[發明專利]一種聚乳酸/納米纖維素復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010580169.4
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111690240A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 黃春蘭;李仁煥;韋忠宇;唐榕;劉波
• 申請（專利權）人: 南寧學院
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L75/04;C08L87/00;C08G81/00
• 代理公司: 貴州派騰知識產權代理有限公司 52114
• 代理人: 周黎亞

本發明涉及復合材料技術領域，尤其涉及一種聚乳酸/納米纖維素復合材料及其制備方法。所述乳酸/納米纖維素復合材料的制備方法為，將表面改性后的納米纖維素與聚乳酸混合混合，加入偶聯劑接枝反應，制得PLA?g?NCF；然后將PLA、TPU與PLA?g?NCF熔融混合制得聚乳酸/納米纖維素復合材料。本發明提供的方法，不僅有效解決了納米纖維素在PLA基體中分散性差的問題，還充分解決了PLA與TPU相容性差的問題，制得了PU增韌PLA的PLA/TPU復合材料；所制得的材料，強度高，韌性好；而且工藝簡單，生產時間短，容易實現連續性工業化生產。

技術領域

本發明涉及復合材料技術領域，尤其涉及一種聚乳酸/納米纖維素復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著科技的進步和全球人口的增加，塑料材料在生活和工業的各個方面都得到了廣泛的應用；因此全球大量使用塑料導致環境污染和不可再生自然資源枯竭開始引起了公眾的關注。用生物基和可生物降解聚合物(生物塑料)替代石油基塑料被視為一個重要的轉變，因為這將減少化石燃料的利用和對填埋場的壓力。

伴隨著科技時代的快速發展，石油資源日益枯竭、塑料廢棄處理問題、白色污染問題等問題愈發嚴峻，生物降解材料的研究已成為世界各國研究者的重要熱點。目前，可生物降解聚合物主要分為三類：(1)天然生物聚合物，如纖維素、淀粉、多糖；(2)合成聚合物，如聚乳酸(PLA)和聚己內酯(PCL)；以及(3)共混聚合物，如PLA/淀粉。

聚乳酸(PLA)是一種新型的生物基材料，因其許多性能可以與石化合成塑料媲美而備廣大受科研人員的青睞。聚乳酸(PLA)是以乳酸為主要原料通過化學方法聚合得到的聚合物，乳酸又由各種淀粉、糖和其他生物質材料通過生物發酵產生。聚乳酸具有高透明性和彈性模量，還具有良好的生物降解性、生物相容性，可以像傳統塑料一樣進行熱塑性加工；廣泛應用于農業、工業、醫療器械等多方面領域。聚乳酸在目前已開發的生物降解高分子中，在應用價值方面具有很高的潛力的環境友好生物降解材料。

纖維素納米纖維與其他尺寸的纖維素相比，比表面積大，長徑比高，具有高的反應活性，機械性能好，可以作為聚合物的增強劑，與聚合物混合可以提高基體強度。纖維素納米纖維表面含有大量羥基，親水性強，分子間的氫鍵作用大，因此在極性溶劑中極易發生團聚。而且大部分的聚合物基體都是疏水性物質，與纖維素納米纖維相容性差，因此為了使纖維素納米纖維在基體中分散良好，有必要將它進行表面改性。表面改性方法有酯化、接枝、偶聯、表面吸附等。接枝改性即在纖維素納米纖維表面接枝聚合物，接枝方法可分為自由基聚合、可控原子轉移自由基聚合、單電子轉移活性自由基聚合及開環聚合等。

聚乳酸(PLA)韌性比較低(斷裂伸長率為2％-6％)制品比較脆硬，限制其應用領域。由于納米纖維具有良好的增強作用，現在納米纖維素已被廣泛用于增強聚乳酸，研究出了聚乳酸/納米纖維素復合材料；但是納米纖維素具有強極性，不容易分散在聚乳酸基體材料中，會嚴重影響聚乳酸/納米纖維素復合材料的增強效果，而且增韌性效果較差。因此，各項性能優良的聚乳酸基復合材料新產品的開發應用能夠減少石油基材料的用量，減少白色污染，緩解地球能源危機；對世界的發展具有重大的現實意義。目前，也有不少關于聚乳酸/納米纖維素復合材料復合材料新產品的研究。

文獻《偶聯改性棉花納米纖維素/聚乳酸復合材料的非等溫結晶性能和疏水性能研究》(塑料科技，2020)中公開了采用偶聯劑3－氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)對棉花納米纖維素(CNF)進行表面改性，得到偶聯改性棉花納米纖維素(cCNF)，將偶聯改性棉花納米纖維素(cCNF)與聚乳酸的氯仿溶液直接共混,通過溶液澆鑄得到偶聯改性棉花納米纖維素/聚乳酸復合材料(cCNF/PLA)。該技術方案通過采用KH550對納米纖維素(CNF)進行表面改性，提高了納米纖維素在PLA中的分散性，但是復合材料韌性仍然較低。