[发明专利]一种利用二氧化碳制备聚乳酸的成核剂及其应用

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种利用二氧化碳制备聚乳酸的成核剂以及该成核剂的应用，属于高分子材料技术领域。

背景技术

人们正不断讨论地球大气层出现的温室效应，温室效应导致的异常气候(全球变暖)和海面上升正威胁着人类的生存。目前，主导大气温室效应的因子普遍认为是二氧化碳气，所以二氧化碳便成为人们重点关注的对象。经过长期国际会议的讨论，人们决定限制各国二氧化碳废气的排放量——当前大气中的二氧化碳气以每年0.3％的速率在增加，由此带来的全球天气变暖的影响就可想而知了。

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成为目前的热门研究课题。其中，聚乳酸(也称聚丙交酯、polylactide、PLA，属于脂肪族聚酯)就是一种最为典型的、应用较广泛的生物降解塑料。聚乳酸可以使用乳酸为主要原料来进行聚合制备，其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，自然环境中的聚乳酸在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。

聚乳酸虽然具有上述的很多优点，但是其应用仍然受到很多制约，其中最主要的制约因素就是聚乳酸的耐热性很差，室温下，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。耐热性差、物性差是绝大多数可降解生物高分子材料共有的缺点。现有技术中，为改善生物高分子材料的耐热性，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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用二氧化碳制备聚乳酸的成核剂及利用这种成核剂制备耐热聚乳酸的方法。

本发明的技术方案：一种利用二氧化碳制备聚乳酸的成核剂，所述成核剂为混合乳液，混合乳液为树脂乳液、含有扩链剂的水杨酸二钠反应体系和成核助剂，成核剂制备过程如下：

a、水杨酸二钠反应体系的制备：

(1)用NaOH固体配制质量浓度为10％～35％、pH为11～13的NaOH溶液；

(2)在搅拌状态下向步骤(1)所述NaOH溶液中加入苯酚晶体，苯酚晶体与NaOH固体摩尔比为1∶0.3～1.5，搅拌使其充分溶解。

(3)将步骤(2)所得溶液置于9～11MPa、120～135℃的条件下，通入苯酚晶体与NaOH固体总摩尔量1～4倍的二氧化碳，得到水杨酸二钠的盐溶液。

(4)调节水杨酸二钠的盐溶液pH值为11～13，调节温度使得水杨酸二钠结晶充分析出，然后将所得晶体过滤、干燥，得到水杨酸二钠。

(5)取重量分数75％的PEG400(聚乙二醇)加热至80～100℃，将重量分数25％的扩链剂在不停搅拌的条件下缓慢加入加热后的PEG400中；扩链剂加入完毕后继续搅拌直至整个体系呈现全透明状。

(6)将步骤(4)制备的水杨酸二钠加入到步骤(5)所得全透明状体系中，制得水杨酸二钠反应体系；水杨酸二钠：全透明状体系比为0.2～1∶1。

所述扩链剂的应用后结构对比为：

b、用于制备聚乳酸的成核剂的配置：取a制得的水杨酸二钠反应体系与树脂乳液混合，水杨酸二钠反应体系中水杨酸二钠的质量：树脂乳液为1∶1～4；加入上述两者混合液总重量5％～20％的成核助剂，充分混匀，制得用于制备聚乳酸的成核剂。

所述树脂乳液为环氧树脂乳液和聚氨酯树脂乳液中的任意一种或几种的混合物。