[发明专利]一种无机填料改性纳米纤维素与聚乳酸复合膜及其制备

说明书

本发明涉及一种无机填料改性纳米纤维素与聚乳酸复合膜及其制备，以微晶纤维素作为原材料，用硫酸法制备纳米纤维素，并用银对其改性。将改性纳米纤维素与聚乳酸共混制备纳米纤维素与聚乳酸复合薄膜。本发明提供的方法操作简单，生产成本低，制备的薄膜具有高力学性能、高阻隔性能和良好抗菌效果，综合性能佳，可满足农业用薄膜、包装膜和食品包装材料等领域的应用要求。

技术领域

本发明属于包装材料及其制备领域，特别涉及一种无机填料改性纳米纤维素与聚乳酸复合膜及其制备。

背景技术

20世纪以来，大量开发石油产品生产包装材料引起了全球性的巨大环境问题。目前，人们普遍使用的包装膜主要是聚乙烯或聚氯乙烯塑料薄膜。大量不可降解的塑料包装给环境造成了极大的压力，整个生态都遭到了威胁。开发新型绿色包装材料成为一项重要的任务，天然高分子材料成为了首选，其中淀粉、壳聚糖、木质素等被纳入到了研究范围。新型的生物质材料的研究成为热点，开发可降解的包装材料来缓解环境压力逐渐被重视。聚乳酸(PLA)是一种可以完全降解的新兴环保材料，且水解产生乳酸成酸性，具有一定的抑菌性。但由于纯PLA价格昂贵、脆性大等缺点不能被广泛商业化生产，因此需要对其进行一定的改性增塑，提高其性能并降低生产成本。作为自然界中最丰富材料的纤维素，以其来源丰富、天然、以及众多优异的物理和化学特性，纤维素及其衍生物成为了重要的生物材料。一定尺寸的纳米纤维素(NCC)呈短棒状，可以添加在材料中，对材料进行增强。以PLA作为基体，NCC作为填料，可达到对PLA改性的目的，弥补材料的不足，制备出高力学性能和高阻隔性能的可降解包装材料。纳米银作为抗菌效果明显的抗菌剂改性纳米纤维素可以增加复合薄膜抗菌效果，扩大薄膜的使用范围。CN103483786A公开了一种填充纳米银/纤维素纳米晶复合粒子的全生物降解复合膜及其制备方法，但其酸的配制较为复杂，且复合粒子在聚合物的分散效果不优。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无机填料改性纳米纤维素与聚乳酸复合膜及其制备，克服现有无机粒子在高分子聚合物中分散不均的缺陷，本发明以微晶纤维素作为原材料，用硫酸法制备纳米纤维素，并用银对其改性，将改性纳米纤维素与聚乳酸共混制备纳米纤维素与聚乳酸复合薄膜。

本发明的一种无机填料改性纳米纤维素与聚乳酸复合膜，其特征在于，按重量份数，原料组分包括聚乳酸85-100份，纳米纤维素2.5-4份，硝酸银2-4份。

本发明的一种无机填料改性纳米纤维素与聚乳酸复合膜的制备方法，包括：

(1)微晶纤维素中加入硫酸，在恒温油浴条件下进行搅拌，加入蒸馏水稀释，静置，倒去上层酸液，将剩余溶液离心洗涤，得到的浓缩后的纳米纤维素悬浮液放入真空冷冻干燥机中，冷冻干燥，得到纳米纤维素；其中微晶纤维素和硫酸的质量比为8-15:0.1-0.3；

(2)将纳米纤维素中加入水，超声分散，加入硝酸银溶液，再加入水，得到混合溶液，在恒温油浴条件下磁力搅拌，调节pH值并保持，离心分离，收集沉淀，将沉淀冷冻干燥，得到改性纳米纤维素；

(3)将聚乳酸溶于溶剂中，室温条件下搅拌直至聚乳酸已全部溶解，再加入改性纳米纤维素，高压均质机搅拌，超声分散，超声分散使溶液均匀混合，然后倒入模板中，室温干燥，揭下薄膜，即得无机填料改性纳米纤维素与聚乳酸复合膜。

上述制备方法的优选方式：

所述步骤(1)中微晶纤维素的粒径大小为250μm(产品编号C104844，上海阿拉丁生化科技股份有限公司)。

所述步骤(1)中恒温油浴温度为35℃-55℃；搅拌为磁力搅拌0.5-1h；静置时间为1-2d；离心洗涤至pH值为6-7。

所述步骤(1)中硫酸的体积百分浓度为64％-65％。

所述步骤(2)中超声分散时间为20-30min；恒温油浴70℃-80℃。