[發明專利]環保增韌納米纖維素-聚乳酸生物降解材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811355064.8
• 申請日: 2018-11-14
• 公開（公告）號: CN109486139A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 雍宬;孫恩惠;黃紅英;曲萍;徐躍定;黃瑩;吳華山;曹云;張晶
• 申請（專利權）人: 江蘇省農業科學院
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L1/02;C08L29/04;C08L23/06;C08K13/02;C08K5/103;C08K5/544;C08K5/19;C08K3/34
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 楊文晰

本發明公開一種環保增韌納米纖維素?聚乳酸生物降解材料及其制備方法，屬于聚合物加工技術領域，該生物降解材料包括聚乳酸、納米纖維素、三醋酸甘油酯、聚乙烯醇水溶液和助劑；本發明同時還公開了該生物降解材料的制備方法，即預先將納米纖維素和增韌劑在有機溶劑中實現包覆混合，將混合后的膠體、加工助劑和聚乳酸在雙螺桿擠出機中通過溶劑蒸發和熔融共混雙重作用實現納米纖維素和聚乳酸的共混復合后獲得；該方法不僅操作簡單，方便，制備時間耗時短，又解決了納米纖維素在聚乳酸基體中分散性問題，制備的復合材料同時又兼具韌性提高性能，具有環境安全性。

技術領域

本發明涉及的是一種聚合物加工技術領域，具體涉及一種環保增韌納米纖維素-聚乳酸生物降解材料及制備方法。

背景技術

近年來由于“白色污染”對環境的破壞以及環保法規和相應標準的嚴格化，發展生物降解材料是解決消耗性石油能源危機的重要解決措施之一。在眾多降解材料中，聚乳酸因其可觀的力學性能和透明度比較受到青睞，聚乳酸的生產過程幾乎沒有環境污染和破壞，且產品可以生物降解，最終生成二氧化碳和水被土壤有機質吸收，真正實現了碳循環過程。然而，聚乳酸目前還存在諸多缺陷，例如脆性大，熱穩定性能差，較低的熔融強度等都嚴重限制了其吹塑成型或者薄膜擠出成型等常規包裝材料加工工藝的制備應用。

納米纖維素是種生物親和性和生物降解性能均優異的環保材料，目前相關報道已經證明了納米纖維素對聚乳酸結晶性、物理力學性能和熱穩定性能的提升。此外，納米纖維素的來源廣泛，普遍來自植物細胞壁和少量細菌以及動物細胞的合成，是種循環再生的天然高分子材料。然而納米纖維素上大量的氫鍵嚴重影響了其在聚乳酸基體中的分散情況。此外，絕大多數的納米纖維素-聚乳酸復合材料都使用溶劑澆筑或者模壓成型的方式制備，這兩種方式都面臨納溶解米纖維素的有機溶劑去除耗時較長的問題，鮮有直接使用熱熔融擠出方式制備。專利CN107189381A公布了一種納米纖維素改性聚乳酸復合材料及其制備方法，該文獻在硫酸溶液和氫氧化鈉溶液處理纖維之后，通過風干方式去除溶劑，去除溶劑預計累計時間超過24h，且簡單熱烘干方式極易造成納米纖維素失去溶劑后團聚；專利CN103992493B公開了一種改性苧麻納米纖維素與聚乳酸復合薄膜的制備方式，其將聚乳酸和改性后的苧麻納米纖維素溶于有機溶劑，采用溶液澆筑、自然通風和真空干燥的方式制備改性苧麻納米纖維素與聚乳酸復合薄膜，溶劑揮發時間較長，預計時間超過24h。溶劑澆筑和模壓成型制備納米纖維素和聚乳酸復合材料的方式均是長時間處理方式，無法實現大規模工業化生產。

發明內容

針對上述納米纖維素在聚乳酸基體中分散性差且材料制備耗時長的問題，本發明提供一種環保增韌納米纖維素-聚乳酸生物降解材料及制備方法，預先將納米纖維素和增韌劑在有機溶劑中實現包覆混合，將混合后的膠體、加工助劑和聚乳酸在雙螺桿擠出機中通過溶劑蒸發和熔融共混雙重作用實現納米纖維素和聚乳酸的共混復合，制備納米纖維素-聚乳酸生物降解材料。所獲得的復合材料可以直接模具擠出成型，也可以粉碎后重新注塑成型或者熱壓成型。這種擠出成型同步法不僅操作簡單，方便，制備時間耗時短，又解決了納米纖維素在聚乳酸基體中分散性問題，制備的復合材料同時又兼具韌性提高性能，具有環境安全性。

為實現上述發明目的，本發明所采用的技術方案為：

一種環保增韌納米纖維素-聚乳酸生物降解材料，包括以下組分：以重量百分比計，該納米纖維素-聚乳酸生物降解材料中，聚乳酸占68～99.6 wt%，納米纖維素占0.1～20 wt%，改性劑占0.1～20 wt%，余量為助劑；所述改性劑由三醋酸甘油酯和聚乙烯醇水溶液混合后獲得。

進一步，本發明所提供的環保增韌納米纖維素-聚乳酸生物降解材料中，三醋酸甘油酯和聚乙烯醇的質量比為6～1:1；上述三醋酸甘油酯優選為分析純，聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇質量百分比優選1～10%。

進一步，本發明所提供的環保增韌納米纖維素-聚乳酸生物降解材料中，所述助劑包括Y-氨丙基三乙基硅烷，十六烷基三甲基溴化銨，亞磷酸酯類抗氧化劑，聚乙烯蠟，滑石粉，分散染料中的至少一種。