一种具有阻隔性的高强韧聚乳酸复合膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有阻隔性的高强度聚乳酸复合膜的制备方法，其过程为将聚乳酸、聚乳酸接枝马来酸酐、聚己内酯、马来酸酐-异丁基接枝POSS溶解于二氯甲烷溶液得到透明溶液，后将溶液移于槽中作为底液，在溶液中引入静电纺丝尼龙纳米纤维，后流延于聚四氟乙烯模具中，静置后干燥蒸发溶液得到复合膜。该复合膜具有优异的强度、韧性，并对氧气具有良好的阻隔性，可应用于环保包装膜领域。

【技术实现步骤摘要】
一种具有阻隔性的高强韧聚乳酸复合膜的制备方法
本专利技术涉及一种聚乳酸复合膜，尤其涉及一种优异强、韧性及高阻隔性的聚乳酸复合膜及其制备方法。
技术介绍
塑料材料虽然拥有较优异的性能和广泛的适用性，但其来源于石油产品且无法降解，在资源危机和环境污染越发严重的今天，寻找性能优良且可再生的替代材料则成为目前材料领域研究的重中之重。在目前的可降解材料中，淀粉因其便宜的价格和广泛的来源已被深入研究并通过改性与复合制备了多种生活与工业用品，如淀粉基膜、淀粉餐具等。但淀粉有其天然的缺陷，它的力学性能差，性能不稳定，只能运用于对力学性能要求低的领域。而聚乳酸的出现改变了这一现状。聚乳酸(PLA)是脂肪族聚酯，以乳酸(2-羟基丙酸)为基本结构单元。PLA可通过发酵玉米等天然原料制得，也可采用乳酸缩聚制得。PLA及其终端产品可在堆肥条件下自然分解成为CO2和水，降低了固体废弃物排放量，是一种绿色环保的生物来源材料。聚乳酸虽然具有良好的生物可降解性，可加工性，优良的力学性能，但是其性脆易碎，缺乏弹性和柔韧性，很大程度上限制了聚乳酸的应用，而且，在膜的主要应用即为包装应用上，其阻隔性较差，无法应用于需要较好阻隔性的包装领域。针对聚乳酸膜的强度改性，目前已有了一定的研究，不同的物质通过共混或化学改性的方式加入聚乳酸中。如如孙志丹等(孙志丹,徐阳,陈晓浪,张志斌；高分子材料科学与工程.2013.2,29(2):54-57.)以聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸嵌段共聚物为增韧改性剂与聚乳酸共混，得到了在80℃下断裂延伸率增加15％的聚乳酸复合材料，韧性得到一定程度上的改善，但其制备过程较为复杂，相对耗用能量和费用值增加；张伟等(WeiZhang,LongChen,YuZhang，Polymer.2009,50:1311-1315.)通过聚酰胺弹性体与聚乳酸的共混，使聚乳酸柔韧性大幅提升，却引起了复合材料力学性能的严重下降。陈支泽等专利技术了一种透明高韧性聚乳酸膜的其制备方法(201310393192.2)，其将聚乳酸与甲基MQ硅树脂共溶涂膜而成，有效的提高了膜的韧性。而涉及聚乳酸阻隔性提高的方法包括在其中引入层状纳米粒子如纳米蒙脱土实现插层或共混其他阻隔物质，但其阻隔性提高仍有限，且极大的依赖于加工条件。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服聚乳酸膜材料脆性大，阻隔性差的缺陷，提供一种具有优异韧性和强度的聚乳酸膜复合材料的制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种具有阻隔性的高强度聚乳酸复合膜的制备方法，该复合膜以聚乳酸、聚乳酸接枝马来酸酐、聚己内酯、马来酸酐-异丁基接枝POSS和静电纺丝尼龙纳米纤维为原料，以溶剂法制得；其制备过程为：(1)：将聚乳酸、聚乳酸接枝马来酸酐、聚己内酯、马来酸酐-异丁基接枝POSS于60度下真空干燥24h后，投入二氯甲烷中，70度下高速搅拌1-2h后，溶液得到透明溶液，其中，聚乳酸在溶液中的质量浓度为15-25wt％，聚己内酯的质量浓度为5-15wt％，聚乳酸接枝马来酸酐的质量浓度为3-6wt％，马来酸酐-异丁基接枝POSS的质量浓度为1-3wt％；(2)：将(1)制备的溶液移于槽中作为静电纺丝底液，通过静电纺丝在溶液中引入尼龙纳米纤维，静置4小时，其中，引入溶液的尼龙纳米纤维质量为聚乳酸的20-40％；(3)：将(2)得到的溶液移至聚四氟乙烯模具中，静置后干燥蒸发溶液得到复合膜。进一步，所述聚乳酸为L-乳酸，D-乳酸、或L、D-乳酸组合物，该聚乳酸的分子量介于10万-30万，最优的，选择分子量介于15万-25万。进一步，所述聚乳酸接枝马来酸酐的接枝度介于1.2％-2％之间，分子量介于12万-24万之间。进一步，本专利技术所涉及马来酸酐-异丁基接枝POSS是一种多面体低聚硅倍半氧烷(POSS)衍生物，POSS是具有八面体笼状结构的硅氧结构，POSS在笼状结构的角落上存在8个可进行改性的基团R。本专利技术中R基团为异丁基，其分子结构式如下：进一步，所述尼龙纳米纤维静电纺丝所用的溶剂为二氯甲烷/甲酸混合溶液，两者体积比介于2：1-1：2之间，尼龙在其中的质量分数为20-35wt％。进一步，所述静电纺丝的条件为：溶液流率介于0.7-1ml/h，电压介于20-30kV之间，纺丝距离设定为15-20cm，湿度介于25％-35％之间。进一步，所述尼龙纳米纤维的直径介于20-200nm之间。进一步，本专利技术的优异效果在于，聚乳酸接枝马来酸酐的加入有效的使得马来酸酐-异丁基接枝POSS可良好的分散于聚乳酸基体中，并与聚乳酸基体紧密连接，从而提高材料的阻隔性，静电纺丝尼龙的加入一方面大幅提高了材料的力学性能，另一方面尼龙的加入也有利于膜阻隔性的提高。具体实施方式以下将详细描述本专利技术的示例性实施方法。但这些实施方法仅为示范性目的，而本专利技术不限于此。实施例1一种具有阻隔性的高强度聚乳酸复合膜，以聚乳酸、聚乳酸接枝马来酸酐、聚己内酯、马来酸酐-异丁基接枝POSS和静电纺丝尼龙纳米纤维为原料，以溶剂法制得；其制备过程为：聚乳酸、聚乳酸接枝马来酸酐、聚己内酯、马来酸酐-异丁基接枝POSS于60度下真空干燥24h后，溶解于二氯甲烷溶液得到透明溶液，其中，聚乳酸在溶液中的浓度为22wt％，聚己内酯的浓度为12wt％，聚乳酸接枝马来酸酐的浓度为4.5wt％，马来酸酐-异丁基接枝POSS的浓度为1.3wt％；将溶液移于槽中作为底液，在溶液中静电纺丝引入尼龙纳米纤维，后置于聚四氟乙烯模具中，静置后干燥蒸发溶液得到复合膜。其中，引入溶液的尼龙纳米纤维质量为聚乳酸的25％。所述聚乳酸为L-乳酸，该聚乳酸的分子量介于15万-20万。所述聚乳酸接枝马来酸酐的接枝度为1.4％，分子量介于14万-20万之间。进一步，所述尼龙纳米纤维静电纺丝所用的溶剂为二氯甲烷/甲酸混合溶液，两者体积比为2∶1.5，尼龙在其中的质量分数为30wt％。所述静电纺丝的条件为：溶液流率介于0.8ml/h，电压为25kV，纺丝距离设定为18cm，湿度为30％。所述尼龙纳米纤维的直径介于50-100nm之间。具体性能如表1所示。实施例2一种具有阻隔性的高强度聚乳酸复合膜，以聚乳酸、聚乳酸接枝马来酸酐、聚己内酯、马来酸酐-异丁基接枝POSS和静电纺丝尼龙纳米纤维为原料，以溶剂法制得；将聚乳酸、聚乳酸接枝马来酸酐、聚己内酯、马来酸酐-异丁基接枝POSS于60度下真空干燥24h后，溶解于二氯甲烷溶液得到透明溶液，其中，聚乳酸在溶液中的浓度为20wt％，聚己内酯的浓度为10wt％，聚乳酸接枝马来酸酐的浓度为4wt％，马来酸酐-异丁基接枝POSS的浓度为2wt％；将溶液移于槽中作为底液，在溶液中引入静电纺丝尼龙纳米纤维，后置于聚四氟乙烯模具中，静置后干燥蒸发溶液得到复合膜，其中，引入溶液的尼龙纳米纤维质量为聚乳酸的30％。所述聚乳酸为D-乳酸，该聚乳酸的分子量介于15万-20万。所述聚乳酸接枝马来酸酐的接枝度为1.8％，分子量介于16万-20万之间。进一步，所述尼龙纳米纤维静电纺丝的溶剂为二氯甲烷/甲酸混合溶液，两者体积比为1∶1，尼龙在其中的质量分数为25wt％。所述静电纺丝的条件为：溶液流率介于0.9ml/h，电压为25kV，纺丝距离设定为16cm，湿度为30％。所述尼龙纳米纤维的直径介于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有阻隔性的高强度聚乳酸复合膜的制备方法，该复合膜以聚乳酸、聚乳酸接枝马来酸酐、聚己内酯、马来酸酐‑异丁基接枝POSS和静电纺丝尼龙纳米纤维为原料，以溶剂法制得；其制备过程为：（1）：将聚乳酸、聚乳酸接枝马来酸酐、聚己内酯、马来酸酐‑异丁基接枝POSS于60度下真空干燥24h后，投入二氯甲烷中，70度下高速搅拌1‑2h后，溶液得到透明溶液，其中，聚乳酸在溶液中的质量浓度为15‑25wt%，聚己内酯的质量浓度为5‑15wt%，聚乳酸接枝马来酸酐的质量浓度为3‑6wt%，马来酸酐‑异丁基接枝POSS的质量浓度为1‑3wt%；（2）：将(1)中制备的溶液移于槽中作为静电纺丝底液，通过静电纺丝在溶液中引入尼龙纳米纤维，静置4小时，其中，引入溶液的尼龙纳米纤维质量为聚乳酸的20‑40%；（3）：将（2）得到的溶液移至聚四氟乙烯模具中，静置后干燥蒸发溶液得到复合膜。

【技术特征摘要】
1.一种具有阻隔性的高强度聚乳酸复合膜的制备方法，该复合膜以聚乳酸、聚乳酸接枝马来酸酐、聚己内酯、马来酸酐-异丁基接枝POSS和静电纺丝尼龙纳米纤维为原料，以溶剂法制得；其制备过程为：(1)：将聚乳酸、聚乳酸接枝马来酸酐、聚己内酯、马来酸酐-异丁基接枝POSS于60摄氏度下真空干燥24h后，投入二氯甲烷中，70摄氏度下高速搅拌1-2h后，得到透明溶液，其中，聚乳酸在溶液中的质量浓度为15-25wt％，聚己内酯的质量浓度为5-15wt％，聚乳酸接枝马来酸酐的质量浓度为3-6wt％，马来酸酐-异丁基接枝POSS的质量浓度为1-3wt％；(2)：将(1)中制备的溶液移于槽中作为静电纺丝底液，通过静电纺丝在溶液中引入尼龙纳米纤维，静置4小时，其中，引入溶液的尼龙纳米纤维质量为聚乳酸的20-40％；(3)：将(2)得到的溶液移至聚四氟乙烯模具...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈一，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43