[发明专利]一种制备高水蒸气阻隔可生物降解复合材料的方法

说明书

本发明是一种制备高水蒸气阻隔可生物降解复合材料的方法，其主要内容是以生物降解高分子为基体，疏水性生物降解酯类化合物为分散相，将基体以及分散相进行熔融混合调控生物降解酯类化合物在生物降解高分子基体中的形态结构，并利用其有效复配一方面降低复合材料的极性减弱水蒸气对复合材料的影响并封锁水蒸气在复合材料表面的扩散路径，另一方面增加水蒸气在复合材料内部的扩散路径，以获得高的水蒸气阻隔性能，并使其水蒸气阻隔性能对环境湿度稳定。该方法是一种连续生产过程，工艺简单，不同批次之间的产品质量指标稳定，可大规模工业化生产，具有广阔的工业化和市场前景，在复合材料理论研究和应用开发等方面具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种高水蒸气阻隔可生物降解复合材料的制备方法，更具体的说是涉及一种制备可完全生物降解、可熔融加工、力学性能优良、水蒸气阻隔性能优良且其阻隔性能不随环境湿度变化的高水蒸气阻隔可生物降解复合材料的方法，涉及复合材料技术领域。

背景技术

生物降解高分子材料是一种来源广泛的可再生资源，有良好的生物相容性，在自然环境中易于降解不会造成污染，已成为替代传统石油基塑料的优选，在阻隔材料方面应用广泛。但一些生物降解高分子材料如天然高分子材料含有羟基和羧基等对水蒸气敏感的极性基团，而合成高分子材料其分子链往往具有柔性使水蒸气易于在其中扩散，故而生物降解高分子材料一般水蒸气阻隔性能较差且其水蒸气阻隔性能在高湿度环境下会大幅降低，限制了其在食品包装和电子器件封装等领域的应用。提高其水蒸气阻隔性能并增加其水蒸气阻隔性能对湿度的稳定性就显得尤为重要。

传统制备具备高水蒸气阻隔性能的复合材料的方法主要是调控渗透物质的扩散路径或对材料进行改性等来降低水蒸气渗透率。Christian Aulin等人利用溶液浇铸法将5%的高比表面积蛭石加入纳米纤维纤维素，水蒸气渗透率由3.3 ng·m/m²·s·KPa降低为1.0 ng·m/m²·s·KPa，阻隔性能提高了70% [1]。Quanling Yang等人利用烷基烯酮二聚体溶液对碱/尿素再生纤维素进行表面改性使材料表面的疏水性提高，水蒸气渗透率由10.4 g·μm/m²·day·KPa降低至7.1 g·μm/m²·day·KPa，阻隔性能提高了33%[2]。这些方法虽然能够提高材料的阻隔性能，但无机填料往往难以达到良好分散使材料阻隔性能提高有限，另外该法无法提高可生物降解材料水蒸气阻隔性能对湿度的稳定性：ChristianAulin等制备的复合材料的水蒸气渗透率在湿度增加至80%时上升约30倍[1]，而QuanlingYang等制备的改性纤维素薄膜在相对湿度增加至80%后水蒸气阻隔性能下降了3个数量级[2]。

另有学者采用对材料进行改性来提高水蒸气阻隔性能。Jong-Whan Rhim等人利用溶液浇铸法向亲水性高的琼脂/卡拉胶共混物中引入疏水性较高的聚乳酸，使得材料的水蒸气渗透率由100 E-11 g·m/m²·s·Pa降低至5 E-11 g·m/m²·s·Pa，阻隔性能提高了95%[3]。Dan Zhang等将疏水性良好的改性蜂蜡涂覆到复写纸上制备了蜂蜡-复写纸复合材料，实验结果表明蜂蜡-复写纸的疏水性得到很大提高，蜂蜡涂覆量为23g/m²的蜂蜡-复写纸的水蒸气透过率只占未涂覆的8%，即水蒸气阻隔性能提高了92%[4]。Federico Carosio等人利用溶液涂覆将疏水性物质Nafio涂覆在聚乳酸表面，使复合材料的水蒸气渗透率由160 g·mm/m²·day·atm降低至50g·mm/m²·day·atm，阻隔性能提高了70%，同时水蒸气阻隔性能对湿度的稳定性得到了提高[5]。