[发明专利]应用于制备高耐热聚乳酸的成核剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种成核剂，特别是涉及一种应用于制备聚乳酸的成核剂。

背景技术

近年来随着环保意识的提高，可降解的生物高分子材料受到广泛的关注，这类材料的开发以及制备也是目前热门的研究课题。其中，聚乳酸(也称聚丙交酯、polylactide、PLA，属于脂肪族聚酯)作为一种最为典型的、应用较广泛的生物降解塑料，可以使用乳酸为主要原料来进行聚合制备，原料来源充分而且可以再生(例如以玉米、木薯等为原材料)，聚乳酸的生产过程无污染，在自然环境中一定条件及时间下又能被分解成二氧化碳和水返回自然界(重新加入到植物的光合作用过程中)，实现在自然界中的循环，具有良好的可降解性和可堆肥性。

目前制约聚乳酸应用的最主要的性能因素是其耐热性很差，其实这也是绝大多数可降解生物高分子材料共有的缺点。室温下的聚乳酸一般呈玻璃态，与其他生物降解高分子材料相比其刚性较好，但是其耐热性很差(例如，0.45MPa载荷下的热变形温度仅为55℃)，使得聚乳酸的应用受到了很大的限制。

为改善生物高分子聚合材料的耐热性，通常的做法是在制备过程中加入成核剂，提高材料的热变形温度以及成型加工性能(脱模、缩短成型周期等)。在聚乳酸的制备与改性的相关研究中，有人曾提出以Ca₂CO₃、TiO₂和BaSO₄无机盐作为成核剂添加到聚乳酸中，但是至今无法实现工业化生产；也有人采用滑石粉作为成核剂，这是目前唯一能够应用到聚乳酸的工业生产中的成核剂，但是滑石粉的粒径、含量、形状规整程度等对聚乳酸的结晶成核效果影响非常大，导致聚乳酸的工业生产较难控制。例如，滑石粉的粒径太小，分散性不好导致产生二次凝聚，不能充分发挥结晶成核的效果，耐热性差的问题不能得到充分解决；粒径太大，滑石颗粒又会成为成型制品中的缺陷，对聚乳酸材料的物性或表面状态会造成不良的影响；含量太低时，只生成少量结晶核，造成材料耐热性不充分，含量过高，容易引起聚乳酸材料发脆，对物性造成不良影响。另外，在工业生产应用过程中，滑石粉的粉尘会对操作人员的身体健康带来危害。

目前需要能够开发一种能够取代滑石粉的、应用于制备高耐热聚乳酸的新成核剂。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明一方面提供了一种应用于聚乳酸制备的成核剂，其中，该成核剂为一种混合乳液，其包含树脂乳液和溶解在该树脂乳液中的水杨酸二钠，所述的树脂乳液为环氧树脂乳液、聚氨酯树脂乳液中的任意一种或几种的混合乳液。

采用上述技术方案的应用于聚乳酸制备的成核剂，其主要成分为树脂乳液和水杨酸二钠，这种乳液性质的成核剂不同于固体颗粒性质的滑石粉成核剂，其均质性、分散性都更好，因此聚乳酸的结晶成核过程效果好，工业生产过程易控制，制得的聚乳酸的产品耐热性分布和物性等更好、更易控制；另外，发明人经过大量实验研究发现，采用本发明技术方案的成核剂在应用于聚乳酸的制备(从头制备或改性制备)时，成核效率较高，制得的聚乳酸的耐热性能高，且耐热性能不比与采用滑石粉为成核剂获得现有产品差，但是只需要加入较少量的本发明的成核剂就能够获得较高的耐热性能，保证了所制得的聚乳酸产品的物理性能；另外，本发明的成核剂较为环保，不会对操作人员的身体带来伤害。

其中，水杨酸二钠的制备反应方程式如下：

具体地，水杨酸二钠可以采用以下步骤来制备：

1)首先制备浓度为10％～35％的氢氧化钠溶液，并将其pH值调节至11～13；

2)边搅拌上述制得氢氧化钠溶液，边加入苯酚晶体(苯酚与氢氧化钠反应的摩尔比控制在1∶0.3～1∶1.5)，制得苯酚钠溶液；

3)在高压(一般在100个大气压左右)高温(一般在120℃～135℃左右)下通入过量的二氧化碳，得到水杨酸二钠的盐溶液；

也可以对制得盐溶液进行进一步处理，析晶、过滤、干燥得到水杨酸二钠盐固体。其中，可以采用调节pH、温度等本领域技术人员所熟知的盐溶液析晶处理方法。

成核剂的制备方法，主要是将水杨酸二钠固体完全溶解在树脂乳液中形成混合乳液，可以将水杨酸二钠的固体加入到树脂乳液中，室温下搅拌10分钟～180分钟直至充分溶解形成混合乳液。