[发明专利]一种增强型聚乳酸基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种增强型聚乳酸基复合材料及其制备方法。本发明以聚乳酸为基料，改性纳米碳酸钙和改性纳米原纤化纤维素为增强剂，羧甲基纤维素和瓜尔胶为分散剂和增容剂，并加入壳聚糖作为抗菌剂，通过高速剪切分散、水浴蒸发、烘干、挤出造粒以及流延成型等工序，制得一种增强型聚乳酸基复合材料。本发明的一种增强型聚乳酸基复合材料，所用原料取自自然，均可生物降解，是一种绿色环保的复合材料；原料来源广，降低了生产成本，有利于工业化生产；使用改性纳米级材料改性纳米碳酸钙、改性纳米原纤化纤维素，能有效改善聚乳酸的力学性能，赋予复合材料优良的综合性能。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种增强型聚乳酸基复合材料及其制备方法。

背景技术

纳米粒子分散在复合材料体系中，因其粒径小、比表面积大、表面层内原子所占比例大，在理论上可以与体系中的高分子聚合物充分地吸附、键合，增强粒子与基体的界面粘合；而且，纳米粒子活性强，可以与其它助剂等分子中存在的诸多活性点发生强烈的相互作用，能够显著改善复合材料的力学性能。

纳米碳酸钙和纳米原纤化纤维素（NFC）就是属于纳米级的材料。纳米碳酸钙即超微细碳酸钙，应用于高分子材料中，具有增韧补强的作用，能显著提高材料的强度和光泽度；纳米原纤化纤维素，是高温高压下对天然纤维素经适当的机械处理，在高剪切作用下发展原细纤维化而得的纳米级新型高分子材料，NFC有较大的尺寸分布范围及长径比，且含有纤维素的无定形区和结晶区，具有较好的透明度、弹性以及抗冲击性。

聚乳酸（PLA）是一种新型的生物降解材料，在自然界中能够完全生物降解为水和二氧化碳，可替代传统不可再生资源（石化产品等），降低环境污染，有效保护环境。聚乳酸作为一种环境友好型材料，最为突出特点就是其降解性和生物相容性，除此之外，聚乳酸还具有优异的后加工性、透明性、气体阻隔性和热阻隔性；但聚乳酸材料也存在一些缺点，其一，聚乳酸表面疏水，这大大降低了其与天然亲水性材料（如植物纤维材料）之间的界面结合力；其二，聚乳酸发脆，抗冲击性等力学性能较差。

目前，为解决聚乳酸的力学性能差的问题，很多研究者通过添加纳米纤维素/纤维素进行增强，同时为提高纳米纤维素/纤维素与聚乳酸之间的界面结合力，往往利用硅烷偶联剂等增容性助剂，或使用三氯甲烷、氯仿等有机溶剂溶解聚乳酸，所用助剂、溶剂等具有一定毒性，且不易降解，并且只使用纤维素进行增强聚乳酸，其效果不太明显．因此，本发明致力于研究一种增强型聚乳酸基复合材料，所用原料均可生物降解，具有很强的理论意义和应用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明旨在提供一种增强型聚乳酸基复合材料及其制备方法。

本发明通过如下技术方案实现：

一种增强型聚乳酸基复合材料，包括以下重量份原料：聚乳酸50-70份；改性纳米碳酸钙25-35份；改性纳米原纤化纤维素5-15份；羧甲基纤维素3-6份；壳聚糖0.1-0.5份；瓜尔胶0.5-1份。

进一步的，所述聚乳酸，是熔点145℃、熔指5.5g/10min的聚乳酸。

进一步的，所述改性纳米碳酸钙，粒径在55nm和100nm之间，经硬脂酸表面改性。

进一步的，所述改性纳米原纤化纤维素，经强阳离子聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）表面改性。

更进一步的，本发明还包括一种增强型聚乳酸基复合材料的制备方法，它包括以下步骤：

步骤（1）：称取上述重量份的羧甲基纤维素、壳聚糖和瓜尔胶，溶解于65℃的热水中，并不断搅拌直至完全溶解；

步骤（2）：称取上述重量份的聚乳酸溶解于有机溶剂中，并将此溶液加入到步骤（1）所得的混合溶液中，在高速剪切机中以一定速度分散，然后将充分分散后的混合液通过100℃的水浴蒸发溶剂，待溶剂蒸发完全后，设置烘箱温度为65℃并将混合物于烘箱中12h后取出，得初步的聚乳酸复合料。