[发明专利]一种纤维素衍生物接枝聚乳酸的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种纤维素衍生物接枝聚乳酸的制备方法和应用，包括以下步骤：将纤维素衍生物加入到溶剂中，溶解后加入聚乳酸，搅拌至聚乳酸完全溶解；加入催化剂，升温后反应；真空干燥即得到纤维素接枝聚乳酸共聚物。本发明制备纤维素接枝聚乳酸共聚物，用于全生物可降解薄膜的制备，提高聚乳酸纤维素复合膜中两项界面相容性，改善复合膜的机械力学性能以及透明性。本发明所用原料为商业聚乳酸，利用酯交换的方法，将其与纤维素衍生物反应，获得的聚乳酸接枝纤维素可用于聚乳酸/纤维素复合材料的界面增溶剂，改善复合材料力学性能，该方法避免了使用高纯度丙交酯单体以及开环聚合反应条件要求高、催化剂昂贵的问题，易于工业化。

技术领域

本发明属于医药领域，涉及一种纤维素衍生物接枝聚乳酸的制备方法及应用。

背景技术

PLA 是一种以生物植物为原料人工合成的可生物降解的热塑性脂肪族聚酯，在自然环境下PLA能够完全降解成小分子。PLA能采用通用的塑料加工方法，如挤出、模塑、浇注成型、熔融纺、溶液纺、吹塑等进行加工，因此，PLA可以代替现有的石油基塑料制品，解决环境污染的问题。特别是在包装领域，PLA具有良好的光泽性和透明度，良好的透氧性、透气性及透二氧化碳性，所以可以用来制作双向拉伸薄膜、保鲜包装材料，代替目前通用的石油基塑料薄膜材料，如聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等。但PLA作为包装材料，目前的实际应用仍然受到限制，主要是由于PLA薄膜性脆、力学强度低、尺寸稳定性差等，而且成本较石油基塑料高等缺点。共混改性是改善PLA薄膜材料的机械性能，降低PLA薄膜成本的有效途径。纤维素及其衍生物来源丰富，是可再生的生物资源，价格低廉，在自然环境中能够完全降解，是环境友好材料。利用纤维素及其衍生物等对聚乳酸共混改性，一方面可以制备完全生物降解的高分子材料，并且改善聚乳酸的机械力学性能以及耐热性能，另一方面利用纤维素的低成本优势，有效降低聚乳酸薄膜价格。制备的共混薄膜无毒、特别适用于食品包装领域。

纤维素为难溶的天然高分子，纤维素衍生物尽管溶解性得以改善，但纤维素及其衍生物均为结晶性极性聚合物，分子间具有丰富的氢键，因而纤维素及其衍生物很难与非极性PLA形成完全相容的共混物，纤维素及其衍生物与PLA基体不可避免地相分离，从未导致共混物透明性降低，材料机械力学性能的改善还不能完全满足实际的应用需求。通过对纤维素或其衍生物改性，进一步提高其余PLA 的相容性，从而使得改性的纤维素以更小的尺度均匀分散在聚乳酸中，从而不会明显影响聚乳酸的透明性，并且通过改性纤维素可有效增强两相间分子间作用力，改善共混物的力学性能，使其综合性能满足实际应用需求。

制备聚乳酸接枝纤维素（包括纤维素衍生物）采用界面增溶剂，改善聚乳酸/纤维素复合材料的力学性能是一个可行的方法。专利CN103450361A 公开了在离子液体中制备羧甲基纤维素接枝聚乳酸的方法，该聚合物具有两亲性，可形成纳米胶束，应用于药物传递、靶向治疗、医学成像等领域。专利CN 105504235 A将纤维素、有机碱与有机溶剂混合，往混合体系中充入CO2，反应得到具有纤维素基CO2 可逆聚离子化合物的溶液，再与丙交酯反应制备了纤维素接枝聚乳酸共聚物。专利CN 103193964 A公布了上述类似的方法，首先将纤维素溶于离子液体中，得到纤维素/离子液体溶液;向所述纤维素/离子液体溶液中加入酰化剂进行纤维素均相酰化反应;再加入环状丙交酯单体进行开环接枝共聚合反应，得到纤维素醋接枝共聚物，上述制备方法均较为繁琐，且使用丙交酯开环聚合对原料的纯度有较高的要求。

为提供工艺相对简单纤维素接枝聚乳酸共聚物，专利CN105504235A提供一种利用纤维素为原料制备纤维素接枝聚乳酸共聚物的方法，将纤维素、有机碱与有机溶剂混合，再与CO₂反应，得到具有纤维素基CO₂可逆聚离子化合物的溶液；再加入环状丙交酯单体进行开环接枝共聚合反应，得到纤维素醋接枝共聚物，但是专利中的制备方法仍需要使用高纯度的丙交酯单体，且工艺路线较长。