[發(fā)明專利]一種木素納米纖維素增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合膜的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510070556.2
• 申請日: 2015-02-10
• 公開（公告）號: CN104693464B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張力平
• 申請（專利權(quán)）人: 北京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L67/04;C08L97/02
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11002
• 代理人: 王文君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有機(jī)高分子化合物領(lǐng)域，具體涉及一種含有聚乳酸的膜材料的制備方法。

背景技術(shù)

聚乳酸可以通過生物質(zhì)資源，如植物淀粉來制備，因此產(chǎn)業(yè)規(guī)模大；聚乳酸可生物降解，在環(huán)境中最終被分解為二氧化碳和水。而且，聚乳酸具有良好的成型加工性能。聚乳酸作為環(huán)境友好的可生物降解塑料取代傳統(tǒng)石油基塑料，具有強(qiáng)大的競爭力和廣泛的應(yīng)用前景；然而，聚乳酸存在著質(zhì)硬、韌性差、耐熱性差等缺點，極大的限制了其在航空、汽車等工程領(lǐng)域的應(yīng)用，因此對聚乳酸進(jìn)行增強(qiáng)增韌改性有重要意義。本領(lǐng)域研究者考慮用其他材料與聚乳酸制成復(fù)合膜。專利CN 104231582 A用蓖麻油共聚物和聚氨酯共聚物與聚乳酸制成復(fù)合材料，提高了材料的拉伸強(qiáng)度。但制備方法復(fù)雜。

木質(zhì)素是植物界中第二豐富的天然高分子,具有獨特的苯丙基結(jié)構(gòu)及種類豐富的活性官能團(tuán)，兼具可再生、可降解、無毒等優(yōu)點，而且工業(yè)木質(zhì)素來源于造紙黑液，其成本低廉，是優(yōu)良的可持續(xù)發(fā)展的綠色化工原料；木質(zhì)素作為聚乳酸的增強(qiáng)體系能夠和聚乳酸有良好的界面作用，提高聚乳酸復(fù)合材料的性能。取自于植物資源的納米纖維素具有大的比表面積，高的模量，表面有大量的羥基，形成分子內(nèi)和分子間的氫鍵，具有很高的機(jī)械強(qiáng)度；可以作為增強(qiáng)相來改善基體的特性，同時，納米纖維素與聚合物基體之間較差的界面作用限制了其作為增強(qiáng)材料的應(yīng)用范圍。

采用酸水解-高壓均質(zhì)的方法制備木素納米纖維素以及溶液澆鑄-溶劑揮發(fā)法制備木素納米纖維素-聚乳酸復(fù)合膜材料，通過上述方法可以充分發(fā)揮納米纖維素的增強(qiáng)，木質(zhì)素的增容效果，獲得機(jī)械性能優(yōu)良，耐熱性好的木素納米纖維素-聚乳酸復(fù)合膜材料。

發(fā)明內(nèi)容

針對本領(lǐng)域存在的不足之處，本發(fā)明的目的是提出一種木素納米纖維素增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合膜的制備方法。

本發(fā)明的另一目的是提出所述制備方法制得的聚乳酸復(fù)合膜。

實現(xiàn)本發(fā)明上述目的的技術(shù)方案為：

一種木素納米纖維素增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合膜的制備方法，包括步驟：

1)酸水解-高壓均質(zhì)法制備木素納米纖維素：原料為木漿板，用硫酸水解，然后高壓均質(zhì)得到木素納米纖維素；

2)用溶液澆鑄-溶劑揮發(fā)法制備木素納米纖維素增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合膜：取重量份配比的聚乳酸8-10、木素納米纖維素0.08-0.5，與有機(jī)溶劑混合獲得鑄膜原液，對鑄膜原液進(jìn)行真空脫泡處理，將鑄膜原液制成薄膜。所述有機(jī)溶劑為N,N二甲基乙酰胺。

其中，所述步驟1)中，牛皮紙槳板置于20-25wt％硫酸溶液中，80-90℃條件下水解4-5小時，然后經(jīng)過高速離心沉淀，用去離子水清洗直至洗出液為中性，之后將固體物轉(zhuǎn)移至N-N二甲基乙酰胺中，在100MPa壓力下均質(zhì)分散5-10次。

在均質(zhì)分散之前可以進(jìn)行乳化處理。

優(yōu)選地，木漿板用酸水解之前先用粉碎機(jī)粉碎。木漿板置于20-25wt％硫酸溶液中的固液比為1:20g/mL。

其中，在步驟2)中，將聚乳酸加入到均質(zhì)分散后的木素納米纖維素的N,N二甲基乙酰胺溶液中，超聲攪拌使其溶解，獲得鑄膜原液。

優(yōu)選地，所述鑄膜原液中，聚乳酸的重量與N,N二甲基乙酰胺的體積之比為8-10g：40-60mL，木素納米纖維素質(zhì)量與聚乳酸的重量之比為0.08-0.5：8-10。

所述的重量與體積之比，也可為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其他單位，比如千克/升。

進(jìn)一步地，超聲攪拌的溫度為70-90℃，攪拌時間為2-4h。

其中，所述步驟2)中，在超聲作用下抽真空，對所述鑄膜原液進(jìn)行真空脫泡處理，脫泡時的真空度為-0.05至-0.09MPa。

優(yōu)選地，所述真空脫泡處理的時間為0.5h。

其中，所述步驟2)中，制成薄膜的步驟為：將鑄膜原液置于玻璃板上刮制成膜；將玻璃板置于平板加熱器上，在80～90℃下進(jìn)行溶劑揮發(fā)，靜置20～30min，揭膜得到復(fù)合膜材料。膜的厚度可為100-200μm。

本發(fā)明所述的制備方法制得的聚乳酸復(fù)合膜。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明首次將含有木素的納米纖維素與聚乳酸復(fù)合，用納米材料對聚乳酸進(jìn)行增強(qiáng)，木質(zhì)素的引入解決了納米纖維素與聚乳酸基體相容性不好導(dǎo)致的力學(xué)性能低的問題，改善相界面的粘附作用。

通過實驗確定控制聚乳酸復(fù)合膜力學(xué)性能的關(guān)鍵參數(shù)是木素納米纖維素的添加量，木素纖維素刮膜厚度以及木素纖維素的水解溫度、時間、均質(zhì)次數(shù)對實驗結(jié)果影響次之。

具體實施方式

以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。