[发明专利]一种全生物降解增韧高强聚乳酸基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高韧性、改性工艺简单的全生物降解聚乳酸基复合材料及其制备方法，尤其涉及一种低成本、无毒、交联聚乳酸树脂及其制备方法。

背景技术

随着经济发展，塑料制品需求和消费的显著增长，使塑料工业产生迅猛发展，而塑料废弃物公害也成为全球关注焦点问题，开发可生物降解材料是一种有效的解决途径。聚乳酸（PLA）来源于玉米、小麦等可再生资源，具有优异生物降解性和生物相容性，拉伸强度达60MPa以上，强度和刚性优异。积极开发推广应用聚乳酸制品，对我国合成树脂工业的发展、扩大，生物降解材料的应用领域和市场消费及汽车、包装、食品、环保事业的发展都将具有极为重要的意义。

聚乳酸制品生产及开发一直是世界各国研究的热点。但由于PLA具有脆性大、抗冲击性差、结晶速率慢等缺点，其熔体黏度大，又造成加工成型困难等问题，亟需解决。

来源于天然植物的油脂类增塑剂近年来备受关注。Chang Kwanho等研究发现大豆油（SOY）增塑PLA时，即使加入量很低，体系也发生了相分离，共混过程中SOY析出损失很多，只有选择合适的嵌段共聚物作为改性剂，才能提高PLA/SOY共混体系的相容性（ACS Appl Mater Inter, 2009, 1:2390-2399）；该研究组为了增加大豆油的添加量，改善共混体系相容性，又合成了双键大豆油（CSOY），再将其引发聚合，制备交联大豆油作为PLLA的增韧剂，异丙基-乳酸嵌段共聚物作为增容剂，虽然PLA韧性有很大改善，但增韧剂合成步骤繁琐、条件控制严格（Macromolecules, 2010, 43:1807-1814）。Ali Fathilah 等人报道了环氧大豆油（ESO）增塑PLA的热学、力学及流变学性能研究，结果表明ESO对PLA的增塑效果显著，同时提高了PLA的冷结晶能力，共混物断裂伸长率也增加到38%，但拉伸强度下降很多（Polym Bull, 2009, 62: 91-98）。

为了改善聚乳酸力学性能，同时降低制品成本，改性研究除了选择合适的增塑剂，还可在共混体系中引入接枝交联结构，使复合材料韧性提高的同时保持较高的强度。关于聚乳酸的交联方法已有诸多报道，主要是辐射法、硅烷等化学交联法和热引发交联等。中国专利CN101142260A公开了一种通过电离辐射制备聚乳酸交联材料的方法，但交联效果受制品厚度和辐射源影响较大，且生产效率低难于工业化推广。CN101362853A和CN103467950A公布的改性聚乳酸均采用双噁唑啉、酰氯、异氰酸酯等交联剂，毒性较大，限制了聚乳酸制品在医疗、食品等领域应用。CN101319032A和CN104877085A公开的交联聚乳酸是采用硅氧烷接枝反应，虽然无毒环保，但需要成型后进行水解交联反应，工艺繁琐且存在制品尺寸变形的问题。本发明利用植物油或其衍生物中含有的反应性官能团——环氧基团和双键基团，在引发剂的作用下，与聚乳酸或其自身之间进行接枝交联反应，同时过量的环氧化植物油或其衍生物可起到增塑效果，由于其分子量较大及其特殊的结构，与传统小分子增塑剂相比迁移性极大降低，从而改善聚乳酸脆性及熔体黏度大等问题。本发明开发出一种全生物降解的增韧高强聚乳酸基复合材料，所有组分均无毒、可生物降解，且工艺简单、价格低廉、易于工业化生产。

发明内容

本发明的目的是采用工艺路线简单、无毒、可生物降解组分，制备成本低廉的全生物降解聚乳酸基复合材料，可用于一次性餐具、食品和医疗包装材料、生物医用材料等领域。

为实现上述目的，本发明提供了一种全生物降解增韧高强聚乳酸基复合材料，所述复合材料由86~94.9wt%聚乳酸、5~13wt %环氧化植物油或其衍生物 以及0.09~1wt %过氧化物引发剂三组分，经过干燥、混合后，于密炼机中通过原位接枝交联反应制得。

其中，所述聚乳酸的重均分子量为13~17万，分子量分布指数为1.3~1.6。所述环氧化植物油或其衍生物的环氧值为3.5~7。

所述复合材料最好由88.5~93wt%聚乳酸，6~10.5wt%环氧化植物油或其衍生物以及0.09~1wt %过氧化物引发剂组成。

所述环氧化植物油为环氧大豆油、环氧亚麻油、环氧玉米油、环氧葵花籽油、环氧棕榈油、环氧椰子油、环氧松子油中的一种或几种。

所述环氧化植物油的衍生物为环氧脂肪酸甲酯、环氧油酸甲酯、环氧棕榈油甲酯中的一种或几种。