一种高韧高强聚乳酸的制备方法与流程

本发明涉及可降解塑料改性，具体涉及一种高韧高强聚乳酸的制备方法。

背景技术：

1、一次性包装材料中塑料垃圾严重威胁生态环境与人类生命健康。聚乳酸(pla)具有良好的机械性能和生物降解性，是一种理想的环境友好包装材料。由于pla分子链刚性大和分子间相互作用力较强，pla拉伸强度较高，可达60mpa以上，但是其在受力破坏后的能量耗散能力不佳，呈现出较低的韧性，其断裂伸长率约为7～10％，缺口冲击强度约为2～3kj/m2，这严重限制了其在包装材料领域的使用。

2、现有技术通过共聚、添加增塑剂或弹性体进行改善pla韧性，但是由于力学消耗机制不足，导致韧性提升不明显，且拉伸强度损失较大。现有技术中pla增韧方法主要包括：(1)增加增塑剂、弹性体，(2)刚性粒子增韧，(3)超支化分子链增韧。这些方法的增韧机制主要是增加分子链间作用力、银纹-剪切带以及超支化的球体耗能等传统消耗能量的机制，虽然这些方法能改善pla的韧性，但是对韧性提升效率偏低，需要填充量偏大，且过量后会降低拉伸强度。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足之处，本发明提供了一种高韧高强聚乳酸的制备方法，先合成以聚乙二醇(peg)为主链、端环氧基环糊精为环的聚轮烷，并修饰纳米纤维素，然后将其与pla共混，端环氧基聚轮烷修饰的纳米纤维素对pla分子链拓扑结构形成“滑环”机制，提高pla韧性和强度。

2、一种高韧高强聚乳酸的制备方法，包括以下步骤：

3、首先将聚乙二醇(peg)溶解在无水吡啶中，然后加入1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一烷-7烯(dbu)和2,2-二甲基琥珀酸酐，在60℃的氮气气氛下搅拌过夜，得到端羧基peg(peg-cooh)；

4、将peg-cooh溶解在去离子水中，然后加入环糊精和nf水溶液，再依次加入木质纤维素和金刚烷，将混合溶液搅拌30min，然后放入冰箱储存两天，得到具有白色沉淀的浑浊溶液，将混合物冷冻干燥，得到伪聚轮烷粉末；

5、在氮气气氛下，将四丁基六氟磷酸膦和n-乙基二异丙胺(dipea)与伪聚轮烷粉末混合在无水乙腈溶液中，并在室温下搅拌48h，由此产生的悬浮液被离心去除上清，得到的固体用乙腈洗涤两次，然后在真空下干燥，将得到的白色固体溶解在二甲基亚砜(dmso)中，将得到的溶液滴入去离子水中，过滤冷冻干燥，得到cd-pr，二甲基亚砜与去离子水的体积比为1:10；

6、将cd-pr、甲基丙烯酸缩水甘油酯(gma)、pegma-cdd和4-二甲氨基吡啶(dmap)溶解在无水dmso中，在35℃下搅拌3天，再加入磷酸盐缓冲盐水溶液(pbs)稀释的dmso，水透析，冷冻干燥，制得的端环氧基聚轮烷修饰的纳米纤维素(pr-nf)为白色固体，收率>90％；

7、将pr-nf和pla颗粒置于真空干燥箱中干燥，取不同质量比的pr-nf/pla的颗粒均匀混合，并加入酰肼类聚乳酸成核剂tmc-300(葵二酸二苯基二酰肼)，通过双螺杆挤出机挤出造粒制得共混物小颗粒，然后通过吹膜机制备包装膜。

8、进一步的，所述环糊精是α、β或γ型环糊精的一种。

9、进一步的，gma与cd-pr中的—cd基团不同当量。

10、进一步的，所述吹膜机为单螺杆挤出吹膜机，其包括单螺杆挤出机、吹膜机头、定型装置、牵引装置和收卷装置，其中单螺杆直径为20mm，长径比25:1，挤出机三段温度分别为:140、170、180℃，机头温度设定为:170～190℃，吹膜膜泡由吹膜机头处通入空气使其吹胀和冷却，然后薄膜通过人字板定型、牵引辊牵引，最后由收卷装置辗平和收卷，得到包装膜。

11、由于采用上述技术方案，与现有技术相比本发明的有益效果包括：

12、1)本发明制得的高韧高强聚乳酸包装膜，通过pr-nf中环糊精“环”在拉伸过程中的滑移，引入了新的能量消耗机制，形成“滑轮”式能量消耗机制，减弱了pla分子链缠接，可显著改善pla的韧性；

13、2)端环氧基聚轮烷修饰的纳米纤维素pr-nf与pla末端基团反应性增容，改善了聚轮烷与pla的相容性及纳米纤维素在pla中的分散性，提升纳米纤维素对pla拉伸强度的增强效果；

14、3)本发明制得的端环氧基聚轮烷修饰的纳米纤维素为可降解材料，对pla的降解性无负面影响。

技术特征：

1.一种高韧高强聚乳酸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：；

2.如权利要求1所述的高韧高强聚乳酸的制备方法，其特征在于：所述环糊精是α、β或γ型环糊精的一种。

3.如权利要求1所述的高韧高强聚乳酸的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述二甲基亚砜与去离子水的体积比为1:10。

4.如权利要求1所述的高韧高强聚乳酸的制备方法，其特征在于：步骤4)中，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯与cd-pr中的—cd基团不同当量。

5.如权利要求1所述的高韧高强聚乳酸的制备方法，其特征在于：步骤5)中，所述吹膜机为单螺杆挤出吹膜机，吹膜机的单螺杆直径为20mm，长径比25:1，挤出机三段温度分别为140、170、180℃，机头温度设定为:170～190℃，吹膜膜泡由吹膜机头处通入空气使其吹胀和冷却，然后薄膜通过人字板定型、牵引辊牵引，最后由收卷装置辗平和收卷，得到包装膜。

技术总结本发明涉及可降解塑料改性技术领域，具体涉及一种高韧高强聚乳酸的制备方法，包括以下步骤：端羧基PEG(PEG‑COOH)的制备、伪聚轮烷粉末的制备、CD‑PR的制备、PR‑NF的制备以及PR‑NF/PLA混合制粒吹膜；本发明先合成以聚乙二醇为主链、端环氧基环糊精为环的聚轮烷，并修饰纳米纤维素，然后将其与PLA共混，端环氧基聚轮烷修饰的纳米纤维素对PLA分子链拓扑结构形成“滑环”机制，提高PLA韧性和强度。技术研发人员：陈海,袁婷,倪晋国受保护的技术使用者：安徽集虹材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18