本發(fā)明涉及聚丙烯技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米Al2O3改性生物高分子材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚（3羥基丁酸酯-co-4羥基丁酸酯）[P（3HB-co-4HB）]材料是一種微生物合成的高分子共聚酯，具有良好的生物可降解性和生物相容性而受到廣泛關(guān)注。同時(shí)某些性能類(lèi)似于熱塑性塑料，力學(xué)性能也于聚丙烯材料相似，將成為替代傳統(tǒng)材料的首選。但由于其熔體強(qiáng)度低、結(jié)晶速率小、后結(jié)晶嚴(yán)重，且化學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單規(guī)整，使得聚（3羥基丁酸酯-co-4羥基丁酸酯）[P（3HB-co-4HB）]材料脆性強(qiáng)，斷裂延伸率極低，阻礙其廣泛使用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供納米Al2O3改性生物高分子材料及其制備方法。
一種納米Al2O3改性生物高分子材料，由下述組分按重量份數(shù)制備而成：
P(3HB-co-4HB) 80-97份，
偶聯(lián)劑改性納米Al2O3材料 3-20份，
熱穩(wěn)定劑 0.1-0.3份，
潤(rùn)滑劑 0.1-0.3份，
所述P(3HB-co-4HB)、偶聯(lián)劑改性納米Al2O3材料二者重量之和為100份。
所述偶聯(lián)劑改性納米Al2O3材料是通過(guò)下述方法制備得到：
將鈦酸酯偶聯(lián)劑加入異丙醇中，超聲處理3-20min、超聲頻率60-90Hz，形成均勻溶液，加入納米Al2O3反應(yīng)1-3小時(shí)后過(guò)濾，在25℃-50℃的條件下真空干燥8-20小時(shí)，得到偶聯(lián)劑改性納米Al2O3材料。
所述的鈦酸酯偶聯(lián)劑為異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯（TMC-201）。
所述的鈦酸酯偶聯(lián)劑與異丙醇的重量體積比為1g：（3-20）mL，鈦酸酯偶聯(lián)劑與納米Al2O3的重量比為1：10-30。
所述熱穩(wěn)定劑為酚類(lèi)熱穩(wěn)定劑、胺類(lèi)熱穩(wěn)定劑、亞磷酸酯類(lèi)熱穩(wěn)定劑中的一種或多種。
所述潤(rùn)滑劑為金屬皂類(lèi)潤(rùn)滑劑、硬脂酸復(fù)合酯類(lèi)潤(rùn)滑劑和酰胺類(lèi)潤(rùn)滑劑中的一種或多種。
本發(fā)明所述的一種納米Al2O3改性生物高分子材料的制備方法，其是按配比，將P(3HB-co-4HB)、改性納米Al2O3材料、熱穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑加入螺桿擠出機(jī)中，進(jìn)行熔融共混、擠出造粒制得納米Al2O3改性生物高分子材料；所述螺桿擠出機(jī)的長(zhǎng)徑比為35-56:1，加工溫度為130-160℃。
本發(fā)明用無(wú)機(jī)納米Al2O3改性聚（3羥基丁酸酯-co-4羥基丁酸酯）[P（3HB-co-4HB）]材料可提高該材料的結(jié)晶速率，同時(shí)起到增強(qiáng)增韌效果，有效減小復(fù)合材料的球晶尺寸，適量納米Al2O3分散在[P（3HB-co-4HB）]材料基體中，形成較強(qiáng)的界面結(jié)合力，大大改善材料的強(qiáng)度及韌性，可擴(kuò)大聚（3羥基丁酸酯-co-4羥基丁酸酯）[P（3HB-co-4HB）]材料的應(yīng)用領(lǐng)域。
本發(fā)明的與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1.本發(fā)明提供一種納米Al2O3改性聚（3羥基丁酸酯-co-4羥基丁酸酯）[P（3HB-co-4HB）]材料的方法，可改善此生物材料的強(qiáng)度及韌性，極大地開(kāi)拓了此生物材料的應(yīng)用領(lǐng)域；
2.納米Al2O3經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑表面接枝改性后，團(tuán)聚現(xiàn)象改善，可均勻分散于聚（3羥基丁酸酯-co-4羥基丁酸酯）[P（3HB-co-4HB）]材料基材中，形成較強(qiáng)的界面結(jié)合力，從而有效提高材料性能；
3.本發(fā)明的改性方法簡(jiǎn)單易行，具有工業(yè)化生產(chǎn)前景。
具體實(shí)施方式
下面實(shí)施例中熱穩(wěn)定劑選用酚類(lèi)熱穩(wěn)定劑1010、亞磷酸酯類(lèi)熱穩(wěn)定劑168；
潤(rùn)滑劑選用硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、硬脂酸乙二醇酯、乙撐雙硬脂酰胺（EBS）、芥酸酰胺。
實(shí)施例1
將1g固體鈦酸酯偶聯(lián)劑TMC-201加入10mL異丙醇中，超聲處理10min（超聲頻率80Hz）形成均勻溶液，加入15g納米Al2O3反應(yīng)2小時(shí)后過(guò)濾，在30℃的條件下真空干燥14小時(shí)，得到改性納米Al2O3材料。
將 90kg P(3HB-co-4HB)、10kg改性納米Al2O3材料，0.2 kg酚類(lèi)熱穩(wěn)定劑1010、0.2kg潤(rùn)滑劑 EBS在長(zhǎng)徑比為 40:1 的雙螺桿擠出機(jī)中熔融混合分散，所有原料共混擠出造粒后，即得納米Al2O3改性生物高分子材料。制備時(shí)的加工溫度為150℃。
實(shí)施例2
將2g固體鈦酸酯偶聯(lián)劑TMC-201加入40mL異丙醇中，超聲處理20min（超聲頻率90Hz）形成均勻溶液，加入60g納米Al2O3反應(yīng)3小時(shí)后過(guò)濾，在50℃的條件下真空干燥20小時(shí)，得到改性納米Al2O3材料。
將 80kgP(3HB-co-4HB)、20kg納米Al2O3材料，0.1kg潤(rùn)滑劑硬脂酸鋅、0.1kg潤(rùn)滑劑硬脂酸鈣、0.25 kg酚類(lèi)熱穩(wěn)定劑1010在長(zhǎng)徑比為 56:1 的雙螺桿擠出機(jī)中熔融混合分散，所有原料共混擠出造粒后，即得納米Al2O3改性生物高分子材料。制備時(shí)的加工溫度為130℃。
實(shí)施例3
將1g固體鈦酸酯偶聯(lián)劑TMC-201加入3mL異丙醇中，超聲處理3min（超聲頻率60Hz）形成均勻溶液，加入10g納米Al2O3反應(yīng)1小時(shí)后過(guò)濾，在25℃的條件下真空干燥8小時(shí)，得到改性納米Al2O3材料。
將 97kg聚丙烯、3kg納米Al2O3材料，0.3kg酚類(lèi)熱穩(wěn)定劑1010和0.3kg潤(rùn)滑劑 EBS，在長(zhǎng)徑比為 35:1 的雙螺桿擠出機(jī)中熔融混合分散，所有原料共混擠出造粒后，即得納米Al2O3改性生物高分子材料。制備時(shí)的加工溫度為160℃。
實(shí)施例4
將1g固體鈦酸酯偶聯(lián)劑TMC-201加入15mL異丙醇中，超聲處理12min（超聲頻率70Hz）形成均勻溶液，加入20g納米Al2O3反應(yīng)2小時(shí)后過(guò)濾，在40℃的條件下真空干燥18小時(shí)，得到改性納米Al2O3材料。
將 85kgP(3HB-co-4HB)、15kg納米Al2O3材料，0.2kg酚類(lèi)熱穩(wěn)定劑168、0.15kg潤(rùn)滑劑硬脂酸乙二醇酯在長(zhǎng)徑比為 40:1 550和 的雙螺桿擠出機(jī)中熔融混合分散，所有原料共混擠出造粒后，即得本實(shí)施例的納米Al2O3改性生物高分子材料。制備時(shí)的加工溫度為136℃。
實(shí)施例5
將1g固體鈦酸酯偶聯(lián)劑TMC-201加入5mL異丙醇中，超聲處理5min（超聲頻率85Hz）形成均勻溶液，加入9g納米Al2O3反應(yīng)1.2小時(shí)后過(guò)濾，在45℃的條件下真空干燥10小時(shí)，得到改性納米Al2O3材料。
將 91kgP(3HB-co-4HB)、9kg納米Al2O3材料，0.1kg酚類(lèi)熱穩(wěn)定劑1010、0.1kg潤(rùn)滑劑芥酸酰胺在長(zhǎng)徑比為 40:1 的雙螺桿擠出機(jī)中熔融混合分散，所有原料共混擠出造粒后，即得納米Al2O3改性生物高分子材料。制備時(shí)的加工溫度為145℃。
對(duì)比例1
將 90kg P(3HB-co-4HB)、0.2 kg酚類(lèi)熱穩(wěn)定劑1010、0.2kg潤(rùn)滑劑 EBS在長(zhǎng)徑比為 40:1 的雙螺桿擠出機(jī)中熔融混合分散，所有原料共混擠出造粒后，即得未改性的生物高分子材料。制備時(shí)的加工溫度為150℃。
對(duì)比例2
將 80kgP(3HB-co-4HB)、0.1kg潤(rùn)滑劑硬脂酸鋅、0.1kg潤(rùn)滑劑硬脂酸鈣、0.25 kg酚類(lèi)熱穩(wěn)定劑1010在長(zhǎng)徑比為 56:1 的雙螺桿擠出機(jī)中熔融混合分散，所有原料共混擠出造粒后，即得未改性的生物高分子材料。制備時(shí)的加工溫度為130℃。
將上述實(shí)施例1-5和對(duì)比例1、對(duì)比例2所制備的生物高分子材料制得標(biāo)準(zhǔn)樣條，根據(jù)ISO527、ISO180測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試結(jié)果如下表：
從表1可看出，本發(fā)明制得的改性聚（3羥基丁酸酯-co-4羥基丁酸酯）[P（3HB-co-4HB）]材料較未改性材料相比，強(qiáng)度和韌性均大大提高。
上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。