一种阻隔聚乳酸复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及聚乳酸复合材料，更具体地说，涉及一种阻隔聚乳酸复合材料及其制备方法。按照重量百分比，阻隔聚乳酸复合材料包括聚乳酸87～96％、纳米阻隔成核剂1～10％、扩链剂2～5％和分散剂0.1～0.5％；纳米阻隔成核剂的制备方法为将纳米层状无机物采用酸溶液进行酸改性，随后加入乳酸单体、偶联剂和引发剂进行复合改性后制备获得，纳米层状无机物包括蒙脱土、石墨烯和滑石粉中的一种或多种。本发明专利技术通过酸改性以及偶联/插层复合改性，从而得到分散好、尺寸稳定的纳米阻隔成核剂，再通过熔融共混分散在聚乳酸中，得到阻隔性能好，可全生物降解的聚乳酸复合材料。物降解的聚乳酸复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种阻隔聚乳酸复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及聚乳酸复合材料，更具体地说，涉及一种阻隔聚乳酸复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着固体垃圾的不断增加，生物降解塑料越来越引起大家的关注。科学家们为此也投入了大量的时间和精力去发展生物降解材料，以减少以石油为基础的塑料制品对环境的污染。在众多类型的可降解聚合物中，具有生物相容性的热塑性材料—聚乳酸，被认为是目前最有前途，研究范围最广的，可生物降解的聚合物材料。
[0003]聚乳酸可以克服化工塑料所存在的最大问题，其最终代谢产物是CO2和H2O，具有完全可降解性，是可持续性的石油衍生物替代品。同时农副产品经微生物发酵所产生的碳水化合物储量丰富，而这些碳水化合物可用来合成制备聚乳酸的原料
‑
丙交酯，因此，聚乳酸类材料的研究具有重要的意义。
[0004]聚乳酸具有可塑性好、可生物降解、物理力学性能好等优点，广泛应用于生物医学、涂料、涂膜、纺织等领域。但是聚乳酸存在结晶速度慢、结晶温度低、抗冲击性能较差、气体阻隔性差、热稳定性较差等缺点，限制了其在实际中的应用。
[0005]专利CN202011539817公开了“一种高透性高阻隔及其制备方法和应用”。以左旋聚乳酸为主要成分，加入复合核心成核剂来提高聚乳酸的结晶度和结晶速率。还添加引入非定型态聚酰胺PA 6I/6T提升聚乳酸的耐温和阻隔性能。此方法虽然制备了高透明度、高阻隔性的聚乳酸复合材料，但是引入了无法生物降解的聚酰胺PA6I/6T，使材料不能实现全生物降解。

技术实现思路

[0006]针对上述存在的问题，本专利技术的目的是提供一种阻隔聚乳酸复合材料，通过酸改性以及偶联/插层复合改性，从而得到分散好、尺寸稳定的纳米阻隔成核剂，纳米阻隔成核剂再通过熔融共混分散在聚乳酸中，得到阻隔性能好，可全生物降解的聚乳酸复合材料。
[0007]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的，一种阻隔聚乳酸复合材料，按照重量百分比，所述阻隔聚乳酸复合材料包括聚乳酸87～96％、纳米阻隔成核剂1～10％、扩链剂2～5％和分散剂0.1～0.5％；所述纳米阻隔成核剂的制备方法为将纳米层状无机物采用酸溶液进行酸改性，随后加入乳酸单体、偶联剂和引发剂进行复合改性后制备获得，所述纳米层状无机物包括蒙脱土、石墨烯和滑石粉中的一种或多种。
[0008]本专利技术首先将纳米层状无机物与酸溶液混合进行酸改性，使纳米层状无机物层间的阳离子转变为酸的可溶性盐类而溶出，进而削弱了纳米层状无机物的层间结合力，使层间晶格裂开，层间距扩大，经过酸改性的纳米层状无机物比表面积增大，具有更强的吸附性和化学活性。经酸改性后的纳米层状无机物再与偶联剂、乳酸单体和引发剂混合进行偶联/插层复合改性，偶联剂中的有机官能团不仅可以降低纳米层状无机物的表面能，使纳米层
状无机物的层间距进一步增大，还可以与纳米层状无机物表面发生电荷转移、偶极相互作用，使纳米层状无机物与乳酸单体产生较强的吸附作用，使乳酸单体插入纳米层状无机物的层间并分散，获得分散性能好，尺寸稳定的纳米阻隔成核剂。经酸改性以及偶联/插层复合改性的纳米阻隔成核剂不仅具有优异的力学性能，还起到了增强聚乳酸复合材料力学性能的效果，纳米阻隔成核剂可作为聚乳酸复合材料结晶的晶核，使原本均相结晶变为异相结晶，加快了结晶速度，细化了晶体结构，从而提高了聚乳酸复合材料的力学性能。此外，经二次改性的纳米阻隔成核剂也有效地增加聚乳酸复合材料的气体阻隔性能；纳米阻隔成核剂分散性好，在分散剂的作用下，可很好地分散于聚乳酸中，使聚乳酸具有良好的纵横比，气体分子在复合材料中通过时，需要通过更长的通过路径才能扩散出去。最后，经二次改性的纳米阻隔成核剂还有效地增加聚乳酸复合材料的耐热性能；纳米阻隔成核剂在聚乳酸复合材料中可作为绝热体，有效地限制了复合材料的热传导；此外，纳米阻隔成核剂还通过改变聚乳酸复合材料的结晶行为，加快结晶速率，增加结晶密度，促使晶粒尺寸微细化，进而提高了复合材料的耐热性能。
[0009]本专利技术中，按照重量百分比，所述阻隔聚乳酸复合材料包括聚乳酸87～93％、纳米阻隔成核剂4～10％、扩链剂2～5％和分散剂0.1～0.5％。
[0010]本专利技术中，所述酸溶液的pH<1，所述酸溶液为酸和水的混合物，所述酸包括但不限于浓硫酸、浓盐酸和浓磷酸中的一种或多种。
[0011]本专利技术中，所述纳米层状无机物和酸溶液的质量比为2～4:1。
[0012]本专利技术中，酸改性后的纳米层状无机物、乳酸单体和偶联剂的质量比为1:3～5:90～110。
[0013]本专利技术中，进一步地，所述纳米层状无机物的粒径大小为10000～15000目。
[0014]本专利技术中，所述阻隔聚乳酸复合材料还包括抗氧剂，按照重量百分比，所述抗氧剂为0.2～0.4％。
[0015]本专利技术中，所述偶联剂为γ
‑
(2,3
‑
环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH
‑
560)和/或γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷(KH
‑
550)。
[0016]本专利技术中，所述抗氧剂包括但不限于抗氧剂168、抗氧剂626、抗氧剂1098、抗氧剂1010和抗氧剂1076中的一种或多种。其中，所述抗氧剂168为三[2.4
‑
二叔丁基苯基]亚磷酸酯；所述抗氧剂626为双(2,4
‑
二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯；所述抗氧剂1098为N,N'
‑
双
‑
(3
‑
(3,5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酰基)己二胺；所述抗氧剂1010为四[β
‑
(3，5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；所述抗氧剂1076为β
‑
(3,5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯。
[0017]本专利技术中，所述分散剂为天然聚酯蜡，包括但不限于棕榈蜡、向日葵蜡、蜂蜡、虫蜡和甘蔗蜡中的一种或多种。
[0018]本专利技术中，所述扩链剂为双官能团酸衍生物、酸酐和环氧化物中的一种或多种，包括但不限于巴斯夫ADR 4468、巴斯夫ADR 4400和山西省化工研究所KL
‑
E4370。
[0019]本专利技术的另一个目的在于提供一种阻隔聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0020](1)酸改性：将酸分散于水中并搅拌均匀，获得酸溶液，所述酸溶液中加入纳米层状无机物，在80～90℃下搅拌，趁热过滤后洗涤，抽滤，烘干；
[0021](2)复合改性：烘干后的所述酸改性纳米层状无机物加入乙醇
‑
水溶液中，在45～55℃的水浴中超声
‑
机械处理，加入偶联剂并保温搅拌，随后滴入乳酸单体
‑
乙醇混合溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻隔聚乳酸复合材料，其特征在于，按照重量百分比，所述阻隔聚乳酸复合材料包括聚乳酸87～96％、纳米阻隔成核剂1～10％、扩链剂2～5％和分散剂0.1～0.5％；所述纳米阻隔成核剂的制备方法为将纳米层状无机物采用酸溶液进行酸改性，随后加入乳酸单体、偶联剂和引发剂进行复合改性后制备获得，所述纳米层状无机物包括蒙脱土、石墨烯和滑石粉中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的阻隔聚乳酸复合材料，其特征在于，按照重量百分比，所述阻隔聚乳酸复合材料包括聚乳酸87～93％、纳米阻隔成核剂4～10％、扩链剂2～5％和分散剂0.1～0.5％。3.根据权利要求1所述的阻隔聚乳酸复合材料，其特征在于，所述酸溶液的pH<1，所述酸溶液为酸和水的混合物，所述酸包括浓硫酸、浓盐酸和浓磷酸中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的阻隔聚乳酸复合材料，其特征在于，所述纳米层状无机物和酸溶液的质量比为2～4:1。5.根据权利要求4所述的阻隔聚乳酸复合材料，其特征在于，酸改性后的纳米层状无机物、乳酸单体和偶联剂的质量比为1:3～5:90～110。6.根据权利要求1所述的阻隔聚乳酸复合材料，其特征在于，所述纳米层状无机物的粒径大小为10000～15000目。7.根据权利要求1～6任一所述的阻隔聚乳酸复合材料，其特征在于，所述阻隔聚乳酸复合材料还包括抗氧剂，按照重量百分比，所述抗氧剂为0.2～0.4％。8.根据权利要求7所述的阻隔聚乳酸复合材料，其特征在于，所述偶联剂包括γ
‑
(2,3
‑
环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和/或γ
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氨丙基三乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：程文远，李小辉，饶德生，
申请(专利权)人：广东奇德新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：