一種完全可降解聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種完全可降解聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料，該復(fù)合材料由聚碳酸亞丙酯和動(dòng)物蛋白粉組成，動(dòng)物蛋白粉與聚碳酸亞丙酯的質(zhì)量比為0.5～8：100。聚碳酸亞丙酯的數(shù)均分子量為1.5×104～3.0×105，分子量分布為1.3～7.5。該復(fù)合材料可采用溶液或熔融共混方法制備而成。本發(fā)明專利技術(shù)復(fù)合材料所用原料價(jià)廉易得，綜合性能優(yōu)異，不僅具有較好的熱穩(wěn)定性和較高的力學(xué)強(qiáng)度，而且還具有一定的韌性；另外，該復(fù)合材料完全可降解。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于復(fù)合材料
，具體涉及一種完全可降解的聚碳酸亞丙酯復(fù)合材 料及其制備方法。
技術(shù)介紹
聚碳酸亞丙酯(PPC)是由二氧化碳和環(huán)氧丙烷在催化劑的作用下交替聚合而成的 一種生物可降解材料，因其具有生物相容性、高透明度、柔韌性及氣體阻隔性等諸多優(yōu)良的 性能，使其在醫(yī)藥領(lǐng)域和包裝材料等領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用前景。但是，聚碳酸亞丙酯的 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(T g)低、熱穩(wěn)定性和力學(xué)強(qiáng)度較差，極大限制了其規(guī)模化應(yīng)用。 為提高聚碳酸亞丙酯的性能，國(guó)外內(nèi)相繼開(kāi)展了聚碳酸亞丙酯的改性研究。其中， 物理共混是改善聚碳酸亞丙酯性能的有效途徑之一，這種方法對(duì)設(shè)備要求簡(jiǎn)單，操作方便， 因而得到了廣泛的研究。可降解材料如聚乳酸和聚丁二酸丁二醇酯以及不可降解材料(聚 甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯等)對(duì)聚碳酸亞丙酯進(jìn)行共混改性已有了報(bào)道，采用碳酸鈣、碳 納米管、高嶺土和蒙脫土等對(duì)聚碳酸亞丙酯進(jìn)行填充改性亦有不少的工作發(fā)表。如Chen等 報(bào)道采用玻璃纖維對(duì)聚碳酸亞丙酯進(jìn)行共混改性（Journal of reinforced plastics and composites, 2010，29(10): 1545-1550·)，加入10%的玻璃纖維，所得復(fù)合材料的拉 伸強(qiáng)度從17.32 MPa提高了25.43 MPa，最大熱分解溫度從290.8 °C提高了293.2 °C，但是 斷裂伸長(zhǎng)率卻從255.03%大幅度下降到了8.86%。中國(guó)專利0價(jià)03540113六公開(kāi)了一種碳酸 鈣填充改性提高聚碳酸亞丙酯力學(xué)性能的方法，效果類似。Gao等采用納米級(jí)氧化石墨對(duì)聚 碳酸亞丙酯進(jìn)行改性(Journal of Materials Chemistry, 2011，21，17627-17630·)，加 入少量的納米級(jí)氧化石墨就可以顯著提高聚碳酸亞丙酯的力學(xué)性能。相對(duì)而言，從生物可 降解性和易得性的角度考慮，采用天然大分子材料對(duì)聚碳酸亞丙酯進(jìn)行改性具有更好的優(yōu) 勢(shì)，文獻(xiàn)中已經(jīng)有大量關(guān)于淀粉、殼聚糖、木粉和纖維素以及它們衍生物改性聚碳酸亞丙酯 的報(bào)道。如中國(guó)專利CN104327477A公布了聚碳酸亞丙酯/纖維素復(fù)合材料及其制備方法， 纖維素用量比較多時(shí)才具有較好的改性效果，例如，60g木漿纖維素和40g聚碳酸亞丙酯共 混，所得復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度從32°C提高為48°C，其拉伸強(qiáng)度從19MPa提高34MPa，而 用5g的木漿纖維素和95g聚碳酸亞丙酯共混，所得復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度僅為34°C，拉 伸強(qiáng)度為24MPa。值得說(shuō)明的是，目前的文獻(xiàn)資料中報(bào)道的大多是采用天然多糖類大分子及 其衍生物材料對(duì)聚碳酸亞丙酯進(jìn)行改性。而采用天然蛋白質(zhì)材料對(duì)聚碳酸亞丙酯進(jìn)行改性 卻很少有文獻(xiàn)資料報(bào)道。 蛋白質(zhì)和多糖均屬于天然大分子，資源豐富、來(lái)源廣泛，且無(wú)毒可降解，是可再生 資源之一。隨著石化資源的日益枯竭和人們對(duì)于環(huán)境保護(hù)的逐步關(guān)注，這些材料的開(kāi)發(fā)利 用引起了人們的極大興趣。如中國(guó)專利CN101805523 A公布了一種超細(xì)生物粉末填充母料 及其制備方法，采用包含動(dòng)物的殼、蹄、骨、角、毛如羽毛粉、骨粉及貝殼粉在內(nèi)的超細(xì)生物 粉末等對(duì)包含聚碳酸亞丙酯的聚合材料進(jìn)行填充。超細(xì)生物粉的填充量在27 - 77%。本專利技術(shù) 研究發(fā)現(xiàn):單純采用動(dòng)物蛋白粉對(duì)聚碳酸亞丙酯進(jìn)行填充改性，當(dāng)動(dòng)物蛋白粉的含量超過(guò) 8%時(shí)，所得復(fù)合材料的性能已經(jīng)嚴(yán)重劣化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
基于此，本專利技術(shù)的目的在于提供一種完全可降解的聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料及其制 備方法。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案： 一種完全可降解聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料，該復(fù)合材料由聚碳酸亞丙酯和動(dòng)物蛋白粉組 成，動(dòng)物蛋白粉與聚碳酸亞丙酯的質(zhì)量比為0.5~8:100(優(yōu)選0.5~4:100)。 具體的，聚碳酸亞丙酯的數(shù)均分子量為1.5X 104~3.0X 105,分子量分布為1.3~ 7.5。其中，優(yōu)選使用數(shù)均分子量為2 X 104~2.5 X 105、分子量分布為1.5~4.5的聚碳酸亞丙 酯。 具體的，動(dòng)物蛋白粉包括羊毛粉、牛毛粉、羽毛粉、豬毛粉、蹄角粉和蠶絲粉中的一 種或兩種以上的混合物等。 所述的動(dòng)物蛋白粉的粒度優(yōu)選在500目以上。作為優(yōu)選，動(dòng)物蛋白粉的目數(shù)在500 ~1000之間。 一種上述完全可降解聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料的制備方法，其采用溶液共混方法， 具體包括如下步驟:將聚碳酸亞丙酯溶解于溶劑中獲得體系A(chǔ)，將動(dòng)物蛋白粉分散于溶劑中 獲得體系B，然后室溫下將體系A(chǔ)和體系B混合攪拌4~12 h，在室溫~60 °C條件下攪拌12~ 72 h使溶劑揮發(fā)，然后進(jìn)一步室溫~60 °C真空干燥24~72 h，即得。具體的，所用溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、四氫呋喃、乙酸乙酯和二氧六環(huán)中 的一種或兩種以上的混合物。 一種上述完全可降解聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料的制備方法，其采用熔融共混方法， 具體包括如下步驟:按比例稱取聚碳酸亞丙酯和動(dòng)物蛋白粉，然后置于混合設(shè)備中于130~ 180 °C熔融共混5~30 min，冷卻即得產(chǎn)品。可根據(jù)需要，將所得復(fù)合材料進(jìn)一步壓制成片 材或薄膜。 熔融共混溫度優(yōu)選為150~170 °C，熔融共混時(shí)間優(yōu)選為8~20 min。 具體的，所述混合設(shè)備可以是密煉機(jī)、單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)等。 本專利技術(shù)復(fù)合材料具有優(yōu)良的性能，如熱性能和力學(xué)性能等性能指標(biāo)表現(xiàn)優(yōu)異。制 備方法簡(jiǎn)單，效果好，經(jīng)濟(jì)性好。具體可以從以下幾個(gè)方面得到體現(xiàn)： 1) 本專利技術(shù)所用原料動(dòng)物蛋白粉來(lái)源廣泛，價(jià)廉易得，而且完全可降解，對(duì)環(huán)境無(wú)污染； 2) 加入少量的動(dòng)物蛋白粉可大幅度提高PPC的性能，而且本專利技術(shù)所述復(fù)合材料綜合性 能優(yōu)異，不僅具有較好的熱穩(wěn)定性和較高的力學(xué)強(qiáng)度，而且還具有一定的韌性;另外，該復(fù) 合材料完全可降解； 3)本專利技術(shù)復(fù)合材料是采用溶液或者熔融共混的方法進(jìn)行制備，對(duì)設(shè)備要求低，操作簡(jiǎn) 單，便于實(shí)施。【附圖說(shuō)明】 圖1為從實(shí)施例4所得復(fù)合材料中抽提出的羊毛粉(WP-E)與原始羊毛粉(WP)以及 對(duì)比例1所得聚碳酸亞丙酯材料(PPC)的紅外對(duì)比圖； 圖2為實(shí)施例4樣品沖擊斷面的掃描電鏡照片。【具體實(shí)施方式】 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)做進(jìn)一步的說(shuō)明，但本專利技術(shù)的保護(hù)范圍不限于此。 下述實(shí)施例中，動(dòng)物蛋白粉的目數(shù)在500~1000之間，均為普通市售產(chǎn)品。本專利技術(shù) 中，室溫指20±5°C。 對(duì)比例1 - 3 一種完全可降解聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料的制備方法，其采用熔融共混方法，具體包括 如下步驟:將50g聚碳酸亞丙酯(數(shù)均分子量為2.2X104,分子量分布指數(shù)3.8)分別與0g、 0.125g和5g羊毛粉在密煉機(jī)中于一定溫度下熔融共混一定時(shí)間，冷卻，即得羊毛粉/聚碳酸 亞丙酯復(fù)合材料。制備過(guò)程中涉及的工藝參數(shù)如表1所當(dāng)前第1頁(yè)1 2 本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種完全可降解聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料，其特征在于，該復(fù)合材料由聚碳酸亞丙酯和動(dòng)物蛋白粉組成，動(dòng)物蛋白粉與聚碳酸亞丙酯的質(zhì)量比為0.5～8：100。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：常海波，徐超江，朱方，李潤(rùn)明，王麒麟，周大鵬，卜站偉，林童，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：河南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：河南;41