一种可降解树脂复合材料及在汽车外饰件的应用的制作方法

本发明属于可降解材料，具体地，涉及一种可降解树脂复合材料及在汽车外饰件的应用。

背景技术：

1、近些年来，随着汽车行业的飞速发展，汽车外饰件也越来也受到人们重视，汽车外饰件是指安装在汽车外部，用于装饰、保护和提升汽车性能的零部件。汽车外饰件包括前后保险杠、轮拱、进气格栅、车灯、轮毂和尾翼等。汽车外饰件的主要材料为塑料、金属、玻璃纤维等。其中，塑料外饰件具有质轻、耐腐蚀、易加工等优点，在汽车外饰件领域被广泛使用。但是当汽车被废弃后，这些塑料外饰件难以被分解，会成为污染物，对环境有较大危害，因此，现在人们越来越重视环保可降解材料的发展。

2、可降解材料是指那些在自然环境条件下，如土壤、水环境、光照等，或在特定条件下如堆肥化或厌氧消化条件下，能够被微生物或自然因素作用降解为二氧化碳、水等小分子的材料。这些材料因其环保特性，被视为应对塑料污染的重要解决方案。在汽车外饰件的应用上，可降解材料的使用正在逐渐增加。其中，聚乳酸是一种生物基可降解塑料，具有良好的生物相容性和耐热性，已经在汽车行业被用于制造进气格栅、三角窗框等零部件，有着极大的发展前景。但是聚乳酸的强度不如一般的塑料，并且将聚乳酸应用于汽车外饰件，在室外长期受到太阳光的照射，容易导致材料老化发黄；最后，聚乳酸属于高分子材料，其氧指数较低，遇到车祸时容易发生燃烧，有一定的安全隐患，这些缺点限制了聚乳酸在汽车外饰件的应用，因此，亟需解决以上问题，以满足可降解材料技术领域的更高需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种可降解树脂复合材料及在汽车外饰件的应用。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种可降解树脂复合材料，通过以下步骤制得：

4、将羧基功能化聚乳酸(pla-cooh)、碳纤维、改性剂、催化剂和加工助剂在混合机中搅拌混合10-20min后，加入到双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出，得到可降解树脂复合材料。

5、进一步地，各原料按照重量份数计如下：90-100份羧基功能化聚乳酸、10-16份碳纤维、5-15份改性剂、0.5-1.5份催化剂、4-8份加工助剂。

6、进一步地，所述催化剂为氯化亚锡和氧化亚锡中的一种。

7、进一步地，所述加工助剂为橄榄油、蜂蜡和硬脂酸锌中的一种。

8、以聚乳酸为基体，赋予了材料良好的耐热性和可降解性能；加入碳纤维能进一步增强材料的耐热性，并且还能提高材料的力学性能。

9、进一步地，所述改性剂通过以下步骤制得：

10、s1、在三口烧瓶中加入三聚氯氰和丙酮，在5℃的冰浴条件下搅拌15min，再将2,4-二羟基二苯甲酮和氢氧化钠分别溶于丙酮和蒸馏水中，搅拌混合均匀后，依次加入到三口烧瓶中，在50℃下反应4h后，反应完成，抽滤，滤渣依次用蒸馏水和乙醇洗涤2-3次，放入烘箱烘干，再通过柱色谱法分离提纯(洗脱剂采用石油醚/乙酸乙酯的混合溶剂，二者的体积比为5:1)，旋蒸除去洗脱液，得到中间体1；三聚氯氰、丙酮、2,4-二羟基二苯甲酮、氢氧化钠、蒸馏水的用量之比为19.1g:120ml:42.8g:8.3g:50ml；

11、氢氧化钠能与2,4-二羟基二苯甲酮分子中的羟基发生反应，但是由于2,4-二羟基二苯甲酮邻位上的羟基与羰基形成了氢键，不容易断裂，因此氢氧化钠与对位上的羟基发生反应，形成亲核性更强的酚钠，酚钠作为一种亲核试剂对三聚氯氰上与氯原子相连的碳原子进行进攻，使氯原子被所取代，从而生成醚键；通过控制2,4-二羟基二苯甲酮与三聚氯氰的摩尔比接近2:1且三聚氯氰略微过量，使三聚氯氰上只有两个氯基参与反应，得到中间体1；具体反应过程如下所示：

12、

13、s2、在装有搅拌装置的三口烧瓶中，将中间体1、4-羟基苯乙烯和n,n-二甲基甲酰胺(dmf)混合，再将氢氧化钠溶于蒸馏水中，搅拌均匀后，加入到三口烧瓶中，搅拌后，控制反应温度为60℃，保温反应5h，反应完成，旋蒸去除溶剂，放入烘箱烘干，再通过柱色谱法分离提纯(洗脱剂采用石油醚/乙酸乙酯的混合溶剂，二者的体积比为7:1)，旋蒸除去洗脱液，得到中间体2；中间体1、4-羟基苯乙烯、n,n-二甲基甲酰胺、氢氧化钠、蒸馏水的用量之比为53.9g:11.9g:100ml:4.1g:50ml；

14、在氢氧化钠的催化下，中间体1和4-羟基苯乙烯发生反应，得到中间体2，原理与步骤s1相同；具体反应过程如下所示：

15、

16、s3、在三口烧瓶中将中间体2、偶氮二异丁腈(aibn)和n,n-二甲基甲酰胺，搅拌混合均匀，再滴加6-巯基己醇，滴加过程不断搅拌，滴加完成后，维持体系的温度在75℃，保温反应6h，反应结束后，过滤，减压蒸馏除去溶剂，真空干燥，得到改性剂；中间体2、偶氮二异丁腈、n,n-二甲基甲酰胺、6-巯基己醇的用量之比为62.4g:0.2g:200ml:13.4g；

17、在aibn作用下，中间体2上的不饱和碳碳双键与6-巯基己醇上的巯基发生巯基-烯的点击反应，得到改性剂；改性剂的结构如下所示：

18、

19、制得的改性剂分子中含有对称的两个二苯甲酮基团，二苯甲酮作为一类紫外吸收剂，能将基体吸收的紫外线辐射能通过酮-烯醇式互变异构现象消耗，大大提升了基体的抗紫外性能；此外，改性剂分子中还含有硫元素、三嗪结构和羟基，其中引入的硫元素能加速基体异构化产生大量的co2并催化基体fries重排进度进而促进成炭，能提升基体的阻燃性能；三嗪结构作为一种氮系阻燃剂，在燃烧时会产生含氮的气体，稀释降低烟雾密度，在高温下自凝结形成蜜勒胺使炭层紧密，能与硫元素其协同作用，显著增强基体的阻燃性能；最后，改性剂分子一端含的羟基，在催化剂的作用下能与羧基功能化聚乳酸产生化学键合作用，提升改性剂分子与基体的相互作用力，使小分子改性剂不易迁移和渗出，保证改性剂性能的长久稳定。

20、本发明的有益效果：

21、1、本发明通过将聚乳酸和碳纤维制成复合材料，赋予了材料优异的耐热性、可降解性和力学性能；

22、2、通过一系列化学反应，制得改性剂，改性剂分子中含有各项功能基团，能提高材料的抗紫外和阻燃性能，并且性能长久稳定，不易脱落；

23、因此，本发明制得的复合材料，力学性能高，耐热性能好，具有稳定高效的抗紫外和阻燃性能，并且环保可降解，在汽车外饰件技术领域具备重要应用价值。

技术特征：

1.一种可降解树脂复合材料，其特征在于，通过以下步骤制得：

2.根据权利要求1所述的一种可降解树脂复合材料，其特征在于，所述改性剂通过以下步骤制得：

3.根据权利要求2所述的一种可降解树脂复合材料，其特征在于，步骤s1中三聚氯氰、丙酮、2,4-二羟基二苯甲酮、氢氧化钠、蒸馏水的用量之比为19.1g:120ml:42.8g:8.3g:50ml。

4.根据权利要求2所述的一种可降解树脂复合材料，其特征在于，步骤s2中中间体1、4-羟基苯乙烯、n,n-二甲基甲酰胺、氢氧化钠、蒸馏水的用量之比为53.9g:11.9g:100ml:4.1g:50ml。

5.根据权利要求2所述的一种可降解树脂复合材料，其特征在于，步骤s3中中间体2、偶氮二异丁腈、n,n-二甲基甲酰胺、6-巯基己醇的用量之比为62.4g:0.2g:200ml:13.4g。

6.根据权利要求1所述的一种可降解树脂复合材料，其特征在于，各原料按照重量份数计如下：90-100份羧基功能化聚乳酸、10-16份碳纤维、5-15份改性剂、0.5-1.5份催化剂、4-8份加工助剂。

7.根据权利要求1所述的一种可降解树脂复合材料，其特征在于，所述催化剂为氯化亚锡和氧化亚锡中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种可降解树脂复合材料，其特征在于，所述加工助剂为橄榄油、蜂蜡和硬脂酸锌中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种可降解树脂复合材料，在汽车外饰件领域的应用。

技术总结
本发明公开了一种可降解树脂复合材料及在汽车外饰件的应用，属于可降解材料技术领域。包括以下重量份原料：90‑100份羧基功能化聚乳酸、10‑16份碳纤维、5‑15份改性剂、0.5‑1.5份催化剂、4‑8份加工助剂。将聚乳酸和碳纤维制成复合材料，赋予了材料优异的耐热性、可降解性和力学性能；其中，改性剂分子中含有各项功能基团，能提高材料的抗紫外和阻燃性能，并且性能长久稳定，不易脱落；因此，本发明制得的复合材料，力学性能高，耐热性能好，具有稳定高效的抗紫外和阻燃性能，并且环保可降解，在汽车外饰件技术领域具备重要应用价值。

技术研发人员：姚振华,赵立男,菅茂林
受保护的技术使用者：安徽沛利新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/4/7