[发明专利]一种高阻隔生物可降解材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种高阻隔生物可降解材料及其制备方法与应用，所述高阻隔生物可降解材料包括如下重量份的组分：聚乳酸65～75份、聚甲基乙撑碳酸酯10～25份、纳米微晶纤维素母料6～10份和增容剂2～5份；所述纳米微晶纤维素母料包括纳米微晶纤维素、以及负载所述纳米微晶纤维素的载体。本发明同时采用PPC和CNC对PLA进行改性，不仅有效提升了PLA的阻隔性，使其对水蒸气和氧气的阻隔效果比PPC更优，而且还有效提升了PLA的力学性能，使其具有高拉伸强度、高撕裂强度和高韧性。

技术领域

本发明属于环保材料技术领域，具体涉及一种高阻隔生物可降解材料及其制备方法与应用。

背景技术

在食品包装领域，通常要求包装材料具有一定的阻隔性能，即具有阻隔氧气和水汽的能力，以减缓食物腐败，达到长期储存食品的目的。然而，目前的生物可降解材料，如聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)等，它们普遍为透气优良的生物可降解材料。其中，PLA是以乳酸为原料聚合生成的高分子材料，具有无毒、无刺激性、强度高、抗溶剂、易加工成型和优良的生物相容性等优点，且其商业化程度较早，力学性能较好，但韧性较差，由此限制了其应用。

聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)在合成过程可消耗CO₂且可完全生物降解，是一种“双向绿色”的环保高分子材料。而且，PPC具有较好的气体阻隔性能，属于无定型态的线性共聚物，分子链柔顺性好，在室温下一般呈现软而弱的性质。但PPC的分子主链是由稳定性较差的脂肪族化学键组成，同时其端羟基具有较大的反应活性，导致PPC的热性能和力学性能较差。

基于以上缺陷，目前的生物可降解材料暂无法满足食品包装材料对阻隔性或力学性能的要求，因此，有必要开发一种具有优异的力学性能和阻隔性能的生物可降解材料。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高阻隔生物可降解材料及其制备方法与应用。

为实现其目的，本发明所采用的技术方案为：

一种高阻隔生物可降解材料，其包括如下重量份的组分：聚乳酸65～75份、聚甲基乙撑碳酸酯10～25份、纳米微晶纤维素母料6～10份和增容剂2～5份；所述纳米微晶纤维素母料包括纳米微晶纤维素、以及负载所述纳米微晶纤维素的载体。

上述配方体系中，以聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)为增韧剂，可提高聚乳酸(PLA)的韧性，同时也可提高PLA的气体阻隔性。以纳米微晶纤维素(CNC)为增强填料，通过PPC、PLA和CNC三者之间的氢键相互作用，实现PLA的高强度。通过增容剂的增容作用，提高PPC、PLA和CNC之间的相容性，从而获得综合力学性能优异的PPC/PLA/CNC复合材料。

优选地，所述纳米微晶纤维素母料中，按质量比计，纳米微晶纤维素：载体＝(0.5～1)：(5～10)。

优选地，所述载体为聚乙二醇。

优选地，所述聚乙二醇的分子量为500～2000g/mol。

优选地，所述纳米微晶纤维素的宽度为5～20nm，长度为50～400nm。可选用如下牌号的至少一种：CNC-1(Canada Cellulose Lab，宽度：10～20nm，长度50～400nm)、CNC-2(湖州闪思新材料科技有限公司，宽度：5～20nm，长度:50～200nm)。采用上述规格的CNC，具有较好的阻隔性能和增强效果。

若直接加入CNC，会存在分散问题，不仅影响CNC的改善作用发挥，反而还会导致材料的力学性能下降。以水溶性的聚乙二醇(PEG)作为CNC的载体，可制备出分散性良好的纳米微晶纤维素母料，将其加入到PLA/PPC聚合物组合物中，可制备出高阻隔生物可降解材料，其原理为CNC对气体分子具有不可透过性，同时具有较大的径厚比，当其均匀分散到聚合物基体中时，会阻碍气体渗透分子在基体中的扩散，延长气体渗透分子在垂直方向上的扩散路径，由此实现复合材料的高阻隔性。