【技术实现步骤摘要】
本公开涉及一种具有提高的生物质浓度和改善的机械特性的聚乳酸(pla)/生物质复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、制造pla/生物质复合材料是一种流行的碳减排方法，其中一种或多种高碳足迹塑料聚合物被低碳生物质材料替代，该低碳生物质材料例如是农业废物，例如废木、废竹、废麻等。但是，pla/生物质复合材料受到机械特性劣化的困扰，这极大地限制其应用。例如，当pla与生物基材料以较高比例(例如≥50％含量)混合时，拉伸强度和弯曲强度分别从60mpa降低到22mpa和从94mpa降低到36mpa。这种机械特性的急剧劣化的原因被认为是由于生物基材料与塑料聚合物之间的不相容性。由于pla和生物质的极性差异，它们不能有效地混合或交联，这导致在熔融挤出过程中混合不良，导致生物质和pla聚合物链与生物质之间的不良分散和界面，并因此导致不良的机械特性。已经尝试使用市售相容剂改善pla和生物质的分散和混合。但是，由于pla与生物质材料之间的官能团密度的显著差异(>150倍以上)，相容剂具有主要与生物质材料反应并形成“生物质材料-相容剂-生物质材料”团簇的强烈趋势，并且最终在复合材料中的分散不均匀，产生有所改善但仍不可接受的机械特性。
2、因此，需要一种克服了上述缺点中的至少一部分缺点的改进pla/生物质复合材料。
技术实现思路
1、本文提供了一种反应性均化，该反应性均化能够显著地将生物质填料的量从30％增加到超过50％，同时提供改善的机械特性并降低诸如pla等可生物降解塑料的高材料成本。
2、在第一方面，本文提供了一种聚乳酸(pla)/生物质复合材料，该pla/生物质复合材料包含：聚乳酸(pla)、生物质材料、相容剂、交联剂、扩链剂、抗氧化剂和成核剂，其中pla、生物质材料、相容剂、交联剂、扩链剂、抗氧化剂和成核剂在该pla/生物质复合材料中分别以30-60％wt/wt、20-70％wt/wt、5-20％wt/wt、0.1-3％wt/wt、0.1-2％wt/wt、0.1-1％wt/wt和1-10％wt/wt的浓度存在。
3、在某些实施方式中，生物质材料选自由木材、竹子、玉米芯以及它们的组合所组成的组。
4、在某些实施方式中，相容剂选自聚乳酸接枝马来酸酐(pla-g-mah)；聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯接枝马来酸酐(pbat-g-mah)；由化学结构i或ii表示的自合成网络支化相容粒料：
5、
6、或其药学上可接受的盐；以及它们的组合，其中：r4在每种情况下独立地是氢、式iii的部分或式iv的部分：
7、
8、其中q是650-6500的整数，条件是至少一个r4是式iii的部分，并且至少两个r4是式iv的部分。
9、在某些实施方式中，交联剂选自由环氧化大豆油(eso)、新戊二醇二缩水甘油醚(ngde)、聚乙二醇二缩水甘油醚(dgde)、1,4-丁二醇二缩水甘油醚(bde)、二缩水甘油醚(de)、单宁酸(ta)、没食子酸(ga)、3,4-二羟基苯甲醛(db)、邻苯三酚以及它们的组合所组成的组。
10、在某些实施方式中，扩链剂选自由以下物质以及它们的组合所组成的组：
11、
12、
13、其中r1和r2各自独立地是h、ch3或烷基；r3是烷基，并且m、n和p各自独立地是1-20。
14、在某些实施方式中，抗氧化剂选自由以下物质以及它们的组合所组成的组：
15、
16、在某些实施方式中，成核剂选自由癸二酸二苯基二酰肼、蒙脱石、碳酸钙以及它们的组合所组成的组。
17、在某些实施方式中，交联剂选自由环氧化大豆油(eso)、新戊二醇二缩水甘油醚(ngde)、聚乙二醇二缩水甘油醚(dgde)、1,4-丁二醇二缩水甘油醚(bde)、二缩水甘油醚(de)、单宁酸(ta)、没食子酸(ga)、3,4-二羟基苯甲醛(db)、邻苯三酚以及它们的组合所组成的组；扩链剂选自由以下物质以及它们的组合所组成的组：
18、
19、
20、其中r1和r2各自独立地是h、ch3或烷基；r3是烷基，并且m、n和p各自独立地是1-20；
21、抗氧化剂选自由以下物质以及它们的组合所组成的组：
22、
23、并且成核剂选自由癸二酸二苯基二酰肼、蒙脱石、碳酸钙以及它们的组合所组成的组。
24、在某些实施方式中，pla、生物质材料、相容剂、交联剂、扩链剂、抗氧化剂和成核剂在该pla/生物质复合材料中分别以30-60％wt/wt、21.6-49.5％wt/wt、8-12％wt/wt、1.2-2％wt/wt、0.6-1％wt/wt、0.5-1％wt/wt和4-9％wt/wt的浓度存在。
25、在某些实施方式中，相容剂是由化学结构i或ii表示的自合成网络支化相容粒料：
26、
27、或其药学上可接受的盐；以及它们的组合，其中：r4在每种情况下独立地是氢、式iii的部分或式iv的部分：
28、
29、其中q是650-6500的整数，条件是至少一个r4是式iii的部分，并且至少两个r4是式iv的部分；
30、交联剂包括单宁酸、没食子酸、3,4-二羟基苯甲醛和邻苯三酚；扩链剂包括：
31、
32、其中r1和r2各自独立地是h、ch3或烷基；r3是烷基，并且m、n和p各自独立地是1-20；
33、抗氧化剂包括：
34、以及
35、成核剂包括癸二酸二苯基二酰肼、蒙脱石和碳酸钙。
36、在某些实施方式中，pla、生物质材料、相容剂、交联剂、扩链剂、抗氧化剂和成核剂在该pla/生物质复合材料中分别以约50％wt/wt、约32％wt/wt、约8％wt/wt、约1.3％wt/wt、约1％wt/wt、约0.7％wt/wt和约7％wt/wt的浓度存在。
37、在第二方面，本文提供了一种制备本文所述的pla/生物质复合材料的方法，该方法包括：将pla、生物质材料、相容剂、交联剂、扩链剂、抗氧化剂和成核剂熔融共混；任选地造粒，并且任选地干燥，从而形成pla/生物质复合材料。
38、在某些实施方式中，生物质材料选自由木材、竹子、玉米芯以及它们的组合所组成的组。
39、在某些实施方式中，相容剂选自聚乳酸接枝马来酸酐(pla-g-mah)；聚己二酸对苯二甲本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种聚乳酸(PLA)/生物质复合材料，包含：聚乳酸(PLA)、生物质材料、相容剂、交联剂、扩链剂、抗氧化剂和成核剂，其中所述PLA、生物质材料、相容剂、交联剂、扩链剂、抗氧化剂和成核剂在所述PLA/生物质复合材料中分别以30-60％wt/wt、20-70％wt/wt、5-20％wt/wt、0.1-3％wt/wt、0.1-2％wt/wt、0.1-1％wt/wt和1-10％wt/wt的浓度存在。
2.根据权利要求1所述的PLA/生物质复合材料，其中所述生物质材料选自由木材、竹子、玉米芯以及它们的组合所组成的组。
3.根据权利要求1所述的PLA/生物质复合材料，其中所述相容剂选自聚乳酸接枝马来酸酐(PLA-g-MAH)；聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯接枝马来酸酐(PBAT-g-MAH)；由化学结构I或II表示的自合成网络支化相容粒料：
4.根据权利要求1所述的PLA/生物质复合材料，其中所述交联剂选自由环氧化大豆油(ESO)、新戊二醇二缩水甘油醚(NGDE)、聚乙二醇二缩水甘油醚(DGDE)、1,4-丁二醇二缩水甘油醚(BDE)、二缩水甘油醚(DE)
5.根据权利要求1所述的PLA/生物质复合材料，其中所述扩链剂选自由以下物质以及它们的组合所组成的组：
6.根据权利要求1所述的PLA/生物质复合材料，其中所述抗氧化剂选自由以下物质以及它们的组合所组成的组：
7.根据权利要求1所述的PLA/生物质复合材料，其中所述成核剂选自由癸二酸二苯基二酰肼、蒙脱石、碳酸钙以及它们的组合所组成的组。
8.根据权利要求3所述的PLA/生物质复合材料，其中所述交联剂选自由环氧化大豆油(ESO)、新戊二醇二缩水甘油醚(NGDE)、聚乙二醇二缩水甘油醚(DGDE)、1,4-丁二醇二缩水甘油醚(BDE)、二缩水甘油醚(DE)、单宁酸(TA)、没食子酸(GA)、3,4-二羟基苯甲醛(DB)、邻苯三酚以及它们的组合所组成的组；所述扩链剂选自由以下物质以及它们的组合所组成的组：
9.根据权利要求8所述的PLA/生物质复合材料，其中所述PLA、所述生物质材料、相容剂、交联剂、扩链剂、抗氧化剂和成核剂在所述PLA/生物质复合材料中分别以30-60％wt/wt、21.6-49.5％wt/wt、8-12％wt/wt、1.2-2％wt/wt、0.6-1％wt/wt、0.5-1％wt/wt和4-9％wt/wt的浓度存在。
10.根据权利要求1所述的PLA/生物质复合材料，其中所述相容剂是由化学结构I或II表示的自合成网络支化相容粒料：
11.根据权利要求10所述的PLA/生物质复合材料，其中所述PLA、所述生物质材料、相容剂、交联剂、扩链剂、抗氧化剂和成核剂在所述PLA/生物质复合材料中分别以约50％wt/wt、约32％wt/wt、约8％wt/wt、约1.3％wt/wt、约1％wt/wt、约0.7％wt/wt和约7％wt/wt的浓度存在。
12.一种制备根据权利要求1所述的PLA/生物质复合材料的方法，所述方法包括：将PLA、生物质材料、相容剂、交联剂、扩链剂、抗氧化剂和成核剂熔融共混；任选地造粒，并且任选地干燥，从而形成所述PLA/生物质复合材料。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述生物质材料选自由木材、竹子、玉米芯以及它们的组合所组成的组。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述相容剂选自聚乳酸接枝马来酸酐(PLA-g-MAH)；聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯接枝马来酸酐(PBAT-g-MAH)；由化学结构I或II表示的自合成网络支化相容粒料：
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述交联剂选自由环氧化大豆油(ESO)、新戊二醇二缩水甘油醚(NGDE)、聚乙二醇二缩水甘油醚(DGDE)、1,4-丁二醇二缩水甘油醚(BDE)、二缩水甘油醚(DE)、单宁酸(TA)、没食子酸(GA)、3,4-二羟基苯甲醛(DB)、邻苯三酚以及它们的组合所组成的组。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述扩链剂选自由以下物质以及它们的组合所组成的组：
17.根据权利要求12所述的方法，还包括：使PLA与式V或VI的化合物或其药学上可接受的盐接触：
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述方法包括将PLA和所述式V或VI的化合物熔融共混，从而形成所述自合成网络支化相容粒料；以及将所述自合成网络支化相容粒料与PLA、生物质材料、交联剂、抗氧化剂和成核剂熔融共混，任选地造粒，并且任...
【技术特征摘要】
1.一种聚乳酸(pla)/生物质复合材料，包含：聚乳酸(pla)、生物质材料、相容剂、交联剂、扩链剂、抗氧化剂和成核剂，其中所述pla、生物质材料、相容剂、交联剂、扩链剂、抗氧化剂和成核剂在所述pla/生物质复合材料中分别以30-60％wt/wt、20-70％wt/wt、5-20％wt/wt、0.1-3％wt/wt、0.1-2％wt/wt、0.1-1％wt/wt和1-10％wt/wt的浓度存在。
2.根据权利要求1所述的pla/生物质复合材料，其中所述生物质材料选自由木材、竹子、玉米芯以及它们的组合所组成的组。
3.根据权利要求1所述的pla/生物质复合材料，其中所述相容剂选自聚乳酸接枝马来酸酐(pla-g-mah)；聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯接枝马来酸酐(pbat-g-mah)；由化学结构i或ii表示的自合成网络支化相容粒料：
4.根据权利要求1所述的pla/生物质复合材料，其中所述交联剂选自由环氧化大豆油(eso)、新戊二醇二缩水甘油醚(ngde)、聚乙二醇二缩水甘油醚(dgde)、1,4-丁二醇二缩水甘油醚(bde)、二缩水甘油醚(de)、单宁酸(ta)、没食子酸(ga)、3,4-二羟基苯甲醛(db)、邻苯三酚以及它们的组合所组成的组。
5.根据权利要求1所述的pla/生物质复合材料，其中所述扩链剂选自由以下物质以及它们的组合所组成的组：
6.根据权利要求1所述的pla/生物质复合材料，其中所述抗氧化剂选自由以下物质以及它们的组合所组成的组：
7.根据权利要求1所述的pla/生物质复合材料，其中所述成核剂选自由癸二酸二苯基二酰肼、蒙脱石、碳酸钙以及它们的组合所组成的组。
8.根据权利要求3所述的pla/生物质复合材料，其中所述交联剂选自由环氧化大豆油(eso)、新戊二醇二缩水甘油醚(ngde)、聚乙二醇二缩水甘油醚(dgde)、1,4-丁二醇二缩水甘油醚(bde)、二缩水甘油醚(de)、单宁酸(ta)、没食子酸(ga)、3,4-二羟基苯甲醛(db)、邻苯三酚以及它们的组合所组成的组；所述扩链剂选自由以下物质以及它们的组合所组成的组：
9.根据权利要求8所述的pla/生物质复合材料，其中所述pla、所述生物质材料、相容剂、交联剂、扩链剂、抗氧化剂和成核剂在所述pla/生物质复合材料中分别以30-60％wt/wt、21.6-49.5％wt/wt、8-12％wt/wt、1.2-2％wt/wt、0.6-1％wt/wt、0.5-1％wt/wt和4-9％wt/wt的浓度存在。
10.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：李威，王建利，刘若天，冼穗娴，
申请(专利权)人：纳米及先进材料研发院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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