[发明专利]一种贝壳粉改性聚乳酸复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种贝壳粉改性聚乳酸复合材料，所述复合材料的制备原料包括：贝壳粉改性聚乳酸粒料、聚β‑羟基丁酸、聚乙烯醇、聚己内酯、聚乳酸纤维、贝壳粉B，其中，所述贝壳粉改性聚乳酸粒料的制备原料包括：聚乳酸、贝壳粉A、表面活性剂、硅烷偶联剂、聚乙二醇和/或聚乙二醇丙烯酸酯类化合物、壳聚糖接枝共聚物、脱水剂；所述贝壳粉A的粒径为1‑10μm，贝壳粉B的粒径为1‑5μm，且贝壳粉A的粒径大于贝壳粉B。所述复合材料力学性能强，耐热性好，具有良好的吸附性和生物降解性能，是一种绿色环保无污染的新型复合材料，适于室内及车内装饰材料，化妆品或食品包装材料中的应用。

技术领域

本发明属于可降解材料技术领域，具体涉及一种可降解的环境友好型贝壳粉改性聚乳酸复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济的发展，材料与人类的生活以及发展息息相关。作为具有很多优良性能的高分子材料，在人们的生活中起到了不可替代的作用。但是，随着经济的高速发展，高分子材料的使用量急剧增加。由此也带来了日益严重的白色污染，对人类的生存环境产生了严重的威胁。因此，大力开发可降解材料，以替代传统的石油基高分子材料和塑料制品，成为解决经济发展与环境污染不协调问题的有效途径。在诸多可降解材料中，聚乳酸(PLA)由于其良好的生物相容性和可生物降解性，得到了广泛的研究。

聚乳酸的热稳定性好，加工温度为170-230℃，有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸、注射吹塑。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，还具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分广泛。其中，挤出级树脂是聚乳酸的主要用途，主要用于大型超市里新鲜蔬果包装，该类包装已成为欧洲市场链中的重要一员；其次聚乳酸用于一些宣扬安全、节能、环保的电子产品包装上。在这些用途中聚乳酸高透明度、高光泽度、高刚性等优点体现的淋漓尽致，目前已经是聚乳酸应用的主导方向。

尽管纯聚乳酸有着高透明度、高光泽度等优点，但是其硬而脆、加工难度大且不耐热等缺点影响了它的应用。聚乳酸存在的缺点是：1，聚乳酸中有大量的酯键，亲水性差，降低了它与其他物质的生物相容性；2，聚合所得产物的相对分子量分布过宽，聚乳酸本身为线型聚合物，这都使聚乳酸材料的强度往往不能满足要求，脆性高，热变形温度低(146MPa负荷下为54℃)，抗冲击性差；3，降解周期难以控制，虽然纯聚乳酸有良好的可降解性，但与其他高分子材料混合加工后降解时间难以控制；4，价格昂贵，乳酸价格以及聚合工艺决定了聚乳酸的成本较高。如上所述的聚乳酸缺点如难加工、脆性大、成本高等，都极大限制了聚乳酸的应用范围，因此，需要对聚乳酸进行改性，以改善其各方面性能并力求降低其成本。

非专利文献“浅谈聚乳酸改性研究进展”中提到聚乳酸改性基本围绕两个方面：1，增强增韧改性；2，耐热改性。其中增强增韧改性主要方法包含化学改性、等离子体表面改性、共混改性和填充增强改性等；耐热改性主要方法包括加入成核剂提高聚乳酸结晶速度、加入其它耐高温高分子材料、添加化学引发剂等。

在本发明中，发明人采用贝壳粉作为改性原料改性聚乳酸。利用贝壳粉改性聚乳酸的原因在于，当前沿海地区的人们在享受美味海鲜的同时，也被巨大产量的贝壳固体废弃物严重影响着周围的环境而困扰，随着社会的环境保护力度逐步加大，贝壳固体废弃物资源化利用和开发逐渐得到大家的关注。贝壳粉的主要成分为碳酸钙，含少量氧化钙、氢氧化钙等钙化物，其本身为多孔纤维状双螺旋体结构，所以具有良好的吸附甲醛的功效，同时也能将空气中的有害气体如：苯、TVOC、氨气等进行有效的清除。贝壳粉具有孔状结构，孔半径绝大部分分布在20-70nm之间，贝壳粉的比表面积是活性炭的2.5倍，多数孔的半孔宽是活性炭的5倍以上，所以能很好地吸附室内甲醛及细菌，具有除菌除异味的功效。