一种改性聚丁二酸丁二酯纳米复合材料及其制备方法

摘要

本发明提供了一种改性聚丁二酸丁二酯纳米复合材料，其组分包括：100份聚丁二酸丁二酯；1～5份八苯基八硅倍半氧烷；0～15份改性丝瓜纤维；0.2～1份热稳定剂；0.5～2份增塑剂；0.5～2份阻燃剂；其中，所述纳米复合材料是由下述制备方法得到：步骤1：50-80℃条件下，将聚丁二酸丁二酯干燥3-5h；步骤2：将聚丁二酸丁二酯和八苯基八硅倍半氧烷混合3-5min，然后再加入改性丝瓜纤维、增塑剂、阻燃剂和热稳定剂，继续混合5～10min；步骤3：造粒、注塑成型，得到所述纳米复合材料。本发明的技术方案最终可以得到一种力学性能优异的纳米复合材料，有效改善聚丁二酸丁二酯制品柔软，刚性不足的缺陷。

说明书

技术领域

本发明涉及可降解树脂领域，尤其涉及一种改性聚丁二酸丁二酯纳米复合材料及其制备方法，其中，涉及八苯基八硅倍半氧烷对聚丁二酸丁二酯的改进。

背景技术

聚丁二酸丁二酯(PBS)，是一种由丁二酸和丁二醇经缩合聚合得到的树脂，呈乳白色，无嗅无味，易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解、代谢，最终分解为二氧化碳和水，是一种生物相容性和生物降解性的脂肪族聚酯。

由于其所特有的性质，本领域技术人员对其进行开发研究，目前已经成果显著。其中，CN104356617A公开了一种可完全生物降解塑料，包括聚乳酸、改性的聚丁二酸丁二酯、填充剂、偶联剂、增塑剂、稳定剂、抗菌剂、硬脂酸盐，所述塑料的力学性能好、可生物降解、并有很强的透气性，而且具有良好的阻燃性和抗菌性；CN101717475公开了一种可生物降解泡沫塑料，包括紫外光引发剂、交联剂、发泡剂、聚丁二酸丁二酯或聚丁二酸丁二酯与聚醚形成的共聚物。各种聚丁二酸丁二酯类产品随着人们的需求，被广泛应用于在药物控制释放、手术缝合线等生物医药领域及其它各个领域。

尽管目前对于聚丁二酸丁二酯材料的研究已经逐渐深入，然而PBS在加工使用过程中存在的低温脆性大、力学性能低、熔体强度低等生物降解高分子材料普遍具有的不足仍然不能很好地克服，继而大大制约了其更加广泛的应用。因此，一种性能更加良好的聚丁二酸丁二酯材料，是本领域技术人员所期望的。

发明内容

针对上述不足，本申请发明人发现，采用在材料中加入其它高分子或无机填料的方式，可以很好地改善其结晶性能与物理性能。八苯基八硅倍半氧烷具有Si-O-Si组成的内部无机骨架，同时其外部连接有机基团的纳米级三维结构体系，是一种新型的聚合物改性粒子。八苯基八硅倍半氧烷硅氧骨架外围包裹着数目较 多的有机基团，使得其与有机物的相容性非常优异，能很好的在有机大分子、聚合物中分散，分散尺度达到纳米级别，从而具有纳米效应。

根据上述发现，本发明提供了一种改性聚丁二酸丁二酯纳米复合材料及其制备方法，最终可以得到一种力学性能优异的纳米复合材料，有效改善聚丁二酸丁二酯制品柔软，刚性不足的缺陷。

本发明的技术方案包括一种改性聚丁二酸丁二酯纳米复合材料，其特征在于，其组分及其重量配比包括：

其中，所述纳米复合材料是由下述制备方法得到，包括：

步骤1：50-80℃条件下，将聚丁二酸丁二酯干燥3-5h；

步骤2：将聚丁二酸丁二酯和八苯基八硅倍半氧烷混合3-5min，然后再加入改性丝瓜纤维、增塑剂、阻燃剂和热稳定剂，继续混合5～10min；

步骤3：造粒、注塑成型，得到所述纳米复合材料。

其中，所述改性丝瓜纤维的制备方法包括：将丝瓜纤维粉碎成小块，并研磨成粉，过50-100目筛子，然后在70-100℃真空环境下干燥，然后将其与40-80ml无水乙醇混合，并超声分散5-20min得分散均匀的悬浮液；将偶联剂按0.5-1％的质量分数溶于40-80ml无水乙醇，得到偶联剂溶液；随后将悬浮液与偶联剂溶液混合均匀并于60-90℃下回流3-5h后，冷却至室温，经离心分离和70-100℃真空环境下干燥得到所述改性丝瓜纤维。

进一步地，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂(KH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)、钛酸酯偶联剂(NZD201)中的任意一种或几种。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述改性丝瓜纤维的制备方法为：将丝瓜纤维置于粉碎机中粉碎成小块，并球磨机研磨成粉，过50-100目筛子，然 后在80℃的真空烘箱中烘干，然后将其与50ml无水乙醇混合，并超声分散10min得分散均匀的悬浮液；将偶联剂按0.5-1％的质量分数溶于50ml无水乙醇，得到偶联剂溶液；随后将悬浮液与偶联剂溶液混合均匀并于80℃下回流3-5h后，冷却至室温，经离心分离和80℃的真空烘箱中烘干，得到所述改性丝瓜纤维。

其中，所述热稳定剂为顺丁烯二酸酐或环氧大豆油。

其中，所述所用增塑剂为糠醛。

其中，所述所用阻燃剂为水滑石、氢氧化镁和氢氧化铝中的任意一种或几种。

其中，所述步骤1是在60℃条件下进行的。

其中，所述步骤3是通过双螺杆挤出机进行造粒，并通过注塑机注塑成型。

进一步地，在本发明的一个优选实施例中，所述改性聚丁二酸丁二酯纳米复合材料的制备方法为：

步骤1：60℃条件下，将聚丁二酸丁二酯干燥3-5h；

步骤2：采用高速混合机，将聚丁二酸丁二酯和八苯基八硅倍半氧烷混合3-5min，然后再加入改性丝瓜纤维、增塑剂、阻燃剂和热稳定剂，继续混合5～10min；

步骤3：将上述物料通过双螺杆挤出机挤出造粒，并通过注塑机注塑成型，得到所述纳米复合材料。

本发明的技术方案还包括一种上述所述的改性聚丁二酸丁二酯纳米复合材料的应用。

具体实施方式

本发明提供了一种改性聚丁二酸丁二酯纳米复合材料，其特征在于，其组分及其重量配比包括：

其中，所述纳米复合材料是由下述制备方法得到，包括：

步骤1：50-80℃条件下，将聚丁二酸丁二酯干燥3-5h；

步骤2：将聚丁二酸丁二酯和八苯基八硅倍半氧烷混合3-5min，然后再加入改性丝瓜纤维、增塑剂、阻燃剂和热稳定剂，继续混合5～10min；

步骤3：造粒、注塑成型，得到所述纳米复合材料。

其中，所述改性丝瓜纤维的制备方法包括：将丝瓜纤维粉碎成小块，并研磨成粉，过50-100目筛子，然后在70-100℃真空环境下干燥，然后将其与40-80ml无水乙醇混合，并超声分散5-20min得分散均匀的悬浮液；将偶联剂按0.5-1％的质量分数溶于40-80ml无水乙醇，得到偶联剂溶液；随后将悬浮液与偶联剂溶液混合均匀并于60-90℃下回流3-5h后，冷却至室温，经离心分离和70-100℃真空环境下干燥得到所述改性丝瓜纤维。

进一步地，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂(KH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)、钛酸酯偶联剂(NZD201)中的任意一种或几种。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述改性丝瓜纤维的制备方法为：将丝瓜纤维置于粉碎机中粉碎成小块，并球磨机研磨成粉，过50-100目筛子，然后在80℃的真空烘箱中烘干，然后将其与50ml无水乙醇混合，并超声分散10min得分散均匀的悬浮液；将偶联剂按0.5-1％的质量分数溶于50ml无水乙醇，得到偶联剂溶液；随后将悬浮液与偶联剂溶液混合均匀并于80℃下回流3-5h后，冷却至室温，经离心分离和80℃的真空烘箱中烘干，得到所述改性丝瓜纤维。

其中，所述热稳定剂为顺丁烯二酸酐或环氧大豆油。

其中，所述所用增塑剂为糠醛。

其中，所述所用阻燃剂为水滑石、氢氧化镁和氢氧化铝中的任意一种或几种。

其中，所述步骤1是在60℃条件下进行的。

其中，所述步骤3是通过双螺杆挤出机进行造粒，并通过注塑机注塑成型。

进一步地，在本发明的一个优选实施例中，所述改性聚丁二酸丁二酯纳米复合材料的制备方法为：

步骤1：60℃条件下，将聚丁二酸丁二酯干燥3-5h；

步骤2：采用高速混合机，将聚丁二酸丁二酯和八苯基八硅倍半氧烷混合 3-5min，然后再加入改性丝瓜纤维、增塑剂、阻燃剂和热稳定剂，继续混合5～10min；

步骤3：将上述物料通过双螺杆挤出机挤出造粒，并通过注塑机注塑成型，得到所述纳米复合材料。

本发明还提供了一种上述所述的改性聚丁二酸丁二酯纳米复合材料的应用。

下面通过以下实施例对本发明的技术方案进行进一步地解释和说明。

实施例1

一种改性聚丁二酸丁二酯纳米复合材料，其组分及其重量配比包括：

其中，所述纳米复合材料是由下述制备方法得到，包括：

步骤1：60℃条件下，将聚丁二酸丁二酯干燥3-5h；

步骤2：将丝瓜纤维置于粉碎机中粉碎成小块，并球磨机研磨成粉，过50-100目筛子，然后在80℃的真空烘箱中烘干，然后将其与50ml无水乙醇混合，并超声分散10min得分散均匀的悬浮液；将偶联剂KH550按0.5-1％的质量分数溶于50ml无水乙醇，得到偶联剂溶液；随后将悬浮液与偶联剂溶液混合均匀并于80℃下回流3-5h后，冷却至室温，经离心分离和80℃的真空烘箱中烘干，得到所述改性丝瓜纤维；

步骤3：采用高速混合机，将聚丁二酸丁二酯和八苯基八硅倍半氧烷混合3-5min，然后再加入改性丝瓜纤维、增塑剂糠醛、阻燃剂氢氧化镁和热稳定剂顺丁烯二酸酐，继续混合5～10min；

步骤4：将上述物料通过双螺杆挤出机挤出造粒，并通过注塑机注塑成型，得到所述纳米复合材料。

实施例2

一种改性聚丁二酸丁二酯纳米复合材料，其组分及其重量配比包括：

其中，所述纳米复合材料是由下述制备方法得到，包括：

步骤1：60℃条件下，将聚丁二酸丁二酯干燥3-5h；

步骤2：将丝瓜纤维置于粉碎机中粉碎成小块，并球磨机研磨成粉，过50-100目筛子，然后在80℃的真空烘箱中烘干，然后将其与50ml无水乙醇混合，并超声分散10min得分散均匀的悬浮液；将偶联剂KH560按0.5-1％的质量分数溶于50ml无水乙醇，得到偶联剂溶液；随后将悬浮液与偶联剂溶液混合均匀并于80℃下回流3-5h后，冷却至室温，经离心分离和80℃的真空烘箱中烘干，得到所述改性丝瓜纤维；

步骤3：采用高速混合机，将聚丁二酸丁二酯和八苯基八硅倍半氧烷混合3-5min，然后再加入改性丝瓜纤维、增塑剂糠醛、阻燃剂氢氧化铝和热稳定剂环氧大豆油，继续混合5～10min；

步骤4：将上述物料通过双螺杆挤出机挤出造粒，并通过注塑机注塑成型，得到所述纳米复合材料。

实施例3

一种改性聚丁二酸丁二酯纳米复合材料，其组分及其重量配比包括：

其中，所述纳米复合材料是由下述制备方法得到，包括：

步骤1：60℃条件下，将聚丁二酸丁二酯干燥3-5h；

步骤2：将丝瓜纤维置于粉碎机中粉碎成小块，并球磨机研磨成粉，过50-100目筛子，然后在80℃的真空烘箱中烘干，然后将其与50ml无水乙醇混合，并超声分散10min得分散均匀的悬浮液；将钛酸酯偶联剂NZD201按0.5-1％的质量分数溶于50ml无水乙醇，得到偶联剂溶液；随后将悬浮液与偶联剂溶液混合均匀并于80℃下回流3-5h后，冷却至室温，经离心分离和80℃的真空烘箱中烘干，得到所述改性丝瓜纤维；

步骤3：采用高速混合机，将聚丁二酸丁二酯和八苯基八硅倍半氧烷混合3-5min，然后再加入改性丝瓜纤维、增塑剂糠醛、阻燃剂水滑石和热稳定剂环氧大豆油，继续混合5～10min；

步骤4：将上述物料通过双螺杆挤出机挤出造粒，并通过注塑机注塑成型，得到所述纳米复合材料。

实施例4

一种改性聚丁二酸丁二酯纳米复合材料，其组分及其重量配比包括：

其中，所述纳米复合材料是由下述制备方法得到，包括：

步骤1：60℃条件下，将聚丁二酸丁二酯干燥3-5h；

步骤2：将丝瓜纤维置于粉碎机中粉碎成小块，并球磨机研磨成粉，过50-100目筛子，然后在80℃的真空烘箱中烘干，然后将其与50ml无水乙醇混合，并超声分散10min得分散均匀的悬浮液；将偶联剂KH570按0.5-1％的质量分数溶于50ml无水乙醇，得到偶联剂溶液；随后将悬浮液与偶联剂溶液混合均匀并于80℃下回流3-5h后，冷却至室温，经离心分离和80℃的真空烘箱中烘干，得到所述改性丝瓜纤维；

步骤3：采用高速混合机，将聚丁二酸丁二酯和八苯基八硅倍半氧烷混合3-5min，然后再加入改性丝瓜纤维、增塑剂糠醛、阻燃剂水滑石和热稳定剂顺丁 烯二酸酐，继续混合5～10min；

步骤4：将上述物料通过双螺杆挤出机挤出造粒，并通过注塑机注塑成型，得到所述纳米复合材料。

对比例

一种复合材料，其组分及其重量配比包括：

其中，所述纳米复合材料是由下述制备方法得到，包括：

步骤1：60℃条件下，将聚丁二酸丁二酯干燥3-5h；

步骤2：将丝瓜纤维置于粉碎机中粉碎成小块，并球磨机研磨成粉，过50-100目筛子，然后在80℃的真空烘箱中烘干，然后将其与50ml无水乙醇混合，并超声分散10min得分散均匀的悬浮液；将偶联剂按0.5-1％的质量分数溶于50ml无水乙醇，得到偶联剂溶液；随后将悬浮液与偶联剂溶液混合均匀并于80℃下回流3-5h后，冷却至室温，经离心分离和80℃的真空烘箱中烘干，得到所述改性丝瓜纤维；

步骤3：采用高速混合机，将聚丁二酸丁二酯、改性丝瓜、增塑剂、阻燃剂和热稳定剂混合5～10min；

步骤4：将上述物料通过双螺杆挤出机挤出造粒，并通过注塑机注塑成型，得到所述复合材料。

检测对比

采用万能试验机KY－8000C对实施例1-4得到的改性聚丁二酸丁二酯纳米复合材料以及对比例得到的复合材料进行检测，其杨氏模量测试结果如下：

检测指标实施例1实施例2实施例3实施例4对比例杨氏模量(MPa)488475436477291

与对比例相比，该方法有效地提高了材料的杨氏模量。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并 不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的-精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。