[发明专利]一种天然杜仲胶/纤维素改性聚乳酸复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种天然杜仲胶/纤维素改性聚乳酸复合材料，包括天然杜仲胶/纤维素复合弹性体，偶联剂和PLA，其中，PLA占质量分数65％～89％，天然杜仲胶/纤维素复合弹性体占质量分数10％～30％，偶联剂占质量分数1％～5％，以上各组分含量的质量百分数之和为100％。本发明还公开了其制备方法，该工艺实现了活性纤维素、高塑性的天然杜仲胶的开发以及天然杜仲胶/纤维素复合改性PLA材料的制备，将进一步拓展PLA材料的高性能化研究和更为广泛的应用。

技术领域

本发明属于聚乳酸复合材料制备技术领域，具体涉及一种天然杜仲胶/纤维素改性聚乳酸复合材料，还涉及上述天然杜仲胶/纤维素及其改性聚乳酸复合材料的制备方法。

背景技术

随着石油资源日益枯竭、环境污染压力不断增加，通过石油化工途径开发高分子材料存在着能耗高、资源消耗量大、且污染大、制备的高分子材料不易降解而进一步加大环境污染，来自全球学术界和工业界极大地关注着环境友好型生物基可生物降解高分子材料的开发和应用。

近几十年来，已研发出几十种生物可降解聚酯材料，其中聚乳酸 (PLA)由于较好的力学性能、生物相容性与可加工性吸引了最多的关注。目前，全世界每年生产7.0×10⁵～8.0×10⁵吨左右的生物基塑料大约一半是PLA。同时，由于用于合成PLA的原料基本可来源于玉米、谷物等生物可再生的植物资源，其制品使用后在一定外加条件下可分解或降解为无毒无害的二氧化碳和水，有效降低了环境污染问题。

PLA已实现大规模工业化生产并在薄膜、纤维及生物工程支架等前沿科技领域展示出独有而广阔的应用前景；另外，PLA还具有良好的力学性能、透明性、抗菌性和易于加工，在塑料包装、生物医学、生活日用品等行业得到了广泛应用。然而，PLA存在着固有的缺陷，就是其低的抗冲击性和低的耐热性，这将影响其被更广泛地应用，为了改善和提高PLA在应用过程中保持较好的耐冲击性，大量的科研人员通过添加高韧性的弹性体材料，如热塑性聚氨酯(TPU)、乙烯-辛烯接枝共聚物(POE)、苯乙烯-乙烯-丁烯嵌段共聚物(SEBS)等物质，这种通过引入弹性体来改善PLA材料的韧性方法也导致了PLA制品的模量、耐热变形温度和生物可降解性的下降。于此，基于熔融挤出共混方法，将具有高弹性的热塑性橡胶和生物质材料添加到PLA基体中，从而可以有效地解决PLA制品的高韧性、高模量和较好生物可降解性的使用要求。

天然杜仲胶是天然橡胶之一，产自属于杜仲科的杜仲树，是中国的特产，其主要成分是反-1，4-聚异戊二烯。杜仲橡胶在室温时是皮革状的坚韧物质，纯胶无色，纯胶在10℃时结晶，40℃～50℃开始表现有弹性，易伸长，100℃软化，具有可塑性。纤维素是世界上蕴藏量最丰富的天然高分子化合物，生产原料来源于木材、棉花、棉短绒、麦草、稻草、芦苇、麻、桑皮和甘蔗渣等。将各种生物质材料通过酸碱等处理除去木质素、半纤维素和果胶等成分将得到高结晶度的高模量的纤维素材料。结合溶液浸渍和低温混炼技术进行天然杜仲胶/纤维素复合弹性体材料的开发尚未发现，并利用该复合弹性体改性PLA 制品的研究尚未发现。

至今，中国专利CN 105860464A公开了一种回用植物纤维素制木塑复合型3D打印材料的方法，其方法是将回用植物纤维原料风干、除尘后进行粉碎、过筛，再用碱对废弃含植物纤维的原料进行预处理，再与各种助剂混合并粉碎，接着和PLA在预混合，挤出制成木塑复合型3D打印材料。但未提天然杜仲胶的改性及制备高模量、高韧性的 PLA复合材料的研究。另外，《高分子材料科学与工程》(姚蕾，2017， 33(10)，39-44)报道了杜仲胶对聚乳酸的增韧改性的研究论文，通过密炼机将杜仲胶与PLA充分混合并进行模压成型，测试力学性能发现，当PLA/杜仲胶共混物中PLA/杜仲胶的质量比为90/10时，共混物的断裂伸长率较纯PLA提高了14倍，缺口冲击强度提高了5.8倍。但该论文未涉及杜仲胶的改性与纤维素复配用以改善PLA力学性能研究。

发明内容