[发明专利]一种高阻隔性增韧聚乳酸薄膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种高阻隔性增韧聚乳酸薄膜及其制备方法，涉及高分子材料领域。该制备方法包括：通过高温水热法得到层状双羟基金属氧化物(LDHs)。将LDHs分散于水中，加入单宁酸水溶液，吸附后，再加入铁盐溶液得到反应液，快速得到改性LDHs(LDHs@TA‑Fe(Ⅲ))。将改性LDHs分散在二甲基甲酰胺中，加入聚乳酸，升温搅拌溶解，然后转移至成膜设备中，干燥成膜。单宁酸(TA)和铁离子在LDHs表面发生吸附沉积和螯合作用，形成TA‑Fe³⁺包覆LDHs的核壳结构。制得的聚乳酸薄膜表现出显著的阻隔性和增韧作用，LDHs@TA‑Fe(Ⅲ)与PLA表现出更好的相容性和界面作用，提高了PLA的使用性能。

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，且特别涉及一种高阻隔性增韧聚乳酸薄膜及其制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)材料作为一种完全可生物降解的脂肪族聚酯，具有优异的生物相容性和刚度。这种线型热塑性生物可降解脂肪族聚酯以玉米、小麦、木薯等植物中提取的淀粉为最初的原料，经过酶分解得到葡萄糖，再经过乳酸菌发酵后变成乳酸，然后经过化学合成得到高纯度聚乳酸。PLA材料具有良好的力学强度、热塑性、成纤性以及透明性等，适用于多种加工方法，被认为是最理想的石油基塑料的替代材料。由乳酸制备的聚乳酸可在自然环境中经微生物降解为二氧化碳和水，对环境无污染，在医用、农用及通用塑料等领域应用广泛。同时聚乳酸也存在一些较为明显的缺点：(1)聚乳酸由于主链酯基的极性和侧甲基的位阻，导致链段刚性较大，抗冲击性能差；(2)聚乳酸存在着结晶速率慢，结晶缺陷多等问题，进一步恶化了其力学性能等；(3)聚乳酸的气体阻隔性较差，阻碍了其在包装等领域的应用。

通常将聚乳酸和其它柔性高分子材料进行共聚、共混和复合等改性方法来改善PLA的性能，从而能够更好地满足生产应用。但PLA材料与大部分高分子材料的相容性较差，物理共混条件下对PLA材料的性能改变有限。

发明人研究发现，纳米层状粘土层状双羟基金属氧化物(LDHs)具有尺寸小、表面积大、易产生表面效应、易于可控和设计合成等特点。纳米层状粘土LDHs可以在提高材料韧性的同时，显著延长气体渗透路径，提高薄膜的阻隔性等。但是纳米层状粘土易于团聚，且其与高分子基体的相容性较差，需要对纳米层状粘土进行表面改性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高阻隔性增韧聚乳酸薄膜的制备方法，此制备方法操作简单，容易实现，适用于工业化大规模生产。

本发明的另一目的在于提供一种高阻隔性增韧聚乳酸薄膜，该薄膜具有良好的韧性，且表现出显著的阻隔性作用，使用性能优良。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种高阻隔性增韧聚乳酸薄膜的制备方法，其包括以下步骤：

将二价金属盐、三价金属盐和沉淀剂分散于水中，在120～180℃条件下反应6～36h得到层状双羟基金属氧化物。

将层状双羟基金属氧化物分散于水中，加入单宁酸水溶液，吸附后，再加入铁盐溶液得到反应液，反应液反应0.8～1.5min得到改性层状双羟基金属氧化物。

将改性层状双羟基金属氧化物分散在二甲基甲酰胺中，加入聚乳酸，升温至60-90℃搅拌溶解1.5～3h得到混合液。

将混合液转移至成膜设备中，50-90℃条件下干燥成膜。

本发明提出一种高阻隔性增韧聚乳酸薄膜，其根据上述制备方法制备得到。

本发明的高阻隔性增韧聚乳酸薄膜及其制备方法的有益效果是：

层状双羟基金属氧化物(LDHs)是一种无机层状纳米粒子，具有尺寸小、表面积大、易产生表面效应等特点，能够提高材料的韧性，改善材料的相容性。更为重要的是，纳米层状粘土LDHs显著延长气体渗透路径，降低薄膜的渗透性，提高薄膜的阻隔性等。