[发明专利]一种生物基可降解复合阻氧膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种生物基可降解复合阻氧膜及其制备方法与应用。该复合膜是由生物基可降解的聚乳酸和两亲性分子链接枝改性的纤维素纳米晶体经溶液共混‑流延法制成；两亲性分子链接枝改性的纤维素纳米晶体是首先通过羧基化纤维素纳米晶表面的羧基与端胺基极性分子链之间的酰胺化反应制成胺基化纤维素纳米晶，再通过胺基化纤维素纳米晶表面的胺基与脂肪醛之间的还原胺化反应制得；改性纤维素纳米晶占复合膜质量的1～5wt％。本发明所制备的阻氧膜具有来源广、可再生、可降解、氧气阻隔性优异、透光性好等优点，在包装领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于高分子纳米复合膜领域，具体涉及一种生物基可降解高阻氧膜及其制备方法与应用。

背景技术

石油基聚合物因其易加工、成本低、柔韧性好等优点，在电子、食品、医药、航空等包装防护领域得到了广泛的应用。然而，阻隔材料的大规模使用给人类带来便利的同时，造成了严重的环境污染，也加剧了人类社会对日益枯竭石化资源的依赖性。开发绿色可再生阻隔材料是解决当前环境污染和资源短缺的主要途径。聚乳酸(PLA)作为一种可再生材料，因其生物降解性、来源丰富、性能稳定等优点，成为最具市场应用前景的可降解聚合物之一。然而其气体阻隔性差，限制了其在包装领域推广应用。因此，提高PLA的气体阻隔性能是扩大其发展应用的关键。

纤维素纳米晶(CNCs)是一种来源于植物纤维的纳米材料，具有可降解、可再生、优异的阻隔性能及力学性能等优点，成为新一代绿色纳米增强填料。然而，CNCs因其表面的亲水性在疏水PLA中存在分散困难、易团聚、界面结合弱的问题，不能充分发挥其优异的阻隔性能增强效果，导致CNCs/PLA复合材料的阻隔性不能满足实际工程的高阻隔需求。目前提高CNCs/PLA复合材料阻隔性能的方法主要着眼于CNCs的疏水改性，通过疏水改性来提高CNCs在PLA的分散性，然而材料阻隔性能的提升十分有限。现有技术的局限性在于未考虑CNCs-PLA界面结合的影响。而对于CNCs/PLA材料，除了分散性，界面结合强度是影响整体材料性能的另一关键因素。目前，关于两亲性分子链改性纤维素纳米晶/PLA阻氧膜的研究还未见报道。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种生物基可降解高阻氧膜。

本发明通过在纤维素纳米晶表面接枝两亲性分子链实现同时提升其在PLA中的分散性和界面结合强度；利用羧基化纤维素纳米晶表面的羧基与端胺基极性分子链之间的酰胺化反应制成胺基化纤维素纳米晶，再通过胺基化纤维素纳米晶表面的胺基与脂肪醛之间的还原胺化反应在端胺基极性分子链末端接枝疏水碳链，得到两亲性分子链接枝改性纤维素纳米晶。一方面，纤维素纳米晶表面接枝的极性分子链中的胺基可以与PLA中的羰基氧形成氢键，起到增强界面结合的作用；另一方面，疏水段能够通过范德华力、物理缠绕作用增强CNCs与PLA相容性，这两方面的协同作用能够最大限度提升纤维素纳米晶在PLA中分散性以及CNCs-PLA的界面结合强度，进而实现在低填充量(≤5wt％)下显著增强PLA的阻隔性。

本发明的两亲性分子链接枝改性纤维素纳米晶/PLA高阻氧膜，能够有效解决当前可降解阻氧膜的阻氧性差的难题。

本发明的另一个目的在于提供上述一种生物基可降解高阻氧膜的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述一种生物基可降解高阻氧膜的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种生物基可降解阻氧膜，由聚乳酸(PLA)和两亲性分子链接枝改性纤维素纳米晶构成，其中两亲性分子链接枝改性纤维素纳米晶占阻氧膜的质量百分比为1～5％，纤维素纳米晶为羧基化纤维素纳米晶，两亲性分子链为-(NH-CH₂-CH₂)_x-NH-(CH₂)_y-1-CH₃，其中x为2、3、4或5，y为1、2、3或4。