一种聚己内酯的成核方法与流程

本发明涉及利用玄武岩纤维调控聚己内酯结晶成核的技术领域。

背景技术：

随着环境保护和经济发展的要求，生物可降解的高分子如聚己内酯、聚乳酸等作为新型的可降解高分子材料日益受到关注。它们具有良好的热塑性、生物相容性、生物可降解性及组织可吸收性，因此不仅在通用塑料领域，在生物医学工程方面如药物控制释放基材、多孔的组织工程支架，包装等方面也具有潜在的应用价值。

聚己内酯是一种良好的生物降解材料，与其他高分子材料相比具有良好的相容性，已被广泛应用于生物医用材料、环境友好材料、生态纤维材料等领域。但单一的聚己内酯在性能上存在一定缺点，如聚己内酯的玻璃化转变温度为-60℃，室温下呈橡胶态，表现为优异的韧性，断裂伸长率高，但它的拉伸强度低。此外聚己内酯材料的生命周期短、半结晶性、熔点低，限制了其更为广泛的应用。

可以将聚己内酯与其它聚合物共混或者采用纳米复合技术进行改性，旨在改善聚己内酯材料的性能，控制聚己内酯的结晶性能和降解周期。而聚己内酯的有机-无机填充改性是值得关注的课题，应用填料填充改性的方法可以控制聚己内酯的结晶度并提高聚己内酯材料的综合性能。

玄武岩纤维是玄武岩石料在1450～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。玄武岩纤维具有强度高、模量高、耐高温性能佳、抗氧化、抗辐射、绝热隔音、过滤性好、压缩强度和剪切强度高、比玻璃纤维吸湿性低6~8倍、适应于各种环境下使用等优异性能，且性价比高，是一种纯天然的无机非金属材料。玄武岩纤维作为一种性能优异的新型材料，已经在许多领域得到广泛关注。

技术实现要素：

本发明目的在于提出一种利用玄武岩纤维控制聚己内酯结晶成核的方法。

本发明技术方案是：在70～80℃温度条件下，将聚己内酯和玄武岩纤维置于密炼机中熔融共混5～8min，出料，得聚己内酯/玄武岩纤维的复合物。

本发明以玄武岩纤维作为成核剂，采用玄武岩纤维来填充聚己内酯，在提升材料力学性能的同时，还能控制聚己内酯的成核难易及结晶速率。在加入玄武岩纤维后，聚己内酯的异相成核作用更加明显，结晶速率显著提高。

将聚己内酯和玄武岩纤维置于密炼机中熔融共混的时间为5～8min，这是由于时间过短不利于玄武岩纤维在聚己内酯基体中分散均匀，而过长的共混时间会导致聚己内酯降解，有损基体聚己内酯材料的力学性能，故选用5～8min。

本发明所述聚己内酯和玄武岩纤维的混合质量比为95∶5～80∶20。

对于通过玄武岩纤维调控聚己内酯结晶成核来说，并非所有混合比下制得的复合材料都能满足玄武岩纤维作为聚己内酯结晶成核的异相成核剂的条件。首先，必须仍以聚己内酯组分为主体，这样才能发挥聚己内酯自身优势；其次，对于玄武岩纤维填充聚己内酯体系而言，填料的加入使得聚己内酯的结晶趋向于异相成核化，但太少不利于形成有效的异相成核点，因而不能使聚己内酯结晶温度明显的向高温偏移，即异相成核效果不明显，而玄武岩纤维占组分过大，体系的有效粘度明显增大，阻碍分子链的运动，不利于基体的结晶成核，且会使材料力学强度下降。因此，选用混合质量比为95：5～80：20，这样才能达到最佳的异相成核效果。

附图说明

图1 为实施例1、2、3和对比例1在10℃/min降温时的差示扫描量热（DSC）曲线。

图2为实施例1和对比例1得到的材料在拉伸过程中的应力-应变曲线。

具体实施方式

下面结合附图及最佳实施方式对本发明作进一步说明，以使公众对发明的内容有整体和充分的了解，而并非对本发明保护范围的限定。前述部分已经充分公开了本发明可以实施的保护范围，因此凡依照本发明公开内容进行的任何领域公知的等同替换，均属于对本发明的侵犯。

本发明的其他优点和效果将在下面的具体实施方式中继续描述。

以下各例中，聚己内酯为数均分子量约40,000～60,000，熔融指数约为7g/10min (160℃/2.16kg)，熔融温度为50～70℃的生物可降解及生物相容的高分子树脂。玄武岩纤维为直径7～15μm，长度2-5mm，弹性模量91～110Gpa，密度2.63～2.65g/cm³的无机非金属材料。

一、实施例1：

将干燥后的聚己内酯与玄武岩纤维按质量比95∶5置于密炼机中于温度75℃、转子转速50 r/min下熔融共混6min，出料，取得聚己内酯/玄武岩纤维的复合物。

二、实施例2：

将干燥后的聚己内酯与玄武岩纤维按质量比90∶10置于密炼机中于温度80℃、转子转速50 r/min下熔融共混5min，出料，取得聚己内酯/玄武岩纤维的复合物。

三、实施例3：

将干燥后的聚己内酯与玄武岩纤维按质量比80∶20置于密炼机中于温度70℃、转子转速50 r/min下熔融共混8min，出料，取得聚己内酯/玄武岩纤维的复合物。

四、对比例1：

将干燥后的聚己内酯置于密炼机中于温度80℃，转子转速50 r/min下熔融共混6min，出料。

五、分析

图1为实施例1、2、3和对比例1以10℃/min降温时的DSC放热曲线，可以看出实施例1、2、3与对比例1相比，聚己内酯的结晶温度明显向高温偏移，即加入玄武岩纤维后，聚己内酯异相成核效应更为显著，使得聚己内酯结晶速率变快。

由图1结合下表数据可以很明显的得出，通过玄武岩纤维可以调控聚己内酯的结晶成核，表中数据显示实施例1、2、3不仅结晶速率加快，结晶度相较于对比例1也提高很多，充分表明可以通过此方案可以有效提高聚己内酯结晶的成核。

下表给出了对应的对比例1和实施例1、2、3试样的热性能指标。

图2为实施例1和对比例1对应的材料在拉伸过程中的应力-应变曲线。拉伸行为按照ASTM D638测试，拉伸速率为50 mm/min，室温下记录位移随载荷的变化。与对比例1对应的纯聚己内酯样相比，实施例1对应的共混体系的杨氏模量和拉伸强度均呈现显著的上升趋势。这也进一步证明了可以通过玄武岩纤维可以提升聚己内酯成核与结晶度，从而提升材料最终的力学性能。