[发明专利]一种改性聚乳酸薄膜材料

说明书

一种改性聚乳酸薄膜材料，通过以下方法制备：将木质素磺化，L‑乳酸先在磺化木质素羟基原位上进行改性，L‑丙交酯在L‑乳酸改性的磺化木质素上进行聚乳酸的合成反应，乳酸钠的催化下合成磺化木质素接枝聚乳酸（Lg‑g‑PLLA），解决了强极性木质素与疏水性聚乳酸相容性差的问题；以异山梨醇作为增塑剂，将Lg‑g‑PLLA与PLLA在双螺杆挤出机中反应性混炼挤出造粒，最后通过吹膜机吹膜成型制备聚乳酸薄膜材料。本发明通过在聚乳酸薄膜材料中引入木质素，不仅降低了聚乳酸薄膜的生产成本、提高了聚乳酸薄膜材料的韧性和断裂伸长率，同时也改善了聚乳酸薄膜材料的耐热性且产品绿色全生物降解。

技术领域

本发明涉及聚乳酸薄膜，尤其涉及一种绿色全生物降解的聚乳酸薄膜材料，属于高分子材料合成领域。

背景技术

随着塑料工业的不断发展，石油资源的枯竭和大量以石油为基础的产品废物造成的环境污染给人类社会带来了巨大的挑战。因此，使用非石油类资源作为原材料并可以在自然条件下降解的新型聚合物材料的开发受到越来越多的关注。人类已经成功地开发了多种基于非石油的可降解的生物材料，并广泛用于日常生活的各个领域，例如医疗，农业，林业和渔业等。其中，聚乳酸（PLA）是一种以玉米，马铃薯和其它绿色植物为化学合成原料而制成的热塑性生物可降解的高分子材料，具有较高的力学强度及模量，并且透明性好，在包装、建筑、农业、交通运输和电子电器行业有广泛的应用。聚乳酸制品废弃后，会在微生物、水、酸或碱的作用下分解成二氧化碳和水，而后分解产物又可以经过光学作用转变为绿色植物，整个循环过程不会对环境造成破坏。但是聚乳酸本身具有成本高、脆性大、结晶速率慢、结晶度低和耐热性差等缺点，限制了其广泛应用。

作为纸浆造纸和生物燃料工业的副产品，目前每年生产约5000万吨木质素，工业生产的木质素被认为是低价值的材料，被用作锅炉燃料以产生热量和电能，木质素的芳香性及参与自由基交联反应的能力，使其成为聚合物添加剂，可以对现有的热塑性塑料进行改性，以增强塑料材料的抗紫外性、抗菌性、耐热性及成核性能。将木质素添加到聚乳酸薄膜材料中，不仅可以降低生产成本，而且薄膜可以全生物降解。木质素的添加可以提高聚乳酸薄膜材料的韧性、断裂伸长率及耐热性。木质素在与聚乳酸复合时，能提高材料韧性和耐热性，加快聚乳酸的结晶速率。一方面，聚乳酸与木质素的玻璃化温度和熔点都不同，而且聚乳酸不稳定，高温下容易分解，所以在制备薄膜材料时需要合适的成型加工温度。另一方面，木质素是一种天然植物成分，分子链上有大量氢键，分子间氢键作用强，不易分散在聚乳酸等疏水性有机聚合物基体中，在制备薄膜材料时最大的问题是改良二者的界面相容性，使分子之间达到较好的融合，获得优良性能的聚乳酸薄膜材料。

中国专利CN106519618B采用聚已二酸对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、二氧化碳共聚物（PPC）中的一种或两种作为聚乳酸薄膜材料的增韧剂，柠檬酸三丁酯、甘油、环氧大豆油中的一种作为增塑剂，虽然提高了聚乳酸薄膜材料的韧性，但是合成过程中使用了其它不可降解材料，降低了聚乳酸薄膜材料的全生物降解性。中国专利CN109796664A采用塑料吹膜机生产聚乳酸薄膜，生产时可把薄膜级聚乙烯颗粒和薄膜级聚乳酸混合均匀，用塑料吹膜机吹制出塑料薄膜，虽然降低了聚乳酸薄膜的成产成本，但是聚乙烯为石油基塑料并不能降解，没有从根本上解决环保性问题。中国专利CN110283343A使用熔融挤出拉伸工艺制备一种高强度高延展性的聚乳酸薄膜材料。其机理为首先将聚乳酸粒料熔融挤出后淬冷，得到聚乳酸的流延薄膜，之后在一定温度范围内(60-150℃)拉伸，使聚乳酸的非晶区和晶区沿拉伸方向取向，通过改变拉伸辊转速，调整拉伸流动场强度，最终得到拉伸比1.0-50.0的聚乳酸薄膜，虽然提高了聚乳酸薄膜材料的断裂伸长率且全生物降解，但是还是没有解决聚乳酸玻璃化转变温度低、材料耐热性差的问题。

综上，当前聚乳酸薄膜制备现有工艺主要存在以下几个方面的主要问题：（1）聚乳酸脆性大，生产的薄膜材料的韧性差，断裂伸长率低。（2）聚乳酸耐热性差，生产的薄膜材料难以满足工业产品的耐热标准。（3）聚乳酸成本高，必须使用其它填剂来降低生产成本，同时不影响聚乳酸薄膜的全生物降解性。

发明内容