[发明专利]一种聚乳酸改性剂及耐拉伸的高强度改性聚乳酸

说明书

本发明公开了一种聚乳酸改性剂及耐拉伸的高强度改性聚乳酸，本发明采用具有刚性和柔性并存的聚合物作为改性剂，该改性剂确保了聚乳酸基体中的自由空间并赋予了其柔韧性，能够显著提升聚乳酸基材的柔韧耐拉伸性能，通过在聚乳酸基体材料中添加特殊的阻燃剂，该阻燃剂能对Mxene进行包覆，并且进入到Mxene的层状结构中，降低了Mxene纳米片的表面极性，并提高了其与聚乳酸基体的相容性，具有纳米结构的Mxene纳米片与包覆在表面的氮磷阻燃剂协同提高了材料的阻燃和力学效果。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种聚乳酸改性剂及耐拉伸的高强度改性聚乳酸。

背景技术

聚乳酸，英文名Polylactic acid(PLA)，是一种乳酸聚集的合成物，学术界又称之为“聚丙交酯”。聚乳酸最初的原料是从植物中提取出来的淀粉，然后经过特定的酶分解为葡萄糖，葡萄糖经过乳酸菌发酵生成乳酸，乳酸再经过一系列化学合成方法聚合形成聚乳酸。产品使用完毕后，可以埋藏在土壤里，经过土壤里的微生物作用，可完全降解为水和二氧化碳，重新进入生态循环中，不会对环境造成污染，不会造成温室效应。因此，聚乳酸材料能完全契合当下可持续发展的理念，原料来源于自然，最后降解产物归于自然。基于聚乳酸材料的种种优势，在石油资源逐渐枯竭、“白色污染”问题日益严重、人们环保意识逐渐增强的今天，广大研究者们将它作为当代最具潜力的新型绿色高分子包装材料之一，PLA的原料是玉米或马铃薯淀粉，绿色环保，是一种可再生资源，整个生产过程安全无毒，有助于提高分子的降解循环。

现阶段聚乳酸有两条合成路线，分别为乳酸直接缩聚法和丙交酯开环聚合法。开环聚合法是目前聚乳酸工业化生产最主要的合成路线，条件较为温和，且易于得到高分子量产物。虽然在使用后的废弃物处理上不会对人体或者环境造成危害，符合当前社会发展的潮流。但是相对于传统的聚丙烯、聚乙烯材料，聚乳酸的售价较高，使制备成的材料与传统材料相比价格上在很大程度上失去竞争力；其次，目前的聚乳酸冲击强度、拉伸强度差，使其应用受到很大的限制。

CN106188516A公开了一种耐拉伸聚乳酸的制备方法，制备步骤包括：1)将乳酸为原料，在真空条件下进行脱水精制，得到乳酸低聚物；2)将步骤1)得到的乳酸低聚物与催化剂混合，加入反应容器中，在真空条件下，加热反应，得到聚乳酸中间产物；3)在步骤2)中的反应容器中加入扩链剂TDI，在真空条件下，加热反应，得到高分子量聚乳酸。该发明制备的聚乳酸具有较好的拉伸性能，但是其极易燃烧的缺点限制了其应用。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有阻燃性、耐拉伸的高强度的改性聚乳酸材料。

为实现上述目的，本发明提供了一种聚乳酸改性剂、及耐拉伸的高强度改性聚乳酸，采用具有刚性和柔性并存的聚合物作为改性剂，该改性剂确保了聚乳酸基体中的自由空间并赋予了其柔韧性，能够显著提升聚乳酸基材的柔韧耐拉伸性能，通过在聚乳酸基体材料中添加特殊的阻燃剂，该阻燃剂能对Mxene进行包覆，并且进入到Mxene的层状结构中，降低了Mxene纳米片的表面极性，并提高了其与聚乳酸基体的相容性，具有纳米结构的Mxene纳米片与包覆在表面的氮磷阻燃剂协同提高了材料的阻燃和力学效果。

为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种聚乳酸改性剂的制备方法，包括如下步骤：

将3-6g微晶纤维素、0.5-1g 4-甲基咪唑、100-120g 1-丁基-3-甲基咪唑氯盐混合后在80-120℃搅拌10-20min得到均质溶液；加入120-150g二甲亚砜搅拌3-5min；加入18-20g聚己二酸丁二醇酯、15-18g缩水甘油，在80-120℃继续反应1-2h；加入0.5-1.5g辛酸亚锡，在N₂氛围下继续反应20-24h；反应完毕后，冷却至室温，加入500-800mL三氯甲烷，得到混合溶液；向混合溶液中加入800-1000mL正己烷；在室温下搅拌1-2h后过滤，将滤饼在40-60℃条件下干燥20-24h后得到所述聚乳酸改性剂。