【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于聚乳酸复合材料，具体涉及一种全生物降解聚乳酸复合材料及其应用。
技术介绍
1、常见的塑料吸管通常由聚丙烯经加热熔融、模具挤出、弯管成型等工序加工而成，是用于吸食饮品的一次性日用品。日常生活中，吸管因货值微小、数量庞大、回收成本高，被丢弃，转化成白色垃圾，污染了我们的生活环境。但由于pla质地脆硬，耐热性差，缺乏柔性和弹性，容易挤出开裂；在高温环境下，pla吸管可能会变形或软化，不适合用于热饮；另外，pla吸管韧性不足，容易断裂，不适合需要较长时间使用的场景。
2、本领域研究人员针对上述问题开展了一系列的研究以改进，包括以共混方式掺杂有机改性剂、无机填料等提高聚乳酸吸管的耐热性和韧性，专利cn111040398b公开了一种生物可降解吸管及其制备方法，该吸管按质量百分数计，包括如下组分：聚乳酸50～80％，聚羟基脂肪酸酯10～40％，竹粉3～12％，环氧大豆油1～2％，铝钛偶联剂0.3～1％，润滑剂0.1～1％，抗水解剂0.1～1％。该专利通过掺杂有机改性剂聚羟基脂肪酸酯对聚乳酸进行改性可达到成型吸管无开裂，60℃环境产品降解到无法使用的天数长达265天，但置于95℃的热水中仍很会快软化，耐温性仍有待提高。专利cn113563701b公开的一种聚乳酸耐热吸管的制备方法，该技术利用无机填料滑石粉可诱导结晶提高结晶度的作用，来改善耐热性和韧性，但存在无机与有机相容性差、分布不均匀的问题：无机粒子与聚合物相容性差接触面积小，在材料受冲击时不能引发更多的微裂纹以消耗更多的能量；分布不均匀容易在成型时发生应力集中，导
3、因此，开发一种能将无机填料功能最大化，兼具优异耐热性、韧性的全降解聚乳酸吸管复合材料十分重要。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种全生物降解聚乳酸复合材料及其应用，首先利用羟基烷基酸酯和脂肪族二元胺为原料制备一种酰胺基二元醇，再以丁二酸、丁二醇、酰胺基二元醇为原料在季铵盐插层过的矿物黏土上进行原位缩聚反应制得改性聚丁二酸丁二醇酯，一方面矿物黏土颗粒尺寸在聚丁二酸丁二醇酯中剥离达纳米级，矿物黏土颗粒在聚乳酸复合材料中也能达到良好的分散，能改善复合材料的耐温性、韧性等综合性能；另一方面含酰胺基的改性聚丁二酸丁二醇酯还可进一步提高聚乳酸复合材料的耐热性，同时不降低复合材料的降解性能。
2、为实现上述目的，采取如下具体技术方案：
3、一种全生物降解聚乳酸复合材料，包括如下原料：聚乳酸、改性聚丁二酸丁二醇酯、抗氧剂、抗水解剂、润滑剂，所述改性聚丁二酸丁二醇酯通过丁二酸、丁二醇、酰胺基二元醇在有机化的矿物黏土上原位插层反应制得，所述酰胺基二元醇由羟基烷基酸酯与脂肪族二元胺反应制得。
4、改性聚丁二酸丁二醇酯是一种利用单体溶液插层原位聚合与熔融缩聚相结合，制备的聚合物/矿物黏土纳米复合材料，即在溶液中将单体丁二酸、丁二醇、酰胺基二元醇插入到矿物黏土中，然后在催化剂的作用下原位聚合，利用聚合时释放的大量热量，克服矿物黏土片层的静电引力使其剥离形成纳米复合材料，然后再在真空高温状态进一步熔融缩聚制得的纳米复合材料。
5、进一步地，所述全生物降解聚乳酸复合材料包括如下重量份的原料：100份聚乳酸、20-25份改性聚丁二酸丁二醇酯、0.5-2份抗氧剂、0.5-2份抗水解剂、1-3份润滑剂。
6、所述羟基烷基酸酯与脂肪族二元胺二者的摩尔比为2.08-2.12:1。
7、所述羟基烷基酸酯选自羟基乙酸甲酯、羟基乙酸乙酯、2-羟基丙酸乙酯、3-羟基丙酸甲酯、3-羟基丙酸乙酯、3-羟基丁酸乙酯、3-羟基丁酸甲酯、2-羟基丁酸甲酯、2-羟基丁酸乙酯、5-羟基戊酸乙酯、5-羟基戊酸甲酯、2-羟基戊酸乙酯、2-羟基戊酸甲酯中的一种或两种及以上的组合；所述脂肪族二元胺的碳原子数为2-6，选自1,6-己二胺、2-甲基-1,5-戊二胺、2,3-二甲基-2,3-丁二胺、2,3-二甲基-1,4-丁二胺、1,5-二氨基戊烷、二甲基丙二胺、1,3-二氨基戊烷、1,2-戊二胺、1,4-戊二胺、2-甲基-1,5-戊二胺、四亚甲基二胺、2-甲基-1,2-丁二胺、3-甲基-1,3-丁二胺、1,2-丙二胺、1,3-丙二胺、乙二胺中的一种或两种及以上的组合。
8、具体的，所述酰胺基二元醇通过包括如下步骤的方法制得：
9、将羟基烷基酸酯、脂肪族二元胺、催化剂、有机溶剂加入反应釜中，升温进行反应，反应结束后旋蒸，得酰胺基二元醇。
10、所述有机溶剂选自苯、甲苯、二甲苯中的一种或两种及以上的组合，所述催化剂选自乙醇钠、甲醇钠中的一种或两种的组合，所述催化剂的用量为羟基烷基酸酯、脂肪族二元胺总重的0.5-1wt％，所述升温为升至80-130℃，所述反应时间为1-3h。
11、具体的，所述改性聚丁二酸丁二醇酯通过包括如下步骤的方法制得：
12、1)将矿物黏土加至水中搅拌制成浆体，向浆体中加入季铵盐溶液，升温并恒温搅拌反应，保温静置反应，静置结束后离心、洗涤、干燥、研磨、过筛得有机化矿物黏土；
13、2)将丁二酸、丁二醇、酰胺基二元醇、催化剂a、催化剂b、有机溶剂加至反应釜中混合均匀，加入有机化矿物黏土搅拌分散均匀、超声处理，升温并恒温进行反应，反应结束后蒸馏；通氮气，真空高温下进行反应，反应结束后造粒、冷却、干燥得改性聚丁二酸丁二醇酯。
14、步骤1)所述浆体固含量为8-10wt％；所述矿物黏土选自高岭土、蒙脱石、伊利石、海泡石中的一种或两种及以上的组合，所述矿物黏土的阳离子交换容量(cec)为90-150mmol/100g，所述季铵盐溶液浓度为3-5wt％，所述季铵盐用量为矿物黏土的40-60wt％，所述季铵盐选自十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或两种及以上的组合，所述升温为升至60-80℃，所述反应时间为1-3h，所述静置时间为12-48h，所述过筛目数为100-200目；
15、步骤2)所述丁二醇、酰胺基二元醇二者羟基的摩尔比为1-2:1；丁二酸的羧基和丁二醇、酰胺基二元醇中醇羟基的摩尔比为1:1.05-1.08；所述有机化矿物黏土占丁二酸、丁二醇、酰胺基二元醇总重的40-50wt％；所述有机溶剂选自甲苯、二甲苯、苯中的一种或两种及以上的组合；所述催化剂a选自对甲苯磺酸、乙酸锌、三氟化硼乙醚中的一种或两种的组合，所述催化剂a的摩尔用量为丁二酸摩尔量的0.1-0.2％；所述催化剂b选自四异丙氧基钛、辛酸亚锡中的一种，所述催化剂b的摩尔用量为丁二酸摩尔量的0.05-0.15％；所述升温为升至120-150℃，所述反应的时间为1-3h，所述蒸馏为除去有机溶剂，所述真空高温的内压为10-30mmhg，温度为200-240℃，所述真空高温反应时间为1-3h。
【技术保护点】
1.一种全生物降解聚乳酸复合材料，其特征在于，包括如下原料：聚乳酸、改性聚丁二酸丁二醇酯、抗氧剂、抗水解剂、润滑剂，所述改性聚丁二酸丁二醇酯通过丁二酸、丁二醇、酰胺基二元醇在有机化的矿物黏土上原位插层反应制得，所述酰胺基二元醇由羟基烷基酸酯与脂肪族二元胺反应制得。
2.根据权利要求1所述全生物降解聚乳酸复合材料，其特征在于，所述全降解聚乳酸复合材料包括如下重量份的原料：100份聚乳酸、20-25份改性聚丁二酸丁二醇酯、0.5-2份抗氧剂、0.5-2份抗水解剂、1-3份润滑剂。
3.根据权利要求1所述全生物降解聚乳酸复合材料，其特征在于，所述羟基烷基酸酯与脂肪族二元胺二者的摩尔比为2.08-2.12:1。
4.根据权利要求1所述全生物降解聚乳酸复合材料，其特征在于，所述羟基烷基酸酯选自羟基乙酸甲酯、羟基乙酸乙酯、2-羟基丙酸乙酯、3-羟基丙酸甲酯、3-羟基丙酸乙酯、3-羟基丁酸乙酯、3-羟基丁酸甲酯、2-羟基丁酸甲酯、2-羟基丁酸乙酯、5-羟基戊酸乙酯、5-羟基戊酸甲酯、2-羟基戊酸乙酯、2-羟基戊酸甲酯中的一种或两种及以上的组合；所述脂肪族二元
5.根据权利要求1所述全生物降解聚乳酸复合材料，其特征在于，所述酰胺基二元醇通过包括如下步骤的方法制得：
6.根据权利要求1所述全生物降解聚乳酸复合材料，其特征在于，所述改性聚丁二酸丁二醇酯通过包括如下步骤的方法制得：
7.根据权利要求6所述全生物降解聚乳酸复合材料，其特征在于，步骤1)所述浆体固含量为8-10wt％；所述矿物黏土选自高岭土、蒙脱石、伊利石、海泡石中的一种或两种及以上的组合，所述矿物黏土的阳离子交换容量(CEC)为90-150mmol/100g，所述季铵盐溶液浓度为3-5wt％，所述季铵盐用量为矿物黏土的40-60wt％。
8.根据权利要求6所述全生物降解聚乳酸复合材料，其特征在于，步骤2)所述丁二醇、酰胺基二元醇二者羟基的摩尔比为1-2:1；丁二酸的羧基和丁二醇、酰胺基二元醇中醇羟基的摩尔比为1:1.05-1.08；所述有机化矿物黏土占丁二酸、丁二醇、酰胺基二元醇总重的40-50wt％；所述催化剂a选自对甲苯磺酸、乙酸锌、三氟化硼乙醚中的一种或两种的组合，所述催化剂a的摩尔用量为丁二酸摩尔量的0.1-0.2％；所述催化剂b选自四异丙氧基钛、辛酸亚锡中的一种，所述催化剂b的摩尔用量为丁二酸摩尔量的0.05-0.15％。
9.根据权利要求1所述全生物降解聚乳酸复合材料，其特征在于，所述聚乳酸的重均分子量为15万-25万。
10.权利要求1-9任一项所述全生物降解聚乳酸复合材料的应用，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种全生物降解聚乳酸复合材料，其特征在于，包括如下原料：聚乳酸、改性聚丁二酸丁二醇酯、抗氧剂、抗水解剂、润滑剂，所述改性聚丁二酸丁二醇酯通过丁二酸、丁二醇、酰胺基二元醇在有机化的矿物黏土上原位插层反应制得，所述酰胺基二元醇由羟基烷基酸酯与脂肪族二元胺反应制得。
2.根据权利要求1所述全生物降解聚乳酸复合材料，其特征在于，所述全降解聚乳酸复合材料包括如下重量份的原料：100份聚乳酸、20-25份改性聚丁二酸丁二醇酯、0.5-2份抗氧剂、0.5-2份抗水解剂、1-3份润滑剂。
3.根据权利要求1所述全生物降解聚乳酸复合材料，其特征在于，所述羟基烷基酸酯与脂肪族二元胺二者的摩尔比为2.08-2.12:1。
4.根据权利要求1所述全生物降解聚乳酸复合材料，其特征在于，所述羟基烷基酸酯选自羟基乙酸甲酯、羟基乙酸乙酯、2-羟基丙酸乙酯、3-羟基丙酸甲酯、3-羟基丙酸乙酯、3-羟基丁酸乙酯、3-羟基丁酸甲酯、2-羟基丁酸甲酯、2-羟基丁酸乙酯、5-羟基戊酸乙酯、5-羟基戊酸甲酯、2-羟基戊酸乙酯、2-羟基戊酸甲酯中的一种或两种及以上的组合；所述脂肪族二元胺的碳原子数为2-6，选自1,6-己二胺、2-甲基-1,5-戊二胺、2,3-二甲基-2,3-丁二胺、2,3-二甲基-1,4-丁二胺、1,5-二氨基戊烷、二甲基丙二胺、1,3-二氨基戊烷、1,2-戊二胺、1,4-戊二胺、2-甲基-1,5-戊二胺、四亚甲基二胺、2-甲基-1,2-丁二胺、3-甲基-1,3-丁二胺、1,2-丙二胺、1,3-丙二胺、乙二胺中...
【专利技术属性】
技术研发人员：王卓宇，刘畅，郝宏斌，刘思啸，
申请(专利权)人：上海汉禾生物新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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