[发明专利]一种聚乳酸接枝改性天然纤维和PLA复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种聚乳酸接枝改性天然纤维和PLA复合材料及其制备方法。该方法包括：将功能性天然纤维、功能性聚乳酸与溶剂混合，加入引发剂，点击化学反应。该方法能够有效改善两相界面，而且简单易行、适用于工业化生产；制备的天然纤维/聚乳酸复合材料、复合纤维具有更加优异的断裂强度、冲击强度和耐热性能。

技术领域

本发明属于聚乳酸材料及其制备领域，特别涉及一种聚乳酸接枝改性天然纤维和PLA复合材料及其制备方法。

背景技术

石油基塑料制品因降解周期长正在严重威胁人类的生存环境，开发可降解塑料具有重大意义。聚乳酸是近年来研究最为活跃的环境友好材料，具有生物相容性好、可降解等突出优点，广泛应用于包装、纺织、农业以及生物医用等领域。然而脆性大、冲击强度差等固有缺陷成为聚乳酸材料进一步发展的瓶颈。天然纤维是自然界原有的或从人工培养的植物、人工饲养的动物直接获得的一种纤维，具有原料易得、机械性能优良的优点。近年来天然纤维增强可降解聚乳酸复合材料开发受到广泛关注，相关文献、专利屡见报道。中国专利CN102167895A公开了一种废弃羊毛/聚乳酸生态复合材料的制备方法，具体是将废弃羊毛与聚乳酸以三明治结构进行铺层混合，通过热压成型方式制得复合材料。中国专利CN206983409U公开了一种竹原纤维增强聚乳酸复合材料的制备方法，具体是将竹原纤维与聚乳酸在复合过程中通过结构设计达到提高力学性能和尺寸稳定性的目的。然而天然纤维与聚乳酸基体异质，界面粘附力差，经常导致增强效果不佳。制备天然纤维增强的聚乳酸复合材料时，协调天然纤维与聚乳酸基体之间的界面结合是解决问题的关键。

近年来，有研究团队以纤维素上的羟基原位引发丙交酯聚合得到CNC-g-PLLA，制得机械性能优异的CNC-g-PLLA/PLA复合材料(Polylactide/cellulose nanocrystals:Thein situ polymeri-zation approach to improved nanocomposites,European PolymerJournal,2017,94:173-184.)。也有中国专利CN107245231A将氢氧化钠处理的麻纤维、棉纤维、竹纤维直接与丙交酯混合改性，用于制备聚乳酸复合材料。然而这种“grafting from”的接枝方法通常存在接枝效率低下，接枝聚乳酸链短的缺点，难以发挥增强材料对聚乳酸本体的增强效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种聚乳酸接枝改性天然纤维和PLA复合材料及其制备方法，以克服现有技术中天然纤维增强聚乳酸时界面相容性差、增强效果不佳的缺陷。本发明通过长支链聚乳酸改性解决天然纤维与PLA树脂界面相容性。

本发明提供一种聚乳酸接枝改性天然纤维，将功能性聚乳酸与功能性天然纤维进行点击化学反应得到；其中功能性聚乳酸包括末端双键或者叁键的线性聚乳酸或者支化聚乳酸，功能性天然纤维包括叠氮化改性或巯基化改性的天然纤维。

本发明还提供一种聚乳酸接枝改性天然纤维的制备方法，包括：

将功能性天然纤维、功能性聚乳酸与溶剂混合，加入引发剂，点击化学反应，得到聚乳酸接枝改性天然纤维，其中功能性聚乳酸包括末端双键或者叁键的线性聚乳酸或者支化聚乳酸，功能性天然纤维包括叠氮化改性或巯基化改性的天然纤维，功能性天然纤维和功能性聚乳酸的质量比在1:1-10。

所述天然纤维为富含纤维素成分的植物纤维或源于动物的蛋白质纤维。

所述天然纤维包括竹纤维、麻纤维、微晶纤维素、纤维素纳米晶、纤维素纳米纤维或羊毛。

所述功能性聚乳酸重均分子量范围在1×10³-2×10⁴g/mol。

所述溶剂包括DMSO、DMAc或甲苯。

所述引发剂为光引发剂或热引发剂。

所述光引发剂为安息香双甲醚；热引发剂为偶氮二异丁腈。