[发明专利]聚乳酸吹膜加工助剂、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚乳酸改性剂及其制备方法，具体涉及一种聚乳酸吹膜加工助剂的制备方法。

背景技术

塑料制品在人们生活中是必不可少的，但是传统的石油基塑料制品由于难降解带来的“白色污染”以及石油资源危机问题引起了人们的关注。开发出环境友好的可生物降解的聚合物成为研究的重点。在此基础上，聚乳酸越来越受到人们的重视。

聚乳酸作为一种环境友好塑料，其来源广泛，可以以来源丰富的农产品玉米甜菜等中提炼的乳酸为单体，经化学合成得到的生物可降解高分子材料，其真正的实现了来源于自然，回归自然的可持续循环发展理念。此外其性能优异，机械强度可媲美人工合成的聚苯乙烯PS，易成型加工，且生物相容性好。因此加大对聚乳酸产品的开发，对实现可持续清洁能源发展具有重要意义。

聚乳酸作为生物可降解材料，其最大的利用推广在薄膜产品方面，但是聚乳酸本身存在的一些劣势大大限制了可吹塑薄膜的开发。在聚乳酸的吹膜过程中，由于其熔体强度低，应变硬化不足，同时结晶速度缓慢，吹胀比小而甚至于不能得到稳定的膜泡。故为了能稳定成膜，通常需要对聚乳酸进行改性，以期在不丧失其生物降解性，机械强度等优点的前提下改善吹膜过程中的缺点。针对上述缺点，众多学者对聚乳酸进行物理化学改性，包括添加一些低分子量加工助剂，与聚已内酯，聚丁二酸丁二醇酯等共混改性，将聚乳酸支化交联等方法。但是这些改性方法都受到一定的限制，比如共混物的相容性差，小分子加工助剂随时间延长会迁移至产品表面，以及聚乳酸本身不具备反应活性的官能团而支化困难等问题。

其中聚乳酸与无机纳米复合材料的复合应用引起了广泛的关注。Masami Okamoto（Macromolecular Rapid Communications 2003,24:815-840）通过成功制备插层聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料，发现改性后的聚乳酸发生了明显的应变硬化现象。Marius Murariu等（Biomacromolecules 2011,12: 1762–1771）对PLA/ZnO纳米复合材料的性能进行了研究并制备了PLA/ZnO纳米薄膜和纤维产品。YINGWEI DI（Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics 2005,43: 689-698）等发现在聚乳酸中加入蒙脱土纳米材料可以增大聚乳酸的熔体强度，满足发泡要求。所以通过制备聚乳酸纳米复合材料加工助剂可以有效的改善聚乳酸的吹膜性能，增加熔体强度，加快结晶速率，提高聚乳酸加工及应用的稳定性。公开号为 CN102002149 A的中国专利公开了聚乳酸-硫化锌纳米复合材料制备，同时公开号为CN101519526 A的中国专利公开了聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的制备。这些均通过原位开环聚合方法制备出聚乳酸纳米复合材料。

发明内容

本发明针对聚乳酸吹膜特性而制备出纳米型聚乳酸加工助剂。提供一种新型的聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料制备方法，即通过亲核加成反应将聚乳酸大分子链以共价键的形式嫁接到纳米二氧化硅表面。本发明提供的加工助剂另一目的是针对聚乳酸吹膜成型中的缺点，作为一种吹膜性能改善剂，加入聚乳酸基体中大大提供聚乳酸的吹塑成膜性能，所得薄膜透明性好同时薄膜强度得到保证。

本发明的纳米型聚乳酸加工助剂的是利用改性的纳米二氧化硅和预制备的未封端聚乳酸大分子为原料，通过亲核加成反应制备得到。

聚乳酸吹膜加工助剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：首先利用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅进行表面改性后，以重量计，每份二氧化硅中加入硅烷偶联剂10～30份，130℃下反应15小时。以硅烷化改性二氧化硅重量计，每份纳米粒子加入0.01～6重量份的异氰酸酯类物质，25℃以上反应4小时以上，二次改性二氧化硅粒子；

步骤2：以二次改性后的二氧化硅和聚乳酸预聚物为原料，每份二氧化硅中优选加入50～200份聚乳酸预聚物，混合物溶解于聚乳酸预聚物20倍当量溶剂中，在反应釜中通氮气后加入金属锂类或锡类催化剂，磁性搅拌下于25℃至140℃加热反应1～24小时，最终反应液处理后得到固体粉末，置于80℃真空烘箱中干燥24小时，即得到聚乳酸吹膜加工助剂。

本发明所用异氰酸酯类物质包括甲苯二异氰酸酯（TDI），二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，1,6-己二异氰酸酯（HDI）和多异氰酸酯中的一种或几种。

本发明所用锡类催化剂包括氯化亚锡或辛酸亚锡类。