高性能抗菌长纤维增强聚乳酸复合材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高性能抗菌长纤维增强聚乳酸复合材料及其制备方法，本发明采用聚乳酸作为基体树脂，加入扩链剂提高聚乳酸的加工温度，以苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯的三元无规共聚物作为相容剂，该相容剂不仅增强基体树脂与纤维之间的结合力，而且还提高了基体树脂与增韧剂之间的相容性，并采用一步法制备产品，即将连续的纤维通过浸渍模具完成基体树脂对纤维的浸渍，然后在包覆模具中完成带有抗菌剂的基体熔体在浸渍料条上的包覆，然后进行冷却、牵引、最后通过切粒机切成所需长度，与现有的两步法相比，这样的方式不仅工艺简单，而且制得的产品力学性能优异，具有良好的抗菌效果。

权利要求

1.一种高性能抗菌长纤维增强聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：按质量份数计算，包括90-110份聚乳酸、23-37份增韧剂、40-50份纤维、6-10份相容剂、0.8-1.2份扩链剂、0.8-1.2份抗氧剂、1-3份润滑剂、0.5-1.5份抗菌剂以及0.5-1.5份纳米Ag型抗菌剂；分别取25-35份聚乳酸、8-12份增韧剂、及3-5份相容剂干燥备用，将上述干燥后的聚乳酸、相容剂及增韧剂与0.4-0.6份扩链剂及0.4-0.6份抗氧剂混合均匀，然后进行共混挤出，加工温度为150-200℃，将挤出的熔体通过浸渍流道对40-50份纤维进行浸渍，获得纤维浸渍料条；再取65-75份聚乳酸、15-25份增韧剂、0.5-1.5份抗菌剂、0.5-1.5份纳米Ag型抗菌剂、1-

3份润滑剂及3-5份相容剂进行干燥，再将上述干燥的物料与0.4-0.6份扩链剂及0.4-0.6份抗氧剂混合均匀，将混合均匀的物料加入挤出机中，加工温度为150-200℃，在挤出时将熔融的混合物料包覆在纤维浸渍料条上，冷却后切粒成8～12 mm的颗粒，获得高性能抗菌长纤维增强聚乳酸复合材料。

2.根据权利要求1所述的高性能抗菌长纤维增强聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：所述的干燥温度为60-80℃，干燥时间为5-8h。

说明书

高性能抗菌长纤维增强聚乳酸复合材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是一种高性能抗菌长纤维增强聚乳酸复合材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 聚乳酸(PLA) 是一种生物可降解聚合物，由于聚乳酸来源丰富，价格低廉，而且具有良好的力学性能，越来越多的专家学者对聚乳酸的研究与应用非常感兴趣。但在其降解过程中会产生小分子链段，容易被细菌等微生物作为食物，有利于细菌等微生物的繁殖。随着人们健康和卫生意识的增强，一些与人体密切接触的聚乳酸产品被提出了抗菌的要求，例如，医疗器件、餐具、药盒、公交卡套、牙签盒等。因此，聚乳酸的抗菌材料越来越受到人们的关注。另外，聚乳酸的耐热性较差、较脆。因此，为了满足更高要求的使用，需要对其进行改性。由于人们对产品质量的要求越来越高，普通的短纤维增强PLA材料的性能不能满足要求，长纤维增强PLA具有高强度、高模量、高热稳定性等优异的性能可以满足人们对高性能追求，在制备抗菌长纤维增强热塑性复合材料时，传统的方法为两步法（即：首先分别制备抗菌母粒和长纤维增强母粒，然后混合均匀进行注塑）。

发明内容

[0003] 本发明的目的是：提供一种高性能抗菌长纤维增强聚乳酸复合材料及其制备方法，它解决了聚乳酸热稳定性差，高强度高模量等高性能的追求，也解决了聚乳酸抗菌性能要求，且采用一步法制备抗菌长纤维增强PLA复合材料，，以克服现有技术的不足。

[0004] 本发明是这样实现的：高性能抗菌长纤维增强聚乳酸复合材料，按质量份数计算，包括90-110份聚乳酸、23-37份增韧剂、40-50份纤维、6-10份相容剂、0.8-1.2份扩链剂、0.8-1.2份抗氧剂、1-3份润滑剂、0.5-1.5份抗菌剂以及0.5-1.5份纳米Ag型抗菌剂。

[0005] 所述的增韧剂为TPU或PBS。

[0006] 所述的纤维为苎麻纤维、黄麻纤维、亚麻纤维、大麻纤维、玻璃纤维、洋麻纤维、剑麻纤维或竹纤维中的一种或几种的任意组合。

[0007] 所述的相容剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯的三元无规共聚物。

[0008] 所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、聚乙烯蜡或硬脂酸镁中的一种或几种的任意组合。

[0009] 所述的抗菌剂为聚胍。

[0010] 高性能抗菌长纤维增强聚乳酸复合材料的制备方法，分别取25-35份聚乳酸、8-12份增韧剂及3-5份相容剂干燥备用，将上述干燥后的聚乳酸、相容剂及增韧剂与0.4-0.6份扩链剂及0.4-0.6份抗氧剂混合均匀，然后进行共混挤出，加工温度为150-200℃，将挤出的熔体通过浸渍流道对40-50份纤维进行浸渍，获得纤维浸渍料条；再取65-75份聚乳酸、15-25份增韧剂、0.5-1.5份抗菌剂、0.5-1.5份纳米Ag型抗菌剂、1-3份润滑剂及3-5份相容剂进行干燥，再将上述干燥的物料与0.4-0.6份扩链剂及0.4-0.6份抗氧剂混合均匀，干燥后混合均匀，再将混合均匀的物料加入挤出机中，加工温度为150-200℃，在挤出时将熔融的混合物料包覆在纤维浸渍料条上，冷却后切粒成8～12 mm的颗粒，获得获得高性能抗菌长纤维增强聚乳酸复合材料。

[0011] 所述的干燥温度为60-80℃，干燥时间为5-8h。

[0012] 本发明中，浸渍流道以及将熔融的混合物料包覆在纤维浸渍料条上所采用的设备，均为申请人在先申请的申请号为“201110453139.8”的发明专利申请中公开的装置，即实现连续长玻纤挤出的装置。

[0013] 由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明采用聚乳酸作为基体树脂，加入扩链剂提高聚乳酸的加工温度，以苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯的三元无规共聚物作为相容剂，该相容剂不仅增强基体树脂与纤维之间的结合力，而且还提高了基体树脂与增韧剂之间的相容性，并采用一步法制备产品，即将连续的纤维通过浸渍模具完成基体树脂对纤维的浸渍，然后在包覆模具中完成带有抗菌剂的基体熔体在浸渍料条上的包覆，然后进行冷却、牵引、最后通过切粒机切成所需长度，与现有的两步法相比，这样的方式不仅工艺简单，而且制得的产品力学性能优异，具有良好的抗菌效果。本发明简单易行、材料来源广泛、成本低廉，使用效果好。

附图说明

[0014] 附图1为本发明的流程图。

具体实施方式

[0015] 本发明的实施例1：高性能抗菌长纤维增强聚乳酸复合材料，按质量份数计算，包括101份聚乳酸、30份增韧剂、45份纤维、8份相容剂、1份扩链剂、1份抗氧剂、2份润滑剂、1份抗菌剂以及1份纳米Ag型抗菌剂；所述的增韧剂为TPU；所述的纤维为玻璃纤维；所述的相容剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯的三元无规共聚物；所述的润滑剂为硬脂酸钙；所述的抗菌剂为聚胍。

[0016] 高性能抗菌长纤维增强聚乳酸复合材料的制备方法，分别取30份聚乳酸、10份增韧剂及4份相容剂干燥备用，干燥温度为75℃，干燥时间为6h，将上述干燥后的聚乳酸、相容剂及增韧剂与0.5份扩链剂及0.5份抗氧剂混合均匀，然后进行共混挤出，加工温度为180℃，将挤出的熔体通过浸渍流道对45份纤维进行浸渍，获得纤维浸渍料条；再取71份聚乳酸、20份增韧剂、1份抗菌剂、1份纳米Ag型抗菌剂、2份润滑剂及4份相容剂进行干燥，干燥温度为70℃，干燥时间为7h，再将上述干燥的物料与0.5份扩链剂及0.5份抗氧剂混合均匀，将混合均匀的物料加入挤出机中，加工温度为180℃，在挤出时将熔融的混合物料包覆在纤维浸渍料条上，冷却后切粒成8～12 mm的颗粒，获得获得高性能抗菌长纤维增强聚乳酸复合材料。

[0017] 本发明的实施例2：高性能抗菌长纤维增强聚乳酸复合材料，按质量份数计算，包括90份聚乳酸、37份增韧剂、50份纤维、6份相容剂、1.2份扩链剂、1.2份抗氧剂、1份润滑剂、1.5份抗菌剂以及1.5份纳米Ag型抗菌剂；所述的增韧剂为PBS；所述的纤维为苎麻纤维；所述的相容剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯的三元无规共聚物；所述的润滑剂为硬脂酸；所述的抗菌剂为聚胍。

[0018] 高性能抗菌长纤维增强聚乳酸复合材料的制备方法，分别取25份聚乳酸、12份增韧剂及3份相容剂干燥备用，干干燥温度为60℃，干燥时间为5h，将上述干燥后的聚乳酸、相容剂及增韧剂与0.6份扩链剂及0.6份抗氧剂混合均匀，然后进行共混挤出，加工温度为200℃，将挤出的熔体通过浸渍流道对50份纤维进行浸渍，获得纤维浸渍料条；再取65份聚乳酸、25份增韧剂、1.5份抗菌剂、1.5份纳米Ag型抗菌剂、1份润滑剂及3份相容剂进行干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为5h，将上述干燥的物料与0.6份扩链剂及0.6份抗氧剂混合均匀，将混合均匀的物料加入挤出机中，加工温度为150℃，在挤出时将熔融的混合物料包覆在纤维浸渍料条上，冷却后切粒成8～12 mm的颗粒，获得获得高性能抗菌长纤维增强聚乳酸复合材料。

[0019] 本发明的实施例3：高性能抗菌长纤维增强聚乳酸复合材料，按质量份数计算，包括110份聚乳酸、23份增韧剂、40份纤维、10份相容剂、0.8份扩链剂、0.8份抗氧剂、3份润滑剂、0.5份抗菌剂以及0.5份纳米Ag型抗菌剂；所述的增韧剂为PBS；所述的纤维为剑麻纤维；所述的相容剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯的三元无规共聚物；所述的润滑剂为聚乙烯蜡；所述的抗菌剂为聚胍。

[0020] 高性能抗菌长纤维增强聚乳酸复合材料的制备方法，分别取35份聚乳酸、8份增韧剂及5份相容剂干燥备用，干燥温度为60℃，干燥时间为8h，将上述干燥后的聚乳酸、相容剂及增韧剂与0.4份扩链剂及0.4份抗氧剂混合均匀，然后进行共混挤出，加工温度为150℃，将挤出的熔体通过浸渍流道对40份纤维进行浸渍，获得纤维浸渍料条；再取75份聚乳酸、15份增韧剂、0.5份抗菌剂、0.5份纳米Ag型抗菌剂、3份润滑剂及5份相容剂进行干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为5h。将上述干燥的物料与0.4份扩链剂及0.4份抗氧剂混合均匀，再将混合均匀的物料加入挤出机中，加工温度为200℃，在挤出时将熔融的混合物料包覆在纤维浸渍料条上，冷却后切粒成8～12 mm的颗粒，获得获得高性能抗菌长纤维增强聚乳酸复合材料。

[0021] 上述实施例中，聚乳酸的牌号为4042D；增韧剂的牌号为WB271；玻璃纤维的牌号为ER4301H；相容剂的牌号为SAG-008；扩链剂的牌号为ADR4380；抗氧剂的牌号为AS4500。

[0022] 主要性能测试：生产出的产品按照标准制成标准测试样条，进行各项测试，其性能测试结果如表1所示。

[0023]

[0024] 根据表1的测试结果可以得知，采用本发明的技术方案制备得到的样品，与常规的PLA短纤维材料相比，其性能大大提高，获得的材料在有优异的力学性能基础上，还要具有优良的杀菌抑菌性能。