[发明专利]包含用改性层状硅酸盐增强的聚乳酸的聚合物纳米复合物

说明书

本发明涉及包含改性层状硅酸盐的聚合物纳米复合物，其制备方法，及其用于包装，特别是食物包装的用途。

背景技术

近几年，可生物降解树脂，例如，聚乳酸(PLA)从环境保护观点来看已成为焦点。PLA是生物降解热塑性脂肪族聚酯，来源于可再生资源，例如玉米淀粉或甘蔗。PLA是刚性和高透明性可生物降解树脂。

然而，PLA在用作流体储存容器(诸如食物储存容器)材料时具有不足的气体阻隔性能。PLA在一些应用(例如包装)中，由于其刚性，具有不足的机械性能。最后，PLA在夏天月份里对热灌装或瓶子的运输还具有不足的耐热性。热灌装是一种饮料制造商用于降低细菌留存在其产品中的可能性的方法。该热灌装方法包括在产品通过高温下的热加工步骤杀菌之后立即灌装容器。

因此，PLA在其应用中有限制。为了改善PLA的气体阻隔性，耐热性和机械性能，在聚合物基体中通过分散掺入纳米尺寸硅酸盐是好的解决方案。

纳米复合物在当今有时用有机改性硅酸盐制备，该有机改性硅酸盐通常通过硅酸盐与烷基铵盐之间的阳离子交换反应而制得。

改性层状硅酸盐的制备方法是本领域已知的。因此，在适当的条件下，包含阳离子的有机化合物能够通过与包含阴性层状晶格和可交换阳离子的层状硅酸盐的离子交换进行反应从而形成改性层状硅酸盐。

专利申请EP1787918描述了用层状硅酸盐增强的生物降解聚酯树脂。该层状硅酸盐用铵，吡啶鎓，咪唑鎓或鏻离子取代。铵离子的实例包括四乙基铵，十八烷基三甲基铵，和二甲基双十八烷基铵以及其他离子。该树脂改进了气体阻隔性能，但是没有考虑关于机械性能方面的改进，例如断裂伸长。

因此，从本领域的现有技术来看，可以推断人们对具有改进的机械性能、热性能和阻隔性能的材料的发展仍然有极大的兴趣。

发明概述

发明人已发现将包括十六烷基三甲基铵阳离子的改性层状硅酸盐组合物掺入至生物降解性聚合物，特别是聚乳酸聚合物(PLA)中，会导致聚合物纳米复合物不仅表现出改进的机械性能，还表现出改进的阻隔性能和耐热性。

本发明的聚合物纳米复合物表现出的优异阻隔性能一方面对于其储存水性饮料(例如水，果汁，牛奶)的用途是有利的，因为穿过瓶壁的水蒸气的损失最小化。另一方面，对于其储存食物的用途也是有利的。食物容器必须具备良好的阻隔性能以防止氧气扩散到容器中，从而防止由于氧气存在于其中而导致的食物产品的毁坏。

此外，本发明的聚合物复合物表现出优异的机械强度和较低的刚性，其有利于包装长期储存，防止聚合物纳米复合物变形和破裂。

本领域中没有提出用十六烷基三甲基铵阳离子改性的层状硅酸盐可以赋予PLA突出的机械和阻隔性能，以及耐热性。

因此，本发明的一方面涉及包含聚乳酸聚合物和改性层状硅酸盐组合物的聚合物纳米复合物，该改性层状硅酸盐组合物包含改性剂，该改性剂为十六烷基三甲基铵阳离子，该阳离子插入层状硅酸盐的层之间。

用于本发明纳米复合物的硅酸盐属于层状硅酸盐族，优选蒙脱石族。这些化合物的特征在于它们的膨胀性能和高阳离子交换量。

不同的化合物可以添加到聚合物纳米复合物中，诸如颜料，热稳定剂，抗氧剂，防水剂，阻燃剂，封端剂，增塑剂，润滑剂，脱模剂，抗静电剂，荧光增白剂，加工助剂，扩链剂，冲击改性剂，UV稳定剂，防雾剂和/或不同的填料。加工助剂的实例包括丙烯酸系聚合物。扩链剂的实例包括丙烯酸系共聚物。冲击改性剂的实例包括乙烯，丙烯酸共聚物和聚合物。UV稳定剂的实例包括苯并三唑，苯甲酮和哌啶衍生物。抗氧剂的实例包括苯酚，磷酸盐和生育酚。抗静电剂的实例包括乙氧基脂肪酸酯。增塑剂的实例包括己二酸酯，聚乙二酸酯，柠檬酸酯，乙二醇和聚乙二醇。防雾剂的实例包括乙氧基化脂肪酸酯。

本发明的另一方面涉及上述定义的纳米复合物的制备方法，其包含下列步骤：a)干燥改性层状硅酸盐和聚乳酸聚合物，和b)通过挤出机熔融混合生物降解性聚合物和改性层状硅酸盐。

该聚合物纳米复合物的改进的机械、热和阻隔性能使其在容器，袋子或薄膜方面的用途上是特别有用的。

因此本发明的其他方面涉及上述定义的由纳米复合物制得的容器，袋子或薄膜。

附图说明

图1显示了不同样品的杨氏模量(GPa)，(白色柱)和断裂伸长(mm)，(黑色柱)。

图2显示了不同样品的杨氏模量(GPa)，(白色柱)和断裂伸长(mm)，(黑色柱)。

图3显示了不同样品的热流-温度曲线。

发明详述