[發(fā)明專(zhuān)利]微纖化纖維素與聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110514408.0
• 申請(qǐng)日: 2021-05-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113214619B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張楠
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海同化新材料科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C08L67/04
• 分類(lèi)號(hào): C08L67/04;C08L1/02;C08J5/18
• 代理公司: 上海碩力知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31251
• 代理人: 郭桂峰

本發(fā)明公開(kāi)了一種微纖化纖維素與聚乳酸復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：S1、先將微纖化纖維素MFC分散于水中得到MFC溶液，然后MFC溶液與烷基烯酮二聚體AKD混合，并超聲分散；隨后升溫熟化，得到改性后的MFC；S2、將改性后的MFC超聲分散后離心分離，加入無(wú)水乙醇后混合均勻，再次離心處理；重復(fù)此過(guò)程直到MFC中的水被完全置換出；S3、將去除水后的MFC加入到二氯甲烷中，用磁力攪拌器攪拌，使MFC均勻分散，然后將MFC與溶有聚乳酸PLA的二氯甲烷共混攪拌，超聲處理使MFC分散均勻后，將混合物揮發(fā)溶劑成MFC/PLA膜，即為微纖化纖維素與聚乳酸復(fù)合材料。利用上述方法制備的MFC/PLA復(fù)合材料力學(xué)性能及熱學(xué)性能優(yōu)異，可以提高PLA和MFC的應(yīng)用范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微纖化纖維素與聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

塑料工業(yè)的發(fā)展過(guò)程中會(huì)遇到許多問(wèn)題，目前所面臨的主要有兩個(gè)方面：一是合成高分子的資源問(wèn)題。由于大部分塑料材料是以石油資源為基礎(chǔ)的原料制備而成的合成高分子，而現(xiàn)代社會(huì)對(duì)石油的過(guò)度依賴(lài)及消耗導(dǎo)致石油資源的日趨緊缺。由于石油是不可再生的自然資源，急劇消耗的程度促使科學(xué)家尋找新的可替代資源。二是廢棄的塑料材料會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的“白色污染”，導(dǎo)致環(huán)境的不斷惡化。當(dāng)代社會(huì)倡導(dǎo)低碳、環(huán)保的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，提出發(fā)展具有生物降解性能的可替代石油資源的原料。新型天然高分子原料因具有生物降解性而成為當(dāng)今材料領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

在規(guī)定的環(huán)境條件下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間及步驟后，一些材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生顯著變化從而導(dǎo)致某種性能的損失以及外觀變化。這種材料被稱(chēng)為可降解材料。天然高分子原料具有這種現(xiàn)象而被稱(chēng)為可降解聚合物。在實(shí)際應(yīng)用中，可降解聚合物中一般會(huì)添加一些助劑，因此一般稱(chēng)為可降解塑料。發(fā)展可降解材料有利于從根本上解決石油資源的過(guò)度開(kāi)采，以及合成塑料的環(huán)境污染等問(wèn)題。而微纖化纖維素(MFC)和聚乳酸(PLA)，均具有來(lái)源廣泛、生物相容性良好、可降解的特點(diǎn)。

在目前用于包裝材料的可生物降解聚合物中，聚乳酸(Polylactic acid,PLA)是極具有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N聚酯類(lèi)塑料。它可以通過(guò)可再生資源如谷物或植物秸稈來(lái)制備，其降解產(chǎn)物為無(wú)污染的水和二氧化碳。由于不依賴(lài)石油資源，可以減輕環(huán)境資源的負(fù)荷，有效維持自然界中的“碳循環(huán)平衡”體系，聚乳酸有望被廣泛應(yīng)用于包裝領(lǐng)域，但有許多問(wèn)題需要解決。首先PLA樹(shù)脂的生產(chǎn)成本較高；其次純PLA材料的結(jié)晶度較小，韌性較差；PLA膜材料的阻光性和抗紫外線能力也需要提高，目前不能滿(mǎn)足一些光敏感食品(如牛奶、食用油、膨化食品等)及見(jiàn)光易分解產(chǎn)品的包裝要求，這極大限制了PLA在食品包裝、電子產(chǎn)品及醫(yī)藥等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

MFC纖維表面富含極性羥基，親水性極強(qiáng)，其在非極性介質(zhì)中的分散性較，而合成高分子大多數(shù)為疏水性材料，包括PLA。由于含PLA的高分子材料含有大量都非極性基團(tuán)，與MFC具有不同的表面極性，二者復(fù)合時(shí)界面相容性和黏結(jié)力都較差，導(dǎo)致MFC在合成高分子材料中的分散性較差，MFC容易團(tuán)聚，達(dá)不到理想的增韌增強(qiáng)性能。雖然PLA主鏈含有C＝O官能團(tuán)，其中的極性氧原子能夠與MFC中的羥基形成一定數(shù)量的氫鍵，但作用力還不足以使MFC和PLA基體間形成較強(qiáng)的界面黏結(jié)力。

基于上述，將微纖化纖維素(MFC)和聚乳酸(PLA)兩者復(fù)合成一種新型材料，既可以推廣纖維素材料的應(yīng)用，又可以加快PLA包裝產(chǎn)品的發(fā)展，對(duì)發(fā)展高性能生物降解材料，保持社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員亟須提供一種力學(xué)性能優(yōu)異、同時(shí)熱學(xué)性能優(yōu)異的MFC/PLA復(fù)合材料，同時(shí)提供其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，需要解決如何將MFC干燥并良好分散在PLA基體中、提升PLA和MFC應(yīng)用范圍的技術(shù)問(wèn)題，基于此，本發(fā)明提供一種力學(xué)性能及熱學(xué)性能優(yōu)異的MFC/PLA復(fù)合材料及其制備方法，提高PLA和MFC的應(yīng)用范圍，使其能夠用于包裝材料等領(lǐng)域。

本發(fā)明的目的之一是提供一種微纖化纖維素與聚乳酸復(fù)合材料的制備方法，所采用的技術(shù)方案如下：