺杆挤出机和紫外线辐射灯，通过单螺杆挤出机螺杆剪切及紫外线辐射灯辐照后，从单螺杆挤出机的模头挤出得到含活性基团的热塑性剑麻纤维；

步骤3、对贝壳微粉进行表面活化处理：将称取好的贝壳微粉和表面处理剂加入混合机中搅拌10‑15分钟，将混合机温度设定为75‑85℃，在加热条件下加入称取好的插层剂后继续搅拌5‑8分钟后，得到已活化的贝壳微粉，封存备用；

步骤4、提供双螺杆挤出机，在所述双螺杆挤出机的加料斗与排气口之间所述双螺杆挤出机的料筒上依次设有第一侧喂料机、第二侧喂料机，将称取好的聚乳酸及聚丁二酸丁二醇酯进行混合并将其混合物加入双螺杆挤出机的加料斗中，将双螺杆挤出机温度设定为160‑195℃，开启双螺杆挤出机，在第一侧喂料机处加入步骤2中所制备得到的热塑性剑麻纤维及步骤3中所制备得到的已活化的贝壳微粉，在第二侧喂料机处加入称取好的阻燃剂、相容剂、抗水解剂、抗老化剂，最后从双螺杆挤出机的模头挤出得到耐热耐久性聚乳酸复合材料；

所述改性剂为N,N‑二甲基甲酰胺、二甲基硅油、六甲基二硅氮烷中的一种或两种混合物；

所述封端剂为4‑苯乙炔基苯偶酰、4,4’‑二氟苯偶酰、铝钛复合偶联剂中的一种或两种混合物；

所述表面处理剂为聚二甲基硅氧烷、聚甲基硅油、铝钛复合偶联剂中的一种或两种混合物；

所述插层剂为十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基磺酸钠、偶氮二异庚腈中的一种或两种混合物；

所述阻燃剂为十溴二苯乙烷、二苯磷酸酯、三聚氰胺磷酸酯、氢氧化镁中的一种；

所述抗水解剂为聚碳化二亚胺、亚磷酸三乙酯、二羟基丙基十八烷酸酯中的一种；

所述抗老化剂为硫代二丙酸双月桂酯、十二烷基二甲基叔胺、双十四碳醇酯中的一种；

所述相容剂为唑啉、马来酸二丁酯接枝物、环氧类化合物中的一种。

2.如权利要求1所述的耐热耐久性聚乳酸复合材料的制备方法，所述步骤4提供的双螺杆挤出机的螺杆长径比为52‑56:1；所述双螺杆挤出机具有包括模头在内的至少10段加温区，所述第一侧喂料机位于双螺杆挤出机的第三加温区至第四加温区之间，所述第二侧喂料机位于双螺杆挤出机的第六加温区至第七加温区之间，所述双螺杆挤出机的排气区位于第七加温区至第八加温区之间。

3.如权利要求1所述的耐热耐久性聚乳酸复合材料的制备方法，所述第一侧喂料机包括第一侧喂料斗、位于第一侧喂料斗下方的第一输送螺杆，所述双螺杆挤出机的料筒上对应第一输送螺杆下方设有第一连接口；

所述第二侧喂料机包括第二侧喂料斗、位于第二侧喂料斗下方的第二输送螺杆，所述双螺杆挤出机的料筒上对应第二输送螺杆下方设有第二连接口。

4.如权利要求3所述的耐热耐久性聚乳酸复合材料的制备方法，所述步骤4中，所述双螺杆挤出机的主螺杆转速为300‑380rpm；通过第一侧喂料机进行加料时，所述第一输送螺杆的转速为20‑50rpm；通过第二侧喂料机进行加料时，所述第二输送螺杆的转速为10‑15rpm。

5.如权利要求4所述的耐热耐久性聚乳酸复合材料的制备方法，所述步骤4中，所述双螺杆挤出机的料筒内的物料停留时间为50‑65s。

6.如权利要求1所述的耐热耐久性聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，所述单螺杆挤出机具有包括模头在内的6段加温区，所述步骤2中的单螺杆挤出机在使用时，其上各加温区的温度分别为：第一加温区60‑70℃、第二加温区65‑75℃、第三加温区70‑80℃、第四加温区80‑90℃、第五加温区85‑95℃、模头温度为90‑95℃，所述单螺杆挤出机的排气区设置在第四加温区和第五加温区之间。

7.如权利要求1所述的耐热耐久性聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，将混合机温度设定为90℃；所述步骤3中，将混合机温度设定为80℃。

8.一种由权利要求1所述的耐热耐久性聚乳酸复合材料的制备方法制得的耐热耐久性聚乳酸复合材料，其特征在于，其制成原材料包括：贝壳微粉10‑20重量份、聚乳酸45‑60重量份、聚丁二酸丁二醇酯5‑8重量份、剑麻纤维6‑9重量份、改性剂2‑3.5重量份、封端剂0.5‑1.5重量份、表面处理剂1.5‑2重量份、插层剂0.5‑1.5重量份、阻燃剂5‑10重量份、抗水解剂1‑3重量份、抗老化剂1‑3重量份、相容剂2‑3重量份；

所述改性剂为N,N‑二甲基甲酰胺、二甲基硅油、六甲基二硅氮烷中的一种或两种混合物；

所述封端剂为4‑苯乙炔基苯偶酰、4,4’‑二氟苯偶酰、铝钛复合偶联剂中的一种或两种混合物；

所述表面处理剂为聚二甲基硅氧烷、聚甲基硅油、铝钛复合偶联剂中的一种或两种混合物；

所述插层剂为十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基磺酸钠、偶氮二异庚腈中的一种或两种混合物；

所述阻燃剂为十溴二苯乙烷、二苯磷酸酯、三聚氰胺磷酸酯、氢氧化镁中的一种；

所述抗水解剂为聚碳化二亚胺、亚磷酸三乙酯、二羟基丙基十八烷酸酯中的一种；

所述抗老化剂为硫代二丙酸双月桂酯、十二烷基二甲基叔胺、双十四碳醇酯中的一种；

所述相容剂为唑啉、马来酸二丁酯接枝物、环氧类化合物中的一种。