[发明专利]纤维素偶合纳米金属氧化物增强聚乳酸材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及生物可降解材料增强聚乳酸材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)是以淀粉、糖类发酵的乳酸聚合而成的可完全生物降解的合成纤维，在目前使用的各种生物可降解材料中，被认为是最有前途的材料。这主要是由于聚乳酸来自可再生的植物资源，具有良好的生物降解性，在堆肥条件下能最终降解成水和二氧化碳，不污染环境。聚乳酸具有良好的生物相容性和生物可吸收性，并且具有良好的力学性能、热塑性及成纤性，耐油、气味阻隔性好，并可采用通用塑料的成型设备进行挤出、注塑、吹塑、拉伸、纺丝等加工成型，且加工方便。聚乳酸材料可广泛应用于包装材料、纤维和非织造物等，主要用于服装(内衣、外衣)、产业(建筑、农业、林业、造纸)和医疗卫生等领域中。但是，聚乳酸中有大量的酯键，亲水性差，降低了它与其它物质的生物相容性；聚乳酸的脆性高，抗冲击性差，强度往往不能满足要求；耐热温度较低，使其很难应用于使用条件苛刻的汽车，航空和航天领域。聚乳酸的这些缺点影响了它的更广泛应用，因此这需要对聚乳酸进行改性。

现有聚乳酸材料及其制备方法，如2012年8月1日公布的公开号为CN102619023A的“一种聚乳酸复合纤维内饰材料及其制备方法”的专利，公开的材料由聚乳酸纤维、再生纤维、天然纤维、阻燃剂、纳米蒙脱土和引发剂这六种组成；公开的方法是：先将聚乳酸纤维和再生纤维及天然纤维混合均匀成混合纤维，后在混合纤维中加入阻燃剂和纳米蒙脱土及引发剂并混合均匀、搅拌、冷却。粉碎成粉末，然后将粉末开松后制成纤维网，再聚合而得产品。该材料的主要缺点是：(1)聚乳酸复合纤维与纳米蒙脱土的界面相容性差，界面处易出现空隙，造成了聚乳酸复合纤维内饰材料的力学性能低，限制了聚乳酸复合纤维内饰材料的应用范围；(2)纳米蒙脱土的颗粒易团聚，从而降低了聚乳酸复合纤维内饰材料的性能，特别是降低了抗冲击性能；(3)聚乳酸纤维的耐热温度较低，使其很难应用于使用条件苛刻的汽车，航空和航天领域中；(4)聚乳酸纤维的强度不高，脆性高，韧性差，从而进一步影响聚乳酸复合内饰材料的性能；该方法的主要缺点是工艺流程长，操作复杂，安全性差。又如2012年1月25日公布的公开号为CN102329487A的“一种功能化碳纳米管阻燃聚乳酸及其制备方法”的专利，公开的材料由纯聚乳酸、碳纳米管、抗氧剂和抗滴落剂组成；公开的方法是：先将碳纳米管功能化并和聚乳酸树脂混合，获得聚乳酸母料，再将聚乳酸母料、聚乳酸、抗氧化剂和抗滴落剂加入挤出机中，共混挤出，得到具有阻燃功能的聚乳酸。该材料的主要缺点是(1)对聚乳酸的要求较高，要求分子量大且分布窄，这造成制造成本增加；(2)作为无机材料的碳纳米管与有机材料的聚乳酸界面相容性差，在两相界面剥离，从而降低材料的性能；该方法的主要缺点是工艺流程长，操作复杂，安全性差。

发明内容

本发明的目的是针对现有聚乳酸材料及其制备方法的不足，提供了一种纤维素偶合纳米金属氧化物增强聚乳酸材料及其制备方法，本发明方法通过纳米金属氧化物偶联纤维素，促使纳米材料与聚乳酸纤维均匀分散，采用共混合法制备复合增强聚乳酸纤维材料，本发明方法主要具有工艺流程短、操作简便且安全等特点；采用本发明方法制备出的增强聚乳酸材料，主要具有强度高、耐热性好等特点。

实现本发明的技术方案是：一种纤维素偶合纳米金属氧化物增强聚乳酸材料的组分及质量百分数为：

其中：所述的纳米金属氧化物为粒径为10～50纳米的纳米氧化锌或纳米二氧化硅或纳米二氧化钛或纳米氧化锆等；

所述的纤维素盐为纤维素钠或纤维素锂或羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素锂或羟丙基甲基纤维素钠或羟乙基纤维素钠等；

所述的天然纤维为木质纤维素或竹纤维素或黄麻纤维素；

所述的活化剂为N，N’-羰基二咪唑或甲苯二异氰酸酯或异氰酸氯磺酸酯或甲基异氰酸酯；

所述的氨基硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷或氨丙基三甲氧基硅烷或2-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷或二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷或氨乙基氨丙基甲基二甲氧基硅烷或氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷等；

所述的催化剂为氯化亚锡或溴化亚锡或硫酸亚锡或二壬氧基錫或肉豆蘧酸锡或辛酸锡或硬脂酸錫等；

所述的引发剂为2-羟乙基-2-乙基丁酰溴或苯甲醇或乙烯乙二醇或溴代异丁酸乙二醇酯等；

所述的分散剂为聚已二醇或聚(乙二醇)二丙烯酸酯或二(甲基)丙烯酸二甘醇酯或三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯等。