一种高透明scpla/pha复合材料及其制备方法
技术领域
1.本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种高透明scpla/pha复合材料及其制备方法。
背景技术：2.近几十年来，石油基纤维已广泛应用于纺织、生物医学、农业等领域。然而，石油基合成材料是不可生物降解和不可再生的，这导致了一系列的环境问题。目前，石油资源面临着过度开采造成的资源枯竭问题，这极大地限制了非生物降解石油基合成材料的应用。因此，可生物降解材料作为石油基合成材料的有力替代品将受到社会各界的高度关注。聚乳酸和聚羟基脂肪酸酯具有良好的生物降解性、生物相容性和再生性，是目前流行的绿色环保材料。
3.将聚乳酸中的pdla和plla复合制备的scpla拥有较普通聚乳酸更好的热力学性能，而聚羟基脂肪酸酯(pha)是由很多细菌合成的一种胞内聚酯，在生物体内主要是作为碳源和能源的贮藏性物质而存在，它具有类似于合成塑料的物化特性及合成塑料所不具备的生物可降解性、生物相容性、光学活性、压电性、气体相隔性等许多优秀性能。
4.所以用scpla与pha复合，能够获得性能更好的材料。专利cn110358274a公开了一种高透明度pla材料，是通过在pla加工过程中添加pha、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、增韧剂，稳定剂,，其中pha和聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)来提高共混材料的耐热温度，成膜性，还有薄膜的韧性和透明度的，材料生产过程中添加了其他化学物质，不能完全降解，且成本较高，且是用的聚乳酸为普通pla，热力学性能没有得到改善。
5.本发明使用scpla静电纺丝膜为增强体，pha为基体制备的scpla/pha复合材料，拥有高透明性，可以生物降解，有良好的韧性和断裂伸长率，是一种有效的多用途复合材料。
6.中国专利cn202111245096.4公开了一种聚乳酸聚羟基脂肪酸酯熔喷非织造材料的制备方法，涉及非织造新材料技术领域，通过添加聚羟基脂肪酸酯与聚乳酸共混，在提高熔喷非织造材料的熔融指数的同时，提高熔喷非织造材料中的增韧效果，在保证拉伸强度变化不大下，改善熔喷非织造材料的韧性，提高熔喷非织造材料的断裂伸长率，既具备环境友好、可生物降解的性能，同时又具有较好的力学性能，为材料的后续开发和广泛应用提供了可能，但是考虑到专利cn202111245096.4属于非织造布的加工，本技术的目标产品实透明的塑料制品，二者产品不一样。虽然二者都提到了pha的增韧，但本技术除了韧性还有耐热性能、透明度的改变。
技术实现要素：7.解决的技术问题：
8.本技术针对现有技术的不足，解决了目前材料生产过程中添加了其他化学物质，不能完全降解，且成本较高，且是用的聚乳酸为普通pla，热力学性能没有得到改善等技术问题，提供了一种高透明scpla/pha复合材料及其制备方法，该方法制备的scpla/pha复合
材料具有可完全生物降解，高透明，具有良好的韧性和断裂伸长率，以及具有一定的抗菌功能，易于加工，生产工艺简单，制造成本低，有利于实现工业化生产。
9.技术方案：
10.为实现上述目的，本技术通过以下技术方案予以实现：
11.一种高透明scpla/pha复合材料的制备方法，所述高透明scpla/pha复合材料是由增强体scpla纤维膜和基体聚羟基脂肪酸酯pha板材复合而成，具体包括如下步骤：
12.第一步：按质量份数配比称取scpla纤维膜5-15份、pha板材85-95份进行干燥处理至含水率小于300ppm；
13.第二步：将第一步中的scpla纤维膜置于两块干燥处理好的pha板材之间，得到多层结构；
14.第三步：将第二步得到的多层结构放入热压机，125-185℃、2-10mpa下热压1-10分钟，-10℃-20℃快速冷却，整修，制得具有高透明性的scpla/pha复合材料。
15.进一步地，所述scpla纤维膜由静电纺丝制备。
16.进一步地，所述由静电纺丝制备的scpla纤维膜是先将等比例pdla和plla溶解在溶剂中制备纺丝液，然后在电压13-20kv、注射速度1.0-2.5ml/h、接收距离10-15cm条件下纺丝。
17.进一步地，所述plla和pdla的重均分子量在15-25万，质量分数为7-12％。
18.进一步地，所述溶剂为三氯甲烷，二氯甲烷，二氯甲烷或六氟异丙醇。
19.进一步地，所述scpla纤维膜的熔点为220-230℃，所述的pha的熔点为80-150℃。
20.进一步地，所述scpla纤维膜的厚度为0.1-0.5mm。
21.进一步地，所述第一步中的干燥处理是指将scpla静电纺丝膜和pha板材放在70℃真空干燥箱中0.5-5小时。
22.进一步地，所述第二步中scpla静电纺丝膜置于两块干燥处理好的pha板材之间，可以重复操作，直至达到理想厚度。
23.本技术还公开了上述制备方法制得的高透明scpla/pha复合材料，所述复合材料的拉伸强度为30-100mpa，断裂伸长率为30％-120％，透明度80％～100％。
24.上述一种高透明scpla/pha复合材料及其制备方法的原理在于：本技术采用静电纺丝sc-pla纳米纤维膜为增强体，pha作为基体制备高透明复合材料。sc-pla和pha的熔融温度差异较大，利用二者的温度差加工复合材料，sc-pla纤维网依然保持纤维状态，而pha熔融作为基体。pha的韧性可以赋予复合材料优异的断裂伸长率；通过-10℃-20℃骤冷加工，抑制pha和sc-pla的结晶，赋予复合材料优异的透明度。
25.有益效果：
26.本技术提供了一种高透明scpla/pha复合材料及其制备方法，与现有技术相比，具备以下有益效果：
27.1.所制备的scpla/pha复合材料具有比传统聚乳酸的更高的强度和更好的热学性能，又有聚羟基脂肪酸酯的较好延展性和断裂伸长率。
28.2.本发明的复合材料具有较高的透明性，高品质，可以生物降解，有良好的韧性等多功能的特点，且无毒环保。
29.3.制造工艺简单，制造成本低，可较好的应用在环保功能材料领域，满足高分子材
料行业的生产需求。
30.4.scpla/pha复合材料的拉伸强度为30-100mpa，断裂伸长率为30％-120％，透明度80％～100％。。
31.5.sc-pla的存在使得scpla/pha复合材料具有更优异的热稳定性，熔融温度为220-230℃。
具体实施方式
32.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
33.实施例1：
34.一种高透明scpla/pha复合材料的制备方法，先称取等7wt％的重均分子量在25万的pdla和plla溶解在三氯甲烷中，然后在电压为13kv，注射速度为1.0ml/h，针尖到收集装置的距离为15cm的范围内静电纺丝制备厚度为0.1mm的scpla纤维膜；将pha母粒用热压机在80℃下用2mpa的压力下制得pha板材；具体包括如下步骤：
35.第一步：称取对应质量的scpla静电纺丝膜5份、pha板材95份在70℃真空干燥箱中进行0.5小时干燥；
36.第二步：将第一步中的scpla静电纺丝膜置于两块干燥处理好的pha板材之间，得到多层结构，可以重复操作，直至达到理想厚度；
37.第三步：将第二步得到的多层结构放入热压机中加热，热压温度为185℃，时间1分钟，压力为2mpa，热压过程中pha熔融，渗入填充scpla纳米纤维间隙中，在模压成型后立即用20℃快速冷却，整修，制得具有高透明性的scpla/pha复合材料。
38.实施例2：
39.一种高透明scpla/pha复合材料的制备方法，先称取等12wt％的重均分子量在15万的pdla和plla溶解在二氯甲烷中，然后在电压为20kv，注射速度为2.5ml/h，针尖到收集装置的距离为10cm的范围内静电纺丝制备厚度为0.1mm的scpla纤维膜；将pha母粒用热压机在150℃下用4mpa的压力下制得pha板材；具体包括如下步骤：
40.第一步：称取对应质量的scpla静电纺丝膜15份、pha板材85份在70℃真空干燥箱中进行2小时干燥；
41.第二步：将第一步中的scpla静电纺丝膜置于两块干燥处理好的pha板材之间，得到多层结构，可以重复操作，直至达到理想厚度；
42.第三步：将第二步得到的多层结构放入热压机中加热，热压温度为125℃，时间10分钟，压力为10mpa，压缩过程中pha熔融，渗入填充scpla纳米纤维间隙中，在模压成型后立即用10℃快速冷却，整修，制得具有高透明性的scpla/pha复合材料。
43.实施例3：
44.一种高透明scpla/pha复合材料的制备方法，先称取等10wt％的重均分子量在20万的pdla和plla溶解在二氯甲烷/六氟异丙醇中，然后在电压为15kv，注射速度为2.5ml/h，针尖到收集装置的距离为13cm的范围内静电纺丝制备厚度为0.25mm的scpla纤维膜；将pha
母粒用热压机在150℃下用3mpa的压力下制得pha板材；具体包括如下步骤：
45.第一步：称取对应质量的scpla静电纺丝膜10份、pha板材90份在70℃真空干燥箱中5小时进行干燥处理；
46.第二步：将第一步中的scpla静电纺丝膜置于两块干燥处理好的pha板材之间，得到多层结构，可以重复操作，直至达到理想厚度；
47.第三步：将第二步得到的多层结构放入热压机中加热，热压温度为155℃，时间在5分钟，压力为4mpa，压缩过程中pha熔融，渗入填充scpla纳米纤维间隙中，在模压成型后立即用-10℃快速冷却，整修，制得具有高透明性的scpla/pha复合材料。
48.实施例4：
49.一种高透明scpla/pha复合材料的制备方法，先称取等9wt％的重均分子量在23万的pdla和plla溶解在二氯甲烷/六氟异丙醇中，然后在电压为14kv，注射速度为1.0ml/h，针尖到收集装置的距离为15cm的范围内静电纺丝制备厚度为0.13mm的scpla纤维膜；将pha母粒用热压机在150℃下用4mpa的压力下制得pha板材；具体包括如下步骤：
50.第一步：称取对应质量的scpla静电纺丝膜5份、pha板材95份在70℃真空干燥箱中3小时进行干燥处理；
51.第二步：将第一步中的scpla静电纺丝膜置于两块干燥处理好的pha板材之间，得到多层结构，可以重复操作，直至达到理想厚度；
52.第三步：将第二步得到的多层结构放入热压机中加热，热压温度为125℃，时间在6分钟，压力为5mpa，压缩过程中pha熔融，渗入填充scpla纳米纤维间隙中，在模压成型后立即用5℃快速冷却，整修，制得具有高透明性的scpla/pha复合材料。
53.实施例5：
54.一种高透明scpla/pha复合材料的制备方法，先称取等10wt％的重均分子量在25万的pdla和plla溶解在三氯甲烷中，然后在电压为13kv，注射速度为2.5ml/h，针尖到收集装置的距离为12cm的范围内静电纺丝制备厚度为0.3mm的scpla纤维膜；将pha母粒用热压机在120℃
55.下用3mpa的压力下制得pha板材；具体包括如下步骤：
56.第一步：称取对应质量的scpla静电纺丝膜10份、pha板材90份在70℃真空干燥箱中3小时进行干燥处理；
57.第二步：将第一步中的scpla静电纺丝膜置于两块干燥处理好的pha板材之间，得到多层结构，可以重复操作，直至达到理想厚度；
58.第三步：将第二步得到的多层结构放入热压机中加热，热压温度为175℃，时间在2分钟，压力为3mpa，压缩过程中pha熔融，渗入填充scpla纳米纤维间隙中，在模压成型后立即用0℃快速冷却，整修，制得具有高透明性的scpla/pha复合材料。
59.对比例1：
60.将pha母粒用热压机在80℃下用2mpa的压力下制得pha板材；将制备的材料按以下步骤进行复合：
61.(1)称取对应质量的pha板材100份在70℃真空干燥箱中3小时进行干燥处理。
62.(2)将步骤(1)中的pha板材复合，得到多层结构，可以重复操作，直至达到理想厚度。
63.(3)将步骤(2)得到的多层结构放入热压机中加热，热压温度为185℃，时间在1分钟，压力为2mpa，热压过程中pha熔融，在模压成型后立即用50℃快速冷却，整修，制得pha材料。
64.对比例2：
65.先称取等7wt％的重均分子量在25万的plla溶解在三氯甲烷中，然后在电压为13kv，注射速度为1.0ml/h，针尖到收集装置的距离为15cm的范围内静电纺丝制备厚度为0.1mm的plla纤维膜；将pha母粒用热压机在80℃下用2mpa的压力下制得pha板材；将制备的材料按以下步骤进行复合：
66.(1)称取对应质量的plla静电纺丝膜5份、pha板材95份在70℃真空干燥箱中0.5小时进行干燥处理。
67.(2)将步骤(1)中的plla静电纺丝膜置于两块干燥处理好的pha板材之间，得到多层结构，可以重复操作，直至达到理想厚度。
68.(3)将步骤(2)得到的多层结构放入热压机中加热，热压温度为185℃，时间在1分钟，压力为2mpa，压缩过程中pha熔融，渗入填充plla纳米纤维间隙中，在模压成型后立即用50℃快速冷却，整修，制得plla/pha复合材料。
69.表1实施例和对比例样品的性能
70.样品增强体状态拉伸强度(mpa)断裂伸长率(％)透明度(％)实施例1纤维态4311495实施例2纤维态905682实施例3纤维态827887实施例4纤维态30120100实施例5纤维态1003590对比例1无2411859对比例2非纤维态299438
71.以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
技术特征：1.一种高透明scpla/pha复合材料的制备方法，其特征在于，所述高透明scpla/pha复合材料是由增强体scpla纤维膜和基体聚羟基脂肪酸酯pha板材复合而成，具体包括如下步骤：第一步：按质量份数配比称取scpla纤维膜5-15份、pha板材85-95份进行干燥处理至含水率小于300 ppm；第二步：将第一步中的scpla纤维膜置于两块干燥处理好的pha板材之间，得到多层结构；第三步：将第二步得到的多层结构放入热压机，125-185℃、2-10 mpa下热压1-10分钟，-10℃-20℃快速冷却，整修，制得具有高透明性的scpla/pha复合材料。2.根据权利要求1所述高透明scpla/pha复合材料的制备方法，其特征在于，所述scpla纤维膜由静电纺丝制备。3.根据权利要求2所述的高透明scpla/pha复合材料的制备方法，其特征在于：所述由静电纺丝制备的scpla纤维膜是先将等比例pdla和plla溶解在溶剂中制备纺丝液，然后在电压13-20kv、注射速度1.0-2.5ml/h、接收距离10-15cm条件下纺丝。4.根据权利要求3所述的高透明scpla/pha复合材料的制备方法，其特征在于：所述plla和pdla的重均分子量在15-25万，质量分数为7-12%。5.根据权利要求3所述的高透明scpla/pha复合材料的制备方法，其特征在于：所述溶剂为三氯甲烷，二氯甲烷，二氯甲烷或六氟异丙醇。6.根据权利要求3所述的高透明scpla/pha复合材料的制备方法，其特征在于：所述scpla纤维膜的熔点为220-230℃，所述的pha的熔点为80-150℃。7.根据权利要求1所述高透明scpla/pha复合材料的制备方法，其特征在于，所述scpla纤维膜的厚度为0.1-0.5mm。8.根据权利要求1所述高透明scpla/pha复合材料的制备方法，其特征在于，所述第一步中的干燥处理是指将scpla静电纺丝膜和pha板材放在70℃真空干燥箱中0.5-5小时。9.根据权利要求1所述高透明scpla/pha复合材料的制备方法，其特征在于，所述第二步中scpla静电纺丝膜置于两块干燥处理好的pha板材之间，重复操作，直至达到理想厚度。10.一种权利要求1-9任一制备方法制得的高透明scpla/pha复合材料，其特征在于，所述复合材料的拉伸强度为30-100mpa，断裂伸长率为30%-120%，透明度80%~100%。
技术总结本申请属于高分子复合材料技术领域，公开一种高透明scPLA/PHA复合材料及其制备方法，由可生物降解的立构聚乳酸（scPLA）和聚羟基脂肪酸酯（PHA）制备而成，复合材料的拉伸强度为30-100MPa，断裂伸长率为30%-120%，透明度80%~100%。本发明制备的复合材料具有高透明，高品质，生产和使用过程不会产生对环境有害的物质，可以生物降解，有良好的韧性和断裂伸长率，制造工艺简单，制造成本低等特点。制造成本低等特点。
技术研发人员：潘刚伟 赵士友 蒋长妹 花铭 汤硕 姚理荣
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：2022.07.18
技术公布日：2022/11/1
