【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于可降解高分子材料改性，具体涉及一种可同时提高改性聚乳酸薄膜力学和阻隔性能的方法。
技术介绍
1、传统塑料包装材料主要来源于石油和煤基高分子材料，如聚丙烯、聚乙烯和聚氯乙烯等，它们作为包装材料综合性能优良，但它们在环境中不易降解，会产生“微塑料”等生态环境危害。因此，发展生物基包装材料和环境可降解的包装材料是趋势。近年来，聚乳酸(pla)及其共混复合材料在包装材料领域发展应用迅速，具有巨大的发展潜力。为了进一步提升pla包装材料的性能，扩大其应用范围，需要开发出力学和阻隔性能等综合性能优良的pla包装材料。
2、关于pla包装材料的研发，迄今为止已经公开了一些相关的专利技术专利。例如中国专利cn113527854a公开了一种高强高韧聚乳酸复合材料，先由二元胺和二元酸反应得到聚酰胺共聚物，然后与聚乳酸密炼共混制备聚乳酸复合材料，该复合材料相对于pla有明显的增韧效果，提升了pla复合材料的韧性、断裂伸长率，但阻隔性能并未提高。中国专利cn115433383b公开了一种生物可降解的聚乳酸阻隔膜及其制备方法，该制备方法中先由d-丙交酯与二醋酸纤维素接枝得到cda-g-pdla接枝共聚物，然后以聚乳酸和cda-g-pdla为原料制备多层结构阻隔膜，该方法生产加工工艺复杂，且所得薄膜的力学以及阻隔性能仍无法满足需要。中国专利cn117946502a公开了一种聚乳酸增韧组合物、制备方法及制得的聚乳酸树脂，组分中的扩链剂为带有环氧官能团的苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯低聚物型扩链剂，其仅提升了聚乳酸树脂的力学性能，阻隔性
3、综上所述，现有文献所报道的pla包装材料普遍存在无法同时提升薄膜材料力学和阻隔等综合性能、生产工艺复杂等问题。
技术实现思路
1、本专利技术提出了一种可同时提高改性聚乳酸薄膜力学和阻隔性能的方法，通过对甘油酯进行分子设计引入环氧基团，并将其引入聚乳酸/可生物降解聚酯弹性体共混复合材料内，通过界面反应调控聚乳酸/可生物降解聚酯弹性体界面与聚集态结构，在保留聚乳酸/可生物降解聚酯弹性体共混复合材料基本性能的同时提高聚乳酸、可生物降解聚酯弹性体两相间相互作用力和相容性，并引入了交联网络，获得高强度、高韧性和高阻隔改性聚乳酸薄膜。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术首先提供了一种可同时提高改性聚乳酸薄膜力学和阻隔性能的方法，其特点在于，在所述改性聚乳酸薄膜的原料体系中加入生物基交联剂，从而同时提高改性聚乳酸薄膜力学和阻隔性能，所述生物基交联剂是以含双键的甘油酯为原料制得的环氧甘油酯。通过对甘油酯进行结构设计获得低生物毒性、高生物相容性的生物基交联剂，其所含有的环氧基团在制备成薄膜的熔融共混过程中可以与pla和可生物降解聚酯弹性体间通过环氧开环反应，在共混体系中形成聚乳酸和可生物降解聚酯弹性体的大分子链段，利用大分子链段与可生物降解聚酯弹性体和聚乳酸基体间的物理缠结，形成交联网络，并通过界面反应调控pbat/pla的界面与聚集态结构，有效改善聚乳酸/可生物降解聚酯弹性体共混物的相容性，同时提高了改性聚乳酸薄膜的力学和阻隔性能等性能。高性能pla包装材料对减少“微塑料”污染、保护生态环境具有重要意义。
4、基于上述方法，本专利技术进一步提供了一种具有优异力学和阻隔性能的改性聚乳酸薄膜，是在薄膜的原料体系中加入有生物基交联剂。
5、进一步地，加入有生物基交联剂的改性聚乳酸薄膜的原料体系中，各组分按重量份的构成为：
6、聚乳酸60-80份；
7、可生物降解聚酯弹性体10-30份；
8、生物基交联剂1-10份；
9、轻质碳酸钙1-30份；
10、抗氧剂0.1-2份。
11、进一步地，所述聚乳酸的重均分子量为50000～300000g/mol，密度为1.24～1.28g/cm3，熔融指数为6～8g/10min。
12、进一步地，所述可生物降解聚酯弹性体为聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、聚己内酯、聚碳酸亚丙酯、聚丁二酸丁二醇酯、生物基热塑性聚氨酯、聚癸二酸甘油酯及其衍生物、聚(1,8-辛二醇-柠檬酸)及其衍生物中的一种或几种聚合物。
13、进一步地，所述抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂300、抗氧剂618、抗氧剂626、抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂tbhq、抗氧剂at-10、抗氧剂bht等的一种或多种混合物。
14、进一步地，所述生物基交联剂的结构如式(1)所示：
15、
16、式中r为h或oh、x为7-11中的任意整数、y为4-6中的任意整数。
17、本专利技术还提供了所述具有优异力学和阻隔性能的改性聚乳酸薄膜的制备方法，包括如下步骤：
18、步骤1、合成生物基交联剂
19、将含双键的甘油酯、甲酸和过氧化氢溶液加入反应器中，在50-80℃条件下搅拌反应8-24h，得到未分离的环氧甘油酯溶液(含有未反应完的甲酸和过氧化氢)；
20、在所述未分离的环氧甘油酯溶液中加入三氯甲烷，然后用碱液洗涤至中性(加碱液后分层，上层为甲酸和过氧化氢，去除上层，多次洗涤)，再用旋转蒸发仪在45-80℃下旋转蒸发1-5h，将旋蒸后得到的油状物质在真空度为-0.1mpa、温度为40-80℃的真空烘箱中干燥6-24h，得到作为生物基交联剂的环氧甘油酯。
21、步骤2、制备薄膜
22、将生物基交联剂、聚乳酸、可生物降解聚酯弹性体、轻质碳酸钙和抗氧剂分别干燥后，在双螺杆挤出机中熔融共混挤出，熔融共混温度为180-230℃、转速为190-250rpm/min，再经冷却拉条、风干、切粒获取改性聚乳酸材料；
23、将所述改性聚乳酸材料加入吹塑机中吹制薄膜，吹塑机各段温度为170-200℃，主机螺杆转速为50-100rpm/min，获取具有优异力学和阻隔性能的改性聚乳酸薄膜。
24、优选地，步骤1中，所述含双键的甘油酯为蓖麻油、甘油三油酸酯、甘油三棕榈酸酯和三芥酸甘油三酯中的一种或多种的混合物。
25、优选地，步骤1中，含双键的甘油酯与甲酸的质量比为1:0.5-1.0，含双键的甘油酯与所述过氧化氢的质量比为1:0.3-0.6。
26、优选地，步骤2中，在熔融共混挤出之前，需将各原料进行干燥处理，如可以放置在真空烘箱中进行真空干燥，干燥温度可设置为50℃-100℃，干燥时间可设置为6-24h。
27、与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
28、本专利技术在改性聚乳酸薄膜材料中加入生物基交联剂，改善了聚乳酸薄膜材料组分间的相容性，同时提高了材料的力学性能和阻隔性能，使所得聚乳酸薄膜具有高强度、高韧性、高阻隔性与完全可生物降解性，满足食品、药品包装和农用薄膜等领域要求。
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1.一种可同时提高改性聚乳酸薄膜力学和阻隔性能的方法，其特征在于，在所述改性聚乳酸薄膜的原料体系中加入生物基交联剂，从而同时提高改性聚乳酸薄膜力学和阻隔性能，所述生物基交联剂是以含双键的甘油酯为原料制得的环氧甘油酯。
2.根据权利要求1所述的一种可同时提高改性聚乳酸薄膜力学和阻隔性能的方法，其特征在于，加入有生物基交联剂的改性聚乳酸薄膜的原料体系中，包括按重量份构成的如下组分：
3.根据权利要求2所述的一种可同时提高改性聚乳酸薄膜力学和阻隔性能的方法，其特征在于，所述聚乳酸的重均分子量为50000～300000g/mol，密度为1.24～1.28g/cm3，熔融指数为6～8g/10min。
4.根据权利要求2所述的一种可同时提高改性聚乳酸薄膜力学和阻隔性能的方法，其特征在于，所述可生物降解聚酯弹性体为聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、聚己内酯、聚碳酸亚丙酯、聚丁二酸丁二醇酯、生物基热塑性聚氨酯、聚癸二酸甘油酯及其衍生物、聚(1,8-辛二醇-柠檬酸)及其衍生物中的一种或几种聚合物。
5.根据权利要求1所述的一种可同时提高改性聚乳酸薄膜力学
6.根据权利要求1或5所述的一种可同时提高改性聚乳酸薄膜力学和阻隔性能的方法，其特征在于，所述生物基交联剂的合成步骤包括：
7.根据权利要求1或5所述的一种可同时提高改性聚乳酸薄膜力学和阻隔性能的方法，其特征在于，所述含双键的甘油酯为蓖麻油、甘油三油酸酯、甘油三棕榈酸酯和三芥酸甘油三酯中的一种或多种的混合物。
8.根据权利要求6所述的一种可同时提高改性聚乳酸薄膜力学和阻隔性能的方法，其特征在于，含双键的甘油酯与甲酸的质量比为1:0.5-1.0，含双键的甘油酯与所述过氧化氢的质量比为1:0.3-0.6。
9.一种权利要求1～8中任意一项所述方法所获得的具有优异力学和阻隔性能的改性聚乳酸薄膜，其特征在于，薄膜的原料体系中加入有生物基交联剂。
10.一种权利要求9所述具有优异力学和阻隔性能的改性聚乳酸薄膜的制备方法，其特征在于：
11.一种权利要求9所述具有优异力学和阻隔性能的改性聚乳酸薄膜在食品包装、药品包装或农用薄膜中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种可同时提高改性聚乳酸薄膜力学和阻隔性能的方法，其特征在于，在所述改性聚乳酸薄膜的原料体系中加入生物基交联剂，从而同时提高改性聚乳酸薄膜力学和阻隔性能，所述生物基交联剂是以含双键的甘油酯为原料制得的环氧甘油酯。
2.根据权利要求1所述的一种可同时提高改性聚乳酸薄膜力学和阻隔性能的方法，其特征在于，加入有生物基交联剂的改性聚乳酸薄膜的原料体系中，包括按重量份构成的如下组分：
3.根据权利要求2所述的一种可同时提高改性聚乳酸薄膜力学和阻隔性能的方法，其特征在于，所述聚乳酸的重均分子量为50000～300000g/mol，密度为1.24～1.28g/cm3，熔融指数为6～8g/10min。
4.根据权利要求2所述的一种可同时提高改性聚乳酸薄膜力学和阻隔性能的方法，其特征在于，所述可生物降解聚酯弹性体为聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯、聚己内酯、聚碳酸亚丙酯、聚丁二酸丁二醇酯、生物基热塑性聚氨酯、聚癸二酸甘油酯及其衍生物、聚(1,8-辛二醇-柠檬酸)及其衍生物中的一种或几种聚合物。
5.根据权利要求1所述的一种可同时提高改性聚乳酸...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁运生，马辰宇，陈明，张佰尧，周意杨，阮增，高尚，孙新瑞，王俊杰，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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