[发明专利]一种纳米纤维素改性聚乳酸复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米纤维素改性聚乳酸复合材料及其制备方法，采用环糊精‑聚乙二醇包合物作为相容剂，包合物上的环糊精与纳米纤维素表面的羟基形成氢键相互作用，聚乙二醇与聚乳酸具有良好的相容性，促进纳米纤维素在基体中良好分散，提高了纳米纤维素与和聚乳酸的界面作用力。有效传递外加负载，实现复合材料的拉伸强度，断裂伸长率和冲击强度同时提高。本发明制备工艺简单，生产和使用过程绿色环保。

技术领域

本发明涉及生物可降解材料领域，具体涉及一种纳米纤维素改性聚乳酸复合材料及其制备方法。

背景技术

因面临石油资源日益枯竭和石油基材料频繁使用带来的环境污染问题，人类迫切寻找一种来源丰富且可生物降解的绿色环保材料。聚乳酸源于植物资源，来源丰富，且属于可降解的聚酯材料。众所周知，它有诸多优点，同时它也有质脆、结晶能力弱、力学性质不够好等缺点，限制了聚乳酸的大规模使用。纳米纤维素同样来源于植物资源，还具有质量轻、模量高、强度高和生物相容性好等优点。将纳米纤维素均匀分散于聚乳酸基质中可以有效弥补聚乳酸的性能缺陷。但是，纳米纤维素表面带有大量亲水性官能团，属强极性分子，而聚乳酸是疏水的非极性聚合物，二者的极性差异导致两相界面相容性差，分子间粘结力较弱，纳米纤维素优异的增强作用无法得以充分发挥。

界面相容性直接决定复合材料性能的优劣，为解决纳米纤维素和聚乳酸相容差的问题，国内外学者纷纷开展了广泛的研究工作并进行了许多尝试。中国专利201210485864.8公开了一种聚乳酸/纳米纤维素复合材料的制备方法，该复合材料通过引入相容剂聚乙二醇，改善了纳米纤维素和聚乳酸之间的相容性，提高了纳米纤维素的分散。通过该制备方法得到的纳米纤维素增强聚乳酸复合材料，与纯的聚乳酸相比，断裂伸长率和冲击强度都有所提高。上述方法能在一定程度上提高纳米纤维素和聚乳酸的界面相容性，但是未考虑到纳米纤维素与相容剂之间的相互作用强度，可能是导致材料缺口冲击强度等性能未能大幅提高的原因之一。

发明内容

本发明为了避免上述现有技术所存在的不足，旨在提供一种纳米纤维素改性聚乳酸复合材料及其制备方法。本发明使用的环糊精-聚乙二醇包合物起到了同时提高分散和界面作用力的双重作用，使得所制备的复合材料同时具备优异的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度。

本发明纳米纤维素改性聚乳酸复合材料，按质量百分比计包括如下组分：

聚乳酸60～95％

纳米纤维素0.1～15％

聚乙二醇0.1～30％

环糊精0.1～10％

其中，聚乳酸的重均分子量为5×10⁴～3×10⁵g/mol。

纳米纤维素的直径为5～30nm，长度为50～500nm。

聚乙二醇的分子量为400～10000g/mol。

环糊精为α-、β-、γ-环糊精中的一种或多种的混合物，优选为α-环糊精。

本发明纳米纤维素改性聚乳酸复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：分别配制质量浓度为10～20％的环糊精水溶液和聚乙二醇水溶液，并超声分散30～90分钟，保持搅拌的条件下，将聚乙二醇水溶液滴加至环糊精水溶液中，滴完后再超声分散30～90分钟，得到环糊精-聚乙二醇包合物；

步骤2：配制质量浓度为0.5～1％的纳米纤维素水溶液，超声分散30～90分钟，与步骤1获得的环糊精-聚乙二醇包合物混合搅拌30～90分钟，然后用液氮冷冻，再用真空冷冻干燥器在-50℃干燥48～72小时；