【技术实现步骤摘要】
本申请涉及高分子材料，更具体地说，它涉及一种高抗穿刺强度聚乳酸膜及其制备方法。
技术介绍
1、生物可降解塑料可以在自然条件下被分解，从而减少对环境的污染，降低塑料垃圾对生态系统造成的影响。生物可降解塑料可以用生物质、植物淀粉等天然资源生产，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。
2、聚乳酸的生物相容性好、环境安全、没有毒性、具有良好的机械性能和光透明度，且加工性能好，可用于地膜、食品包装袋、药品等多种包装材料。但聚乳酸韧性较差，缺少弹性及柔性，质地硬且脆性大，在作为食品包装袋，用于包装袋尖带刺的内容物(如龙虾、带壳贝类、骨头、带竹签肉串等)时，因材质韧性不够而出现穿破、刺破的问题。
技术实现思路
1、为了提高聚乳酸膜的韧性和柔性，降低脆性，改善其抗穿刺能力，本申请提供一种高抗穿刺强度聚乳酸膜及其制备方法。
2、第一方面，本申请提供一种高抗穿刺强度聚乳酸膜，采用如下的技术方案：
3、一种高抗穿刺强度聚乳酸膜，包括以下重量份的原料：60-70份聚乳酸基料、30-40份聚碳酸亚丙酯、1.5-2.5份疏水改性氧化石墨烯、1-2份细菌纤维素、0.1-0
4、通过采用上述技术方案，为改善聚乳酸的韧性，添加一定量的聚碳酸酯亚丙酯，聚碳酸亚丙酯是一种由二氧化碳和环氧丙烷在催化剂的作用下聚合而成的脂肪族聚碳酸酯，具有优异的氧气阻隔性、可生物降解性及良好的柔韧性，而且聚碳酸亚丙酯与聚乳酸之间的相容性良好，因此能有效改善聚乳酸膜的拉伸强度和弹性模量，增强韧性，降低脆性，另外还添加一定量的细菌纤维素，细菌纤维素是由大量的d-葡萄糖单体经β-1,40糖苷键连接成相互平行的直链多糖，再经过自组装形成的具有高聚合度和显著拉伸性能的三维网状结构，具有高安全性、低成本、高柔韧性、透明性和生物可降解性等优异的物理化学性质，细菌纤维素上羟基能与聚乳酸基料上羰基发生氢键作用，从而使细菌纤维与聚乳酸基料之间的作用力增强，提高聚乳酸膜的抗拉强度，且细菌纤维素具有高孔隙率、高结晶度和高比表面积，在聚乳酸膜内，当氧气透过时，多孔结构使得氧气的透过路径延长，从而提高了聚乳酸膜对氧气的阻隔性；疏水改性氧化石墨烯由氧化石墨烯经疏水改性制得，使得其表面极性减弱，非极性增强，与聚乳酸基料、聚碳酸亚丙酯的界面相容性得到改善，从而增加聚乳酸膜的弹性模量增加，韧性增强，保持较高的拉伸强度和弹性模量、断裂伸长率，而且表面极性基团减少的氧化石墨烯还能增加聚乳酸的结晶，减小了聚乳酸的晶体尺寸，使得聚乳酸的结晶度显著提高，薄膜内部分子链排列的紧密程度增加，使得小分子不易透过，另外氧化石墨烯具有层状结构，在聚乳酸基料和聚碳酸亚丙酯的混合物中分散均匀的氧化石墨烯，使得水蒸气和氧气通过更加曲折的路径，起到阻隔水分子和氧气的作用，进一步增强了聚乳酸膜的阻隔效果。
5、优选的，所述疏水改性氧化石墨烯包括质量比为1:0.3-0.5的氧化石墨烯和叔丁基二甲基氯硅烷。
6、通过采用上述技术方案，使用叔丁基二甲基氯硅烷对氧化石墨烯进行疏水改性，叔丁基二甲基氯硅烷中的甲基硅烷能与氧化石墨烯上含有的羟基进行接枝，从而降低氧化石墨烯表面极性基团的含量，提升氧化石墨烯与聚乳酸基料、聚碳酸亚丙酯的相容性，而且疏水改性氧化石墨烯在共混物中充当了晶核，对聚乳酸基料的结晶起到异相成核的作用，使结晶度提高，分子链之间的运动能力增强，分子链有序排列，结晶能力增强，晶体尺寸减少，提升聚乳酸膜的拉伸强度和弹性模量，提高聚乳酸分子链的紧密程度，进而改善聚乳酸膜对水蒸气和氧气的阻隔性。
7、优选的，所述疏水改性氧化石墨烯的制法如下：
8、将氧化石墨烯分散到去离子水中，加入咪唑催化剂和叔丁基二甲基氯硅烷，室温搅拌10-12h，真空干燥，分散至二氯甲烷中，超声20-30min，制成分散液；
9、将聚乳酸树脂加入到二氯甲烷中，搅拌溶解，制得聚乳酸乳液，聚乳酸和氧化石墨烯的质量比为1:0.05-0.1；
10、将分散液和聚乳酸乳液混合，喷雾干燥，制得混合纳米颗粒；
11、将混合纳米颗粒与聚乳酸树脂按照0.1-0.2:1的质量比混合、熔融、挤出，制得疏水改性氧化石墨烯。
12、通过采用上述技术方案，经过甲基硅烷接枝的氧化石墨烯表面极性基团减少，而且在二氯甲烷中不溶解，以悬浮液形式存在，将其与聚乳酸乳液混合后，经过喷雾干燥方法，能甲基硅烷接枝的氧化石墨烯在聚乳酸树脂中达到良好的分散性，将甲基硅烷接枝的氧化石墨烯在分散液和聚乳酸乳液中冻结，从而保持了原有混合液相同的分散性，而且喷雾干燥可以得到更小更细的固态混合纳米颗粒，在与聚乳酸树脂热熔共混时，甲基硅烷接枝的氧化石墨烯更易均匀分散在聚乳酸树脂中，从而与聚乳酸树脂之间有更多的界面面积，可以提高荷载的传递效率，混合纳米颗粒能与聚乳酸树脂通过熔融共混挤出的方式，完全分散开，以防混合纳米颗粒团聚而影响聚乳酸膜的透明度和柔韧性，混合纳米颗粒与聚乳酸树脂基体界面脱离而形成大量的微空隙，有助于应力的吸收，从而使材料的拉伸断裂面变得粗糙，明显改善了材料的拉伸性能。
13、优选的，所述聚乳酸基料和聚乳酸树脂的熔融指数为5-8g/10min，密度为1.4-2g/cm3。
14、通过采用上述技术方案，制备疏水改性氧化石墨烯时，使用与聚乳酸基料熔融指数和密度均相近的聚乳酸树脂，能进一步改善疏水改性氧化石墨烯与聚乳酸基料的分散均匀性，提升聚乳酸膜的拉伸强度、弹性模量等力学性能。
15、优选的，所述细菌纤维素经过以下预处理：
16、将聚乙烯醇加入到n，n-二甲基甲酰胺中，搅拌溶解，制得浓度为3-5wt％的pva溶液，加入乳酸-柠檬酸共聚物，搅拌溶解，制得浸渍液，聚乙烯醇与乳酸-柠檬酸共聚物的质量比为1:0.1-0.3；
17、将细菌纤维素加入到浸渍液中，在-(0.01～0.03)mpa下浸润48-50h，静置晾干，细菌纤维素与聚乙烯醇的质量比为0.2-0.7:1。
18、通过采用上述技术方案，细菌纤维素中含有大量的亲水羟基，在潮湿环境下的透湿性较大，对水蒸气的阻隔能力有待提升，因此将聚乙烯醇用含有聚乙烯醇和乳酸-柠檬酸共聚物的浸渍液进行负压浸润，细菌纤维素具有较大的孔隙率，聚乙烯醇在负压下浸润，能填充到细菌纤维素的孔隙，细菌纤维素上的羟基与聚乙烯醇上的羟基形成大量的氢键，使得细菌纤维素和聚乙烯醇之间的作用力增强，也降低了细菌纤维素上亲水羟基的含量，而且聚乙烯醇具有优异的气体阻隔性，因此能增强细菌纤维素水蒸气阻本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高抗穿刺强度聚乳酸膜，其特征在于，包括以下重量份的原料：60-70份聚乳酸基料、30-40份聚碳酸亚丙酯、1.5-2.5份疏水改性氧化石墨烯、1-2份细菌纤维素、0.1-0.5份增韧剂、0.02-0.1份相容剂、0.25-2.5份润滑剂、0.25-1.5份抗氧剂。
2.根据权利要求1所述的高抗穿刺强度聚乳酸膜，其特征在于：所述疏水改性氧化石墨烯包括质量比为1:0.3-0.5的氧化石墨烯和叔丁基二甲基氯硅烷。
3.根据权利要求1所述的高抗穿刺强度聚乳酸膜，其特征在于：所述疏水改性氧化石墨烯的制法如下：
4.根据权利要求3所述的高抗穿刺强度聚乳酸膜，其特征在于：所述聚乳酸基料和聚乳酸树脂的熔融指数为5-8g/10min，密度为1.4-2g/cm3。
5.根据权利要求1所述的高抗穿刺强度聚乳酸膜，其特征在于：所述细菌纤维素经过以下预处理：
6.根据权利要求5所述的高抗穿刺强度聚乳酸膜，其特征在于：所述细菌纤维素加入到浸渍液前，先进行以下处理：
7.根据权利要求6所述的高抗穿刺强度聚乳酸膜，其特征在于：所述纳
8.根据权利要求1所述的高抗穿刺强度聚乳酸膜，其特征在于：所述增韧剂包括质量比为0.3-0.5:0.1-0.3:1的苯基硅树脂、PBS和羟基化PCL。
9.根据权利要求8所述的高抗穿刺强度聚乳酸膜，其特征在于：所述相容剂包括质量比为1:0.5-1的环氧大豆油和赖氨酸二异氰酸酯。
10.权利要求1-9任一所述高抗穿刺强度聚乳酸膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种高抗穿刺强度聚乳酸膜，其特征在于，包括以下重量份的原料：60-70份聚乳酸基料、30-40份聚碳酸亚丙酯、1.5-2.5份疏水改性氧化石墨烯、1-2份细菌纤维素、0.1-0.5份增韧剂、0.02-0.1份相容剂、0.25-2.5份润滑剂、0.25-1.5份抗氧剂。
2.根据权利要求1所述的高抗穿刺强度聚乳酸膜，其特征在于：所述疏水改性氧化石墨烯包括质量比为1:0.3-0.5的氧化石墨烯和叔丁基二甲基氯硅烷。
3.根据权利要求1所述的高抗穿刺强度聚乳酸膜，其特征在于：所述疏水改性氧化石墨烯的制法如下：
4.根据权利要求3所述的高抗穿刺强度聚乳酸膜，其特征在于：所述聚乳酸基料和聚乳酸树脂的熔融指数为5-8g/10min，密度为1.4-2g/cm3。
5.根据权利要求1所述的高抗穿刺强度聚乳酸膜，其特征在于：所述细菌纤维素经过以下预处理...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙春鹏，邱焕玲，郝艳平，周锐，李双利，
申请(专利权)人：青岛周氏塑料包装有限公司，
类型：发明
国别省市：
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