[发明专利]纳米无机氧化物/硅酸/纤维素多层结构复合增强的生物降解材料及其制备方法

说明书

纳米无机氧化物/硅酸/纤维素多层结构复合增强的生物降解材料及其制备方法，涉及一种复合增强的生物降解材料及其制备方法。是要解决现有聚乳酸抗冲击性和热稳定性差的问题。该生物降解材料是由增韧材料和包覆粒子共同改性聚乳酸得到的。方法：一、纤维素/硅酸/纳米氧化物包覆粒子的制备；二、纤维素/硅酸/纳米氧化物包覆粒子的表面修饰；三、纳米无机氧化物/硅酸/纤维素多层结构复合增强的生物降解材料的制备。该材料具有优异的力学性能以热稳定性。冲击强度为1～1.06J·m^‑1，初始分解温度为380～388℃。本发明用于生物降解材料领域。

技术领域

本发明涉及一种复合增强的生物降解材料及其制备方法。

背景技术

随着低碳环保、绿色生态被日益重视，石油基材料逐渐被生物基材料取代，聚乳酸作为生物可降解材料，具有密度小、易加工成型等优良性能，在各个领域都有较为广泛的应用。但由于聚乳酸分子链呈刚性，缠结程度不大，晶型不完善，存在缺陷，受外力时，应力集中于缺陷处，宏观表现出脆性、韧性差,抗冲击性、热稳定性差。这些不足限制了聚乳酸在更加苛刻环境的使用。

发明内容

本发明是要解决现有聚乳酸抗冲击性和热稳定性差的问题，提供一种纳米无机氧化物/硅酸/纤维素多层结构复合增强的生物降解材料及其制备方法。

本发明纳米无机氧化物/硅酸/纤维素多层结构复合增强的生物降解材料是由增韧材料和包覆粒子共同改性聚乳酸得到的。所述增韧材料为聚丁二酸丁二醇酯、聚羟基丁酸酯、聚碳酸酯、聚碳酸亚丙酯或聚己内酯。所述包覆粒子是以纤维素为内核，中间层为硅酸，外层为纳米氧化物包覆的粒子。

上述纳米无机氧化物/硅酸/纤维素多层结构复合增强的生物降解材料的制备方法，包括以下步骤：

一、纤维素/硅酸/纳米氧化物包覆粒子的制备：

将纤维素分散于硅酸钠水溶液中得到纤维素分散液，将纳米氧化物分散于有机酸中得到氧化物有机酸分散液，将纤维素分散液滴于醇中分为上层清液A与下层液B，收集下层液B，在室温下向氧化物有机酸分散液中边搅拌边滴入下层液B，待颗粒固化后得到以纤维素为内核，中间层为硅酸，外层为纳米氧化物包覆的包覆粒子；其中纤维素和硅酸钠水溶液的质量比为(1～10)：(3～50)，纤维素和纳米氧化物的质量比为(1～5)：(1～10)，硅酸钠水溶液和有机酸的质量比为(1～5)：(1～40)；

二、纤维素/硅酸/纳米氧化物包覆粒子的表面修饰：

将步骤一得到的包覆粒子分散于溶剂中，加入偶联剂，在30～100℃条件下加热搅拌，反应1～6h，得表面处理的包覆粒子悬浊液，然后喷雾干燥，得到表面修饰的纤维素/硅酸/纳米氧化物包覆粒子粉体；其中包覆粒子与偶联剂的质量比为(1～95)：(1～10)；

三、纳米无机氧化物/硅酸/纤维素多层结构复合增强的生物降解材料的制备：

将聚乳酸、步骤二得到的表面修饰的纤维素/硅酸/纳米氧化物包覆粒子粉体熔融共混，原料添加顺序依次为聚乳酸、生物降解材料、步骤二得到的表面修饰的纤维素/硅酸/纳米氧化物包覆粒子粉体，制备纳米无机氧化物/硅酸/纤维素多层结构复合增强的生物降解材料；其中聚乳酸、增韧材料和表面修饰的纤维素/硅酸/纳米氧化物包覆粒子粉体的质量比为(40～89)：(10～40)：(1～20)。

进一步的，步骤一中纤维素为纳米纤维素或微晶纤维素。

进一步的，步骤一中纳米氧化物为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化镁或纳米氧化锆。

进一步的，步骤一中硅酸钠水溶液的模数为1-3.5，波美度为5°～58°。

进一步的，步骤一中搅拌速度为1000～4000r/min，搅拌时间为5～10min。

进一步的，步骤一中所述醇为乙醇、甲醇、丁醇、戊醇或氢化麦芽糖。