一种高耐热抗紫外聚乳酸/纳米木质素复合膜及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高耐热抗紫外聚乳酸/纳米木质素复合膜及制备方法，属于高分子复合材料技术领域。本发明专利技术将纳米木质素预先与左旋丙交酯或右旋丙交酯接枝聚合制备接枝共聚物，然后再与右旋聚乳酸或左旋聚乳酸通过溶液共混，使其在界面处形成立构复合结晶，最后通过浇筑成型得到聚乳酸复合膜。该薄膜材料具备优异的力学强度、耐热、耐溶剂和紫外屏蔽性能，木质素基接枝聚合物添加量为0.5

【技术实现步骤摘要】
一种高耐热抗紫外聚乳酸/纳米木质素复合膜及制备方法


[0001]本专利技术属于高分子复合材料
，涉及一种高耐热抗紫外聚乳酸/纳米木质素复合膜及制备方法。

技术介绍

[0002]在合成的生物可降解塑料中，由淀粉发酵转化聚合制成的聚乳酸(PLA)最具发展前景。聚乳酸具有良好的力学强度、透明度、加工性以及生物相容性，可用作各类食品包装，医用输液用具、药物缓释剂等各类药品包装。但作为结晶性高分子，PLA结晶速率慢，结晶度低，导致其耐热程度低(50～60℃)，脆性大，同时聚乳酸性能单一，这些缺陷极大的限制了它作为通用塑料和工程塑料在汽车工业、电子电器、食品包装等对材料高耐热、多功能的应用需求。
[0003]在PLA加工过程中通过控制聚合物结晶行为，提高PLA的结晶速率和结晶度是最有效的手段之一。PLA具有手性结构，即左旋聚乳酸(PLLA)与右旋聚乳酸(PDLA)，当两者共混时会在界面处形成一种新的结晶结构(β晶)，也叫立构复合晶体。与α晶相比，β晶有更高的熔融温度，即耐热性能。
[0004]文献(Materials Science and Engineering C 80(2017)397
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403)报道了利用聚乳酸具有不同手性结构的特征，将木质素接枝于D
‑
丙交酯单体合成了接枝共聚物。然后，将接枝共聚物与PLLA溶液共混，通过溶剂挥发法制备得到PLLA/木质素接枝共聚物立体复合膜，但未形成立构复合晶，其耐热温度没有提高，在保证光学透明下，紫外线透过率大于75％，并没有起到很好的阻隔紫外线作用。文献(J.Mater.Chem.A,2015,3,3699
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3709)报道了将木质素接枝D
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丙交酯与己内酯，合成了三元共聚物，并与PLLA共混，同样地，通过溶剂挥发法制备得到PLLA/木质素接枝共聚物立体复合膜，紫外线透过率大于50％，其紫外阻隔性能并未得到实质提高。

技术实现思路

[0005]为了克服上述PLA耐热温度低、紫外屏蔽性能弱的缺点，本专利技术提供了一种高耐热抗紫外聚乳酸/纳米木质素复合膜及其制备方法，本专利技术将纳米木质素预先与左旋丙交酯或右旋丙交酯接枝聚合制备接枝共聚物，然后再与右旋聚乳酸或左旋聚乳酸通过溶液共混，使其在界面处形成立构复合结晶，最后通过浇筑成型得到聚乳酸复合膜。本专利技术的方法合成工艺简单、原料易得、绿色环保。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种高耐热抗紫外聚乳酸/纳米木质素复合膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：将纳米木质素预先与左旋丙交酯或右旋丙交酯接枝聚合制备接枝共聚物，然后再与右旋聚乳酸或左旋聚乳酸通过溶液共混，最后通过浇筑成型得到聚乳酸复合膜。
[0007]在本专利技术的一种实施方式中，所述方法具体包括：
[0008]步骤一、纳米木质素接枝丙交酯：将纳米木质素预先与左旋丙交酯或右旋丙交酯
混合，惰性气体保护下持续搅拌，添加一定量的催化剂，反应温度为50
‑
140℃，反应时间为12
‑
48h；反应完成后用沉淀剂进行沉淀，然后干燥得到木质素基接枝聚合产物；
[0009]步骤二、聚乳酸
‑
纳米木质素复合膜的制备：将步骤一制备得到的木质素基接枝聚合产物与步骤一接枝所用到的手性相反的聚乳酸基体在有机溶剂中共混，混合均匀后通过浇筑成型，溶剂挥发后成膜即得到高耐热抗紫外聚乳酸/纳米木质素复合膜。
[0010]在本专利技术的一种实施方式中，步骤一中，所述纳米木质素与左旋丙交酯或右旋丙交酯的质量比为1:10
‑
1:100。
[0011]在本专利技术的一种实施方式中，所述纳米木质素包括碱木质素、木质素磺酸盐、硫酸盐木质素、有机溶剂型木质素中的一种。
[0012]在本专利技术的一种实施方式中，步骤一中，所述的沉淀剂包括无水乙醇、无水甲醇、正己烷或丙酮的任一种或几种。
[0013]在本专利技术的一种实施方式中，步骤一中，所述的催化剂包括Sn(Oct)2、SnCl4、Sn(C6H6)4和乳酸锌中的一种或几种。
[0014]在本专利技术的一种实施方式中，步骤一中，所述催化剂的加入量占左旋丙交酯或右旋丙交酯质量的0.1～2％。
[0015]在本专利技术的一种实施方式中，步骤二中，所述木质素基接枝聚合物占聚乳酸基体和木质素基接枝聚合物总质量的0.5
‑
15wt％；所述的聚乳酸基体重均分子量≥5
×
104，光学纯度≥95％。
[0016]在本专利技术的一种实施方式中，步骤二中，所述有机溶剂为二氯甲烷或氯仿的一种或两种。
[0017]本专利技术还提供了上述方法制备得到的高耐热抗紫外聚乳酸/纳米木质素复合膜。
[0018]本专利技术还提供了包含上述高耐热抗紫外聚乳酸/纳米木质素复合膜的包装材料、汽车零件、电子电器等。
[0019]有益效果：
[0020]1、本专利技术使用的纳米木质素较好的保留了木质素原本的骨架和多种活性基团结构，同时由于纳米木质素本身粒径减小(10～50nm)，拥有更大的比表面积，使更多的羟基能够有效暴露，纳米木质素的反应活性得到显著提高，少量纳米木质素可接枝于丙交酯制备得到共聚物。制备工艺简单、接枝率高、产率高，对天然高分子改性材料的应用有很好的促进作用。
[0021]2、本专利技术制备得到的薄膜材料具备优异的力学强度、耐热、耐溶剂和紫外屏蔽性能，木质素基接枝聚合物添加量为0.5
‑
15wt％，耐热温度为127
‑
150℃，紫外屏蔽效率达到97
‑
100％，透明度大于75％。由于本专利技术利用了聚乳酸的手性特征，使接枝于纳米木质素表面的聚乳酸与手性相反的聚乳酸共混时，不仅实现了纳米木质素的均一分散，同时在界面处形成的立构复合物作为聚乳酸的高效成核剂，有效改善了聚乳酸本体的结晶作用。本专利技术制备的聚乳酸复合膜还具有耐溶剂、耐水解、可降解、环境友好等特点，可作为耐高温蒸煮、印染等包装材料使用。
附图说明
[0022]图1为实施例1～3纳米木质素与接枝共聚物的核磁共振谱图(1HNMR)。
[0023]图2为实施例1～3与对比例1制备得到的复合膜的广角X射线衍射谱图(XRD)。
[0024]图3为实施例1～3与对比例1制备得到的复合膜的紫外屏蔽性能。
具体实施方式
[0025]对制备得到的复合膜(包含实施例1～9，对比例1～3，厚度优选为100
±
10微米)的力学性能采用ISO 527
‑
1标准进行测试，膜尺寸：80
×
10
×
4mm3，测试速率5mm/min；紫外屏蔽性能采用紫外分光光度计(SHIMADZU UV
‑
3600+)进行测试，扫描范围900
‑
200nm，速率4nm/s；结晶度利用广角X射线衍射谱图(XRD)进行测试，2θ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高耐热抗紫外聚乳酸/纳米木质素复合膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将纳米木质素预先与左旋丙交酯或右旋丙交酯接枝聚合制备接枝共聚物，然后再与右旋聚乳酸或左旋聚乳酸通过溶液共混，最后通过浇筑成型得到聚乳酸复合膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括：步骤一、纳米木质素接枝丙交酯：将纳米木质素预先与左旋丙交酯或右旋丙交酯混合，惰性气体保护下持续搅拌，添加一定量的催化剂，反应温度为50
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140℃，反应时间为12
‑
48h；反应完成后用沉淀剂进行沉淀，然后干燥得到木质素基接枝聚合产物；步骤二、聚乳酸
‑
纳米木质素复合膜的制备：将步骤一制备得到的木质素基接枝聚合产物与步骤一接枝所用到的手性相反的聚乳酸基体在有机溶剂中共混，混合均匀后通过浇筑成型，溶剂挥发后成膜即得到高耐热抗紫外聚乳酸/纳米木质素复合膜。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述纳米木质素包括碱木质素、木质素磺酸盐、硫酸盐木...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨伟军，马丕明，齐国闯，徐鹏武，东为富，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：