[发明专利]一种天然植物纤维/立构聚乳酸复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子复合材料的制备领域，特别涉及一种天然植物纤维/立构聚乳酸复合材料的制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)又称聚丙交酯，属于线性脂肪族热塑性聚酯，是一种以玉米等淀粉类植物为原料，经过发酵、聚合而制备的生物高分子，在环境中可完全降解为二氧化碳和水，不会对环境造成污染。此外，PLA还具有原料资源丰富、无毒性、良好的生物相容性、加工性以及力学性能等特点，可以广泛地应用在包装、农业、医用材料以及服装等领域，因而PLA被认为是最有前途的可生物降解的高分子材料。但PLA材料尚存在脆性高、热变形温度低、抗冲击性能差等缺点，因而限制了其作为工程塑料的应用。

为了提高PLA的耐热性能，目前主要采用提高PLA结晶度、与耐热型聚合物的共混技术、辐射交联技术、纳米复合技术等来提高PLA的耐热性，而制备立构聚乳酸(stereocomplex polylactide,sc-PLA)是近年来发展耐热型PLA的热点方向。美国专利US5317064公开了一种立构聚乳酸的制备方法，该法通过将PLA的两种光学异构体聚左旋乳酸(PLLA)和聚右旋乳酸(PDLA)共混制得了sc-PLA，其耐热性能良好，熔点可以达到210～230℃，比纯PLA材料要高出～50℃。PLLA和PDLA在形成立构复合结构时，sc-PLA晶体的每个晶胞中左旋和右旋的分子链平行排列且形成互补的结构，使得链堆积紧密，这种紧密的堆积使得分子间的范德华力更加强烈，从而提高了sc-PLA的熔点。因此，sc-PLA制品的耐热性能得到大幅度提高，从而扩展其应用范围，这对于sc-PLA的成型加工而言是大有裨益的。近几年来，国内对于sc-PLA也进行了许多研究和开发，并形成了不少专利。如CN102212185A、CN102532837A、CN102282195A等均涉及sc-PLA的制备。但这些专利的主旨是制备高熔点的sc-PLA，对其力学性能则并未进行探讨。

sc-PLA可以在PLLA/PDLA的溶液或熔体中形成，其中最常见的是溶液浇铸法和熔体共混方法。溶液浇铸法在制备sc-PLA的过程中要使用大量有机溶剂，如氯仿、二氯甲烷或者乙腈。这种方法不仅对生产设备要求高，而且潜在的污染危害较大。相对而言，熔融共混法环境污染少，更加具有发展潜力。但采用等比例PLLA/PDLA熔融共混制备sc-PLA中常含有少量hc晶体(PLA均聚物晶体，熔点～180℃)，且在加工过程当中PLA会发生降解与酯交换反应，从而使其力学性能呈现降低的趋势。因此，在保持sc-PLA材料较高耐热性能的同时，为了维持材料的环保特性，还有必要通过天然植物纤维增强来进一步提高sc-PLA的力学性能。

与合成或人造纤维相比，天然植物纤维具有得天独厚的优势，如低密度、低成本、良好的比强度、可生物降解性等。近年来，以天然植物纤维如木纤维、竹纤维、亚麻纤维、黄麻纤维、大麻纤维及洋麻纤维等为增强纤维制备环境友好的纤维素纤维/PLA绿色复合材料已备受青睐，并在国内外产生了不少专利。中国专利CN101235192公开了一种聚乳酸和植物纤维复合材料的制备方法，欧洲专利EP1939253公开了一种天然纤维增强的聚乳酸复合材料，美国专利US20060147695A1公开了一种洋麻纤维增强的聚乳酸复合材料。由于天然植物纤维的主要成分是结晶度和聚合度均较高的纤维素，因此利用这些天然植物纤维对PLA进行增强就可以得到力学性能良好的环境友好型PLA复合材料，但上述发明均不能有效改善PLA耐热性差的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种天然植物纤维/立构聚乳酸复合材料的制备方法，本发明方法制备工艺简单，加工过程中不会产生任何有毒害的污染物；制备得到的复合材料不仅耐热性好，且力学性能优良，具有优异的综合性能。

本发明的一种天然植物纤维/立构聚乳酸复合材料的制备方法，包括：

(1)将聚左旋乳酸PLLA、聚右旋乳酸PDLA及天然植物纤维进行真空干燥，以去除水分；

(2)按重量百分比，将上述25-49.5％的聚左旋乳酸PLLA、25-49.5％的聚右旋乳酸PDLA、1-50％的天然植物纤维进行熔融共混，造粒，成型，得到天然植物纤维/立构聚乳酸复合材料。

所述步骤(1)中天然植物纤维为亚麻纤维、苎麻纤维、剑麻纤维、黄麻纤维、大麻纤维、棉纤维、竹纤维中的一种或几种。

所述步骤(1)中聚左旋乳酸PLLA、聚右旋乳酸PDLA切片的光学纯度OP均大于95％，若OP值较低，则会影响sc-PLA的结晶速率及熔融焓。