[发明专利]一种熔融后能够快速立构复合的全生物基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，特别是一种熔融后能够快速立构复合的全生物基复合材料的制备方法。

背景技术

聚乳酸作为一种生物基与生物可降解高分子材料受到广泛关注。但是聚乳酸韧性和耐热性能差、结晶速率慢以及结晶度低等缺陷制约了聚乳酸的应用和发展。聚乳酸立构复合技术为聚乳酸物理机械性能的提高开辟了一个新方向。

聚乳酸(PLA)包括左旋聚乳酸(PLLA)、右旋聚乳酸(PDLA)和消旋聚乳酸(PDLLA)。左旋聚乳酸和右旋聚乳酸在共混过程中可形成立构复合物(SC-PLA)，SC-PLA比PLLA和PDLA的熔点高出约50℃，因此可显著提高其耐热温度。但左旋聚乳酸/右旋聚乳酸共混物在由熔融状态冷却的过程中难以形成SC-PLA或者形成的SC-PLA含量低，而且聚乳酸立构复合的温度较低、速度较慢。这制约了立构复合聚乳酸的应用领域。

申请号为号201080032592.5的中国专利公开了一种利用在低于聚乳酸立构复合物熔点熔融共混的原理制备了聚乳酸立构复合物粉末，所得到的立构复合物粉末具有较高的结晶焓和熔融焓，该发明技术采用高温混沌混合(Chaotic mixing)和熔融混炼两个过程，对设备要求高，而且必须同时添加成核剂(如滑石、磷酸酯金属盐)和增塑剂(如甘油系列)等。申请号为201280041576.1的中国专利公开了一种利用聚乳酸嵌段共聚物、磷酸酯金属盐以及链连接剂通过熔融共混的方法得到了一种熔融峰温度为205℃～215℃、降温结晶焓大于20J/g的聚乳酸立构复合物。其典型的制备方法为：聚乳酸与催化剂失活剂减压熔融混炼得到聚乳酸混合物(A)，然后将混合物(A)与有机成核剂和链连接剂减压熔融混炼得到立构聚乳酸立构复合物，该制备过程还包含多次等温结晶和脱挥过程，条件和设备要求苛刻。

以上专利技术引入了非生物基和不可生物降解组分(如金属盐)，不利于在食品包装等领域的应用，而且立构复合物熔融后冷却过程形成立构复合物的速率仍然较小。另一方面，现有专利技术制备聚乳酸立构复合物的工艺复杂，所需设备要通过特殊设计才能实现。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种熔融后能够快速立构复合的全生物基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

先将左旋聚乳酸与右旋聚乳酸在室温下按照重量份配比溶解于有机溶剂A中得到混合物A，将一定质量天然高分子在室温下分散或溶解于有机溶剂B中得到混合物B，然后将混合物A与混合物B混合并充分搅拌得到混合物C，将混合物C在30℃～80℃下脱除溶剂得到一种能够快速立构复合的全生物基复合材料薄膜。

所述的一种能够快速立构复合的全生物基复合材料由于通过溶液法制备，本身具有较高的立构复合物含量，其突出特点之一是该复合材料的熔融峰温度高于220℃，在230℃～260℃下熔融后仍可在110℃～195℃下快速形成高含量的聚乳酸立构复合物。

所述左旋聚乳酸与右旋聚乳酸的光学纯度大于96％，其重量份配比为30:70～70:30。

所述左旋聚乳酸与右旋聚乳酸中至少有一种聚乳酸的数均分子量大于8万。

所述天然高分子为具有微米或纳米尺度的淀粉和纤维素中的至少一种。

其中所述纳米淀粉的制备方法为：先将普通淀粉溶解于二甲基亚砜溶液中，加热并搅拌30分钟，搅拌速率为300～400rpm，待淀粉溶液澄清之后，缓慢加入到过量乙醇溶液中，得到的纳米淀粉悬浮液，去除残余的溶剂得到粒径为100～500纳米的纳米淀粉。

其中所述纳米纤维素通过硫酸(质量分数64％)将普通纤维素在45℃下水解30分钟制得。得到的纳米悬浮液，用去离子水洗至接近中性，过多的硫酸用少量NaOH溶液中和，最后去除溶剂得到直径为10～100纳米、长径比为3～20的纳米纤维素。纳米纤维素还可以通过纤维素酶解法获得。

所述能够快速立构复合的全生物基复合材料中天然高分子其重量百分含量为0.05％～10％。

所述有机溶剂A为三氯甲烷和二氯甲烷中的至少一种。

所述有机溶剂B为三氯甲烷、二氯甲烷和二甲基亚砜中的至少一种。

所述冷却的方法为以10～100℃/min的降温速率快速冷却至室温或以50℃/min～150℃/min的降温速率快速降温至110℃～195℃的某一温度然后恒温至立构复合聚乳酸结晶完全。

可见，本发明具有以下优点：