一種聚乳酸/納米纖維素復合材料的制備方法技術

本發明專利技術提供一種聚乳酸/納米纖維素復合材料的制備方法，該復合材料包括以下重量百分比的各組分：聚乳酸55~99.8%，納米纖維素0.1~15%，聚乙二醇0.1~30%，該方法包括以下步驟：配制5~15%微晶纖維素水溶液，滴加濃硫酸至硫酸濃度達40~60%，攪拌反應1~2h，離心、超聲，調pH值至中性，得納米纖維素懸浮液；將聚乙二醇溶解，與納米纖維素懸浮液混合，在90℃攪拌1h~3h，真空干燥，得聚乙二醇/納米纖維素共混料；將聚乙二醇/納米纖維素共混料與聚乳酸在120~170℃熔融共混5~8min，得復合材料。該方法操作方便、簡單易行、制備過程耗時短，解決了納米纖維素在聚乳酸中的均勻分散性問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及聚合物加工
，具體涉及。
技術介紹
傳統石油基材料由于其不可降解性所造成的“白色污染”，已經威脅到了生態環境，且石油為不可再生資源。所以，以天然可再生資源為基礎的可生物降解聚合物受到了越來越多的重視，成為日后發展的趨勢。聚乳酸就以其良好的生物相容性、熱塑性和生物降解性而備受青睞。但是，純的聚乳酸材料質硬、脆性大、耐沖擊強度差、耐熱變形溫度低，而且反應性官能團少、不具親水性，導致聚乳酸降解速度緩慢。這就促使人們對聚乳酸進行改性，提高其性能及應用范圍。納米纖維素也是自然界中的一種可再生資源，具有價廉易得、比表面積大、親水性高、生物相容性好、機械強度高等優點。聚乳酸/納米纖維素復合材料與純聚乳酸材料相比，親水性、柔韌性、生物降解性等都明顯提高，在生物、醫學等領域都有良好的應用前景， 是個很好的研究方向。而由于納米纖維素在復合過程中均勻分散性比較差，所以現有技術中在聚乳酸/納米纖維素復合材料中一般通過對納米纖維素進行表面改性改善納米纖維素與聚乳酸之間相容性，提高納米纖維素的均勻分散性，使納米纖維素能均勻地分散在聚乳酸基體中。目前，聚乳酸/納米纖維素復合材料的制備方法一般為溶液澆鑄法。此方法不但耗時長，且復合過程中納米纖維素在聚乳酸基體中均勻分散性差，難以大批量得到復合材料。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供，該制備方法不僅操作方便、簡單易行、制備過程耗時短，而且解決了納米纖維素在聚乳酸基體中的均勻分散性問題，所得復合材料綠色可降解，無環境負擔，應用前景廣闊，適于推廣。本專利技術所采用的技術方案為，所述聚乳酸/納米纖維素復合材料包括以下重量百分比的各組分聚乳酸55、9. 8%，納米纖維素O.廣15%，聚乙二醇O.廣30%，該制備方法包括以下步驟(O酸水解制備納米纖維素懸浮液配制質量百分比為5 15%的微晶纖維素水溶液， 然后在冰水浴中邊攪拌邊向微晶纖維素水溶液中滴加濃硫酸至硫酸濃度達到40飛0%，使在 4(T60°C下攪拌反應f 2h，將所得懸浮液離心、超聲，并用氫氧化鈉溶液調節pH值至中性， 得到納米纖維素懸浮液。(2)溶液澆鑄法制備聚 乙二醇/納米纖維素共混料將聚乙二醇加入足量蒸餾水中進行溶解形成聚乙二醇水溶液，將步驟(I)得到的納米纖維素懸浮液與聚乙二醇水溶液進行混合，在90°C水浴鍋中磁力攪拌ltT3h，蒸發水溶劑后真空干燥，制得聚乙二醇/納米纖維素共混料。(3)熔融共混法制備聚乳酸/納米纖維素復合材料將步驟(2)得到的聚乙二醇/ 納米纖維素共混料與聚乳酸在12(T170°C溫度下，進行熔融共混5lmin，得到聚乳酸/納米纖維素復合材料。熔融共混法即在高溫熔融狀態下將兩相原料共混，得到均勻分散的共混物。常見的熔融共混法所使用的機器有密煉機、雙輥開煉機，雙螺桿擠出機，煉塑機等。所述聚乙二醇為聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇1000、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000、聚乙二醇10000、聚乙二醇20000中的一種。與現有技術相比，本專利技術具有以下顯著優點和有益效果本專利技術在溶液澆鑄法的基礎上采用了熔融共混法，使聚乳酸/納米纖維素復合材料的合成方法簡單，制備更加方便快捷，制備過程時間短，成本低，利于工業化生產，并且解決了納米纖維素在聚乳酸基體中的均勻分散性問題，所制備的材料在性能上也比溶液澆鑄法更勝一籌。該復合材料通過引入聚乙二醇，明顯改善了納米纖維素和聚乳酸之間的相容性，提高了界面黏結力；通過該制備方法得到的納米纖維素增強聚乳酸復合材料，與純的聚乳酸相比，斷裂伸長率和沖擊強度都有大幅提高。本專利技術所提供的聚乳酸/納米纖維素復合材料，制備原料納米纖維素和聚乳酸均來源于可再生資源，所以該復合材料綠色可降解、無環境負擔，廢棄后可以完全生物降解， 符合環境友好型概念，綠色環保，在醫用等領域具有良好的應用前景，適于推廣。附圖說明圖1為本專利技術實施例1所制得的聚乳酸/納米纖維素復合材料的斷面特征電鏡掃描圖，其中(a)為放大1000倍圖，(b)為放大5000倍圖。具體實施方式以下結合實施例對本專利技術作進一步具體描述，但不局限于此。實施例1 :，所述聚乳酸/納米纖維素復合材料包括以下重量百分比的各組分聚乳酸84%，納米纖維素6%，聚乙二醇10%，該制備方 法包括以下步驟(1)酸水解制備納米纖維素懸浮液配制質量百分比為10%的微晶纖維素(微晶纖維素為5g)水溶液，然后在冰水浴中邊攪拌邊向微晶纖維素水溶液中滴加濃硫酸至硫酸濃度達到50%,使在40下。C攪拌反應1. 5h,將所得懸浮液在12000rpm下進行離心IOmin,去上層清液，重復五次，離心樣品在冰水浴中超聲3次，每次超聲lOmin，然后用氫氧化鈉溶液調節pH 值至中性，得到納米纖維素懸浮液；(2)溶液澆鑄法制備聚乙二醇/納米纖維素共混料根據納米纖維素懸浮液中納米纖維素的得率算得懸浮液中納米纖維素的量(5gX83%=4. 15)，稱取6. 915g聚乙二醇-6000， 加入足量蒸餾水并充分攪拌至聚乙二醇完全溶解，往聚乙二醇水溶液中加入步驟(I)制備所得的納米纖維素懸浮液，在90°C水浴鍋中磁力攪拌2h，蒸發水溶劑，待水溶劑蒸發完全后，50°C下真空干燥12h，制得聚乙二醇與納米纖維素兩相比例為5:3的聚乙二醇\納米纖維素共混料；(3)熔融共混法制備聚乳酸/納米纖維素復合材料稱取42g聚乳酸，Sg步驟(2)制得得聚乙二醇\納米纖維素共混料，在170°C、30rpm轉子轉速下，密煉機密煉5min，制得聚乙二醇含量10%、納米纖維素含量為6%的聚乳酸/納米纖維素復合材料，其斷面特征的電鏡掃描圖如圖1所示。所制備的復合材料與純的聚乳酸相比，拉伸強度降低了 20. 5%，斷裂伸長率提高了 845. 3%，沖擊強度提高了 197. 6%。 實施例2:，所述聚乳酸/納米纖維素復合材料包括以下重量百分比的各組分聚乳酸88%，納米纖維素2%，聚乙二醇10%，該制備方法包括以下步驟(1)酸水解制備納米纖維素懸浮液配制質量百分比為10%的微晶纖維素(微晶纖維素為5g)水溶液，然后在冰水浴中邊攪拌邊向微晶纖維素水溶液中滴加濃硫酸至硫酸濃度達到50%,使在40下。C攪拌反應1. 5h,將所得懸浮液在12000rpm下進行離心IOmin,去上層清液，重復五次，離心樣品在冰水浴中超聲3次，每次超聲lOmin，然后用氫氧化鈉溶液調節pH 值至中性，得到納米纖維素懸浮液；(2)溶液澆鑄法制備聚乙二醇/納米纖維素共混料根據納米纖維素懸浮液中納米纖維素的得率算得懸浮液中納米纖維素的量(5gX83%=4. 15)，稱取20. 75g聚乙二醇-6000， 加入過量蒸餾水并充分攪拌至聚乙二醇完全溶解，往聚乙二醇水溶液中加入步驟(I)制備所得的納米纖維素懸浮液，在90°C水浴鍋中磁力攪拌3h，蒸發水溶劑，待水溶劑蒸發完全后，50°C下真空干燥12h，制得聚乙二醇與納米纖維素兩相比例為5 1的聚乙二醇\納米纖維素共混料；(3)熔融共混法制備聚乳酸/納米纖維素復合材料稱取44g聚乳酸，6g步驟(2)制得的聚乙二醇\納米纖維素共混料，在170°C、30rpm轉子轉速下，密煉機密煉5min，制得聚乙二醇含量10%、納米纖維素含量為2%的聚乳酸/納米纖維素復合材料。所制備的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種聚乳酸/納米纖維素復合材料的制備方法，所述聚乳酸/納米纖維素復合材料包括以下重量百分比的各組分：聚乳酸55~99.8%，納米纖維素0.1~15%，聚乙二醇0.1~30%，其特征在于包括以下步驟：（1）酸水解制備納米纖維素懸浮液：配制質量百分比為5~15%的微晶纖維素水溶液，然后在冰水浴中邊攪拌邊向微晶纖維素水溶液中滴加濃硫酸至硫酸濃度達到40~60%，使在40~60℃下攪拌反應1~2h，將所得懸浮液離心、超聲，并用氫氧化鈉溶液調節pH值至中性，得到納米纖維素懸浮液；（2）溶液澆鑄法制備聚乙二醇/納米纖維素共混料：將聚乙二醇加入足量蒸餾水中進行溶解形成聚乙二醇水溶液，將步驟（1）得到的納米纖維素懸浮液與聚乙二醇水溶液進行混合，在90℃水浴鍋中磁力攪拌1h~3h，蒸發水溶劑后真空干燥，制得聚乙二醇/納米纖維素共混料；（3）熔融共混法制備聚乳酸/納米纖維素復合材料：將步驟（2）得到的聚乙二醇/納米纖維素共混料與聚乳酸在120~170℃溫度下，進行熔融共混5~8min，得到聚乳酸/納米纖維素復合材料。

【技術特征摘要】
1.一種聚乳酸/納米纖維素復合材料的制備方法，所述聚乳酸/納米纖維素復合材料包括以下重量百分比的各組分聚乳酸55、9. 8%，納米纖維素O.廣15%，聚乙二醇O. Γ30%,其特征在于包括以下步驟 (O酸水解制備納米纖維素懸浮液配制質量百分比為5 15%的微晶纖維素水溶液，然后在冰水浴中邊攪拌邊向微晶纖維素水溶液中滴加濃硫酸至硫酸濃度達到40飛0%，使在4(T60°C下攪拌反應f 2h，將所得懸浮液離心、超聲，并用氫氧化鈉溶液調節pH值至中性，得到納米纖維素懸浮液； (2)溶液澆鑄法制備聚乙二醇/納米纖維素共混料將聚乙二醇加入足量蒸餾水中進行溶解形成聚乙二醇水溶液，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張萍，高德，鄒萍萍，林夢霞，
申請(專利權)人：浙江大學寧波理工學院，
類型：發明
國別省市：