基于纤维素纳米晶及水热炭微球的聚乳酸复合薄膜的制备方法技术

本发明专利技术属于聚合物加工技术领域，具体公开了一种基于纤维素纳米晶及水热炭微球的聚乳酸复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：将玉米芯粉、氯化铁和去离子水混匀后密封于水热反应釜中进行反应，而后进行洗涤和干燥，得水热炭微球；将聚乳酸、纤维素纳米晶、水热炭微球和有机溶剂混合，密封后磁力搅拌，再超声分散，将所得的共混体系倒入模具中进行浇注，而后干燥，得到聚乳酸复合薄膜。本发明专利技术以纤维素纳米晶和水热炭微球同时引入聚乳酸基复合薄膜，同时发挥纤维素纳米晶的增韧作用和水热炭微球的增强作用，改善了二元复合体系的局限性，提高了聚乳酸复合薄膜的综合性能。聚乳酸复合薄膜的综合性能。聚乳酸复合薄膜的综合性能。

【技术实现步骤摘要】
基于纤维素纳米晶及水热炭微球的聚乳酸复合薄膜的制备方法


[0001]本专利技术属于聚合物加工
，涉及一种基于纤维素纳米晶及水热炭微球的聚乳酸复合薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，我国农产品和食品包装以及快递物流一次性塑料制品使用量急剧上升，每年废弃量极其巨大。这些包装类制品主要由传统石油基塑料制备，使用废弃后不易回收、不能自然降解，对土壤及生态环境造成了严重的危害。因此，亟需研制符合包装要求、废弃后能生物降解的环境友好材料，替代不可降解的石油基塑料。
[0003]聚乳酸(PLA)是一种可完全生物降解的新型绿色塑料，它以多糖类物质(如玉米或薯类淀粉、甘蔗、秸秆纤维等)经发酵制得的乳酸为基本原料、经缩聚反应或其二聚体丙交酯的开环聚合反应而制得高分子材料。经特殊处理的聚乳酸在使用过程中能保持其性能而不降解，使用后可置于堆肥条件下快速降解成二氧化碳和水，不污染环境。然而，纯聚乳酸薄膜也存在不足之处，其柔性差、质脆且硬，且制备成本高、加工难度大，制约了其在农产品和食品包装等领域作为塑料薄膜的应用。
[0004]纤维素纳米晶(CNC)作为一种新型功能高分子纳米材料，近年来被广泛应用于复合材料增强领域。纤维素纳米晶一般是由纤维素水解制备得到，氢离子游走渗透到无定形区内部，使苷键断裂、无定形区水解，去除非晶态区，保留纤维素结构紧密的晶体区，得到直径10
‑
20nm、长度几百纳米的针状形貌。CNC也是一种天然的可再生资源，来源广泛、机械强度好且刚度高，由于其特殊的网状缠结结构，对聚乳酸基体起到了很好的增韧效果。但纤维素纳米晶的加入，使复合材料的强度和模量有所下降。另外，由于纤维素纳米晶表面羟基具有亲水性，在非极性基质聚乳酸中的分散性差，粒子易团聚，使其增强效果不能充分发挥。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于纤维素纳米晶及水热炭微球的聚乳酸复合薄膜的制备方法，使复合材料具有良好的拉伸强度和韧性，属于环境友好可降解材料，同时降低原料成本。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于纤维素纳米晶及水热炭微球的聚乳酸复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)水热炭微球的制备：
[0008]将作为生物质原料的玉米芯粉碎后干燥，得玉米芯粉；
[0009]将玉米芯粉、氯化铁和去离子水按照10:1～5:90～110(优选10:1～5:100)的质量比混合后配置成溶液，室温下超声分散(30
±
10min)混匀，密封于水热反应釜(带有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜)中，于200
±
20℃反应24
±
2h；
[0010]冷却后(待反应结束后取出水热反应釜室温下放置冷却)，抽滤出固体沉淀物，用
无水乙醇和去离子水交替洗涤去除杂质，于105
±
10℃烘干至恒重后，得水热炭微球；
[0011]说明：上述反应可在马弗炉中进行；最终制备所得的水热炭微球直径为2～10μm；
[0012](2)纤维素纳米晶/水热炭微球/聚乳酸复合薄膜的制备：
[0013]将聚乳酸、纤维素纳米晶和水热炭微球按照100:0.5～2.5:1～3的质量比混合配置成共混物，共混物中加入有机溶剂，密封后磁力搅拌，再超声分散(约30
±
10min)，使共混物在溶剂中均匀分散，得共混体系；
[0014]将共混体系倒入模具中进行浇注，而后干燥，得到聚乳酸复合薄膜。
[0015]作为本专利技术的基于纤维素纳米晶及水热炭微球的聚乳酸复合薄膜的制备方法的改进：所述的步骤(1)中玉米芯粉碎后的平均粒径大小控制在40
‑
100目；在烘箱中105
±
10℃干燥24
±
2h，得玉米芯粉。
[0016]作为本专利技术的基于纤维素纳米晶及水热炭微球的聚乳酸复合薄膜的制备方法的进一步改进：所述步骤(2)中有机溶剂与聚乳酸的体积质量比为8～12ml/g(优选10ml/g)，有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基甲酰胺中任何一种。
[0017]作为本专利技术的基于纤维素纳米晶及水热炭微球的聚乳酸复合薄膜的制备方法的进一步改进：所述步骤(2)中纤维素纳米晶为长100～300nm、直径5～15nm的梭状颗粒(长径比为1:10～1:20)。
[0018]作为本专利技术的基于纤维素纳米晶及水热炭微球的聚乳酸复合薄膜的制备方法的进一步改进：所述步骤(2)中磁力搅拌转速为300～600rpm，搅拌时间为1～3h。
[0019]作为本专利技术的基于纤维素纳米晶及水热炭微球的聚乳酸复合薄膜的制备方法的进一步改进：所述步骤(2)的模具是深度为3～7mm(例如为5mm)、横截面为正方形的模具(材料为聚四氟乙烯或玻璃等)，例如为130
×
130mm；所述干燥为：将浇注了共混体系的模具放入真空干燥箱，室温条件下真空干燥48
±
2h，再在通风橱内自然风干72
±
3h，得到聚乳酸复合薄膜(薄膜厚度一般在0.1
‑
0.3mm之间)。
[0020]作为本专利技术的基于纤维素纳米晶及水热炭微球的聚乳酸复合薄膜的制备方法的进一步改进：所述步骤(1)中：玉米芯粉、氯化铁和去离子水按照10:3:100的质量比混合；所述步骤(2)中：聚乳酸、纤维素纳米晶和水热炭微球按照100:0.5:1的质量比混合。
[0021]本专利技术具有以下有益效果：
[0022](1)本专利技术以纤维素纳米晶和水热炭微球同时引入聚乳酸基复合薄膜，同时发挥纤维素纳米晶的增韧作用和水热炭微球的增强作用，改善了二元复合体系的局限性，提高了聚乳酸复合薄膜的综合性能。
[0023](2)本专利技术仅需要把聚乳酸、纤维素纳米晶和水热炭微球三种原料物理共混，无需进行复杂的化学改性，使复合薄膜制备工艺简单。纤维素纳米晶和水热炭微球都可从秸秆等可再生生物质制备，原料来源广泛。
[0024](3)本专利技术所制备的聚乳酸/纤维素纳米晶/水热炭微球复合薄膜，属于环境友好生物可降解材料，适合在农产品和食品包装等领域使用。
[0025]说明：纤维素纳米晶和水热炭来源于生物质材料，属于环境友好增强增韧材料，聚乳酸本身是生物可降解材料，三者复合制备的薄膜，属于环境友好可降解材料。
[0026]综上，为改善聚乳酸与纤维素纳米晶二元复合体系的缺陷，本专利技术在复合体系中引入水热炭微球。水热炭微球是一种各向异性的微纳米级小球，分散性好且表面光滑，与热
解炭相比，不会因有带锐角的不规则炭粒而导致薄膜表面破损。水热炭微球可改善纤维素纳米晶在聚乳酸中分散性差的问题，同时形成炭微球网络结构，使纤维素纳米晶和水热炭微球协同发挥增韧和增强作用，从而进一步提高聚乳酸基复合薄膜的综合性能。
附图说明
[0027]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。
[0028]图1为实施例1<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于纤维素纳米晶及水热炭微球的聚乳酸复合薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)水热炭微球的制备：将作为生物质原料的玉米芯粉碎后干燥，得玉米芯粉；将玉米芯粉、氯化铁和去离子水按照10:1～5:90～110的质量比混合后配置成溶液，室温下超声分散混匀，密封于水热反应釜中，于200
±
20℃反应24
±
2h；冷却后，抽滤出固体沉淀物，用无水乙醇和去离子水交替洗涤去除杂质，于105
±
10℃烘干至恒重后，得水热炭微球；(2)纤维素纳米晶/水热炭微球/聚乳酸复合薄膜的制备：将聚乳酸、纤维素纳米晶和水热炭微球按照100:0.5～2.5:1～3的质量比混合配置成共混物，共混物中加入有机溶剂，密封后磁力搅拌，再超声分散，使共混物在溶剂中均匀分散，得共混体系；将共混体系倒入模具中进行浇注，而后干燥，得到聚乳酸复合薄膜。2.根据权利要求1所述的基于纤维素纳米晶及水热炭微球的聚乳酸复合薄膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中玉米芯粉碎后的粒径大小控制在40
‑
100目；在烘箱中105
±
10℃干燥24
±
2h，得玉米芯粉。3.根据权利要求1或2所述的基于纤维素...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛奎川，郭子豪，李凯，杨旭枫，钱湘群，张玺铭，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：