中石化获新发明专利授权，大幅提高PLA膜材的韧性、断裂伸长率和耐热性

4月5日,中国石化新获得一项发明专利授权,专利名为“一种改性聚乳酸薄膜材料”,专利申请号为CN202011590451.7。

当前聚乳酸薄膜制备现有工艺主要存在以下几个方面的主要问题:(1)聚乳酸脆性大,生产的薄膜材料的韧性差,断裂伸长率低。(2)聚乳酸耐热性差,生产的薄膜材料难以满足工业产品的耐热标准。(3)聚乳酸成本高,必须使用其它填剂来降低生产成本,同时不影响聚乳酸薄膜的全生物降解性。

作为纸浆造纸和生物燃料工业的副产品,目前每年生产约5000万吨木质素,工业生产的木质素被认为是低价值的材料,被用作锅炉燃料以产生热量和电能,木质素的芳香性及参与自由基交联反应的能力,使其成为聚合物添加剂,可以对现有的热塑性塑料进行改性,以增强塑料材料的抗紫外性、抗菌性、耐热性及成核性能。将木质素添加到聚乳酸薄膜材料中,不仅可以降低生产成本,而且薄膜可以全生物降解。木质素的添加可以提高聚乳酸薄膜材料的韧性、断裂伸长率及耐热性,加快聚乳酸的结晶速率。

一方面,聚乳酸与木质素的玻璃化温度和熔点都不同,而且聚乳酸不稳定,高温下容易分解,所以在制备薄膜材料时需要合适的成型加工温度。另一方面,木质素是一种天然植物成分,分子链上有大量氢键,分子间氢键作用强,不易分散在聚乳酸等疏水性有机聚合物基体中,在制备薄膜材料时最大的问题是改良二者的界面相容性,使分子之间达到较好的融合,获得优良性能的聚乳酸薄膜材料。

针对以上不足,本发明提供了一种改性聚乳酸薄膜材料,材料具有良好的韧性和断裂伸长率,绿色可降解,生产成本低。可应用于农用地膜、食品包装和医用卫生品等领域。

一种改性聚乳酸薄膜材料,通过以下方法制备:

将木质素磺化,L‑乳酸先在磺化木质素羟基原位上进行改性,L‑丙交酯在L‑乳酸改性的磺化木质素上进行聚乳酸的合成反应,乳酸钠的催化下合成磺化木质素接枝聚乳酸(Lg‑g‑PLLA),解决了强极性木质素与疏水性聚乳酸相容性差的问题;

以异山梨醇作为增塑剂,将Lg‑g‑PLLA与PLLA在双螺杆挤出机中反应性混炼挤出造粒,最后通过吹膜机吹膜成型制备聚乳酸薄膜材料。

与现有的技术相比,本发明具有以下优势:

(1)先对木质素进行磺化改性,通过L‑乳酸改性磺化木质素,再以L‑丙交酯在L‑乳酸改性的磺化木质素上原位上进行聚合反应合成聚乳酸,在降低木质素极性的同时成功将木质素复合到聚乳酸薄膜材料中,提高了聚乳酸薄膜的韧性和断裂伸长率。

(2)木质素的玻璃化转变温度高,耐热性好,将木质素复合到聚乳酸薄膜中,提高了聚乳酸薄膜的玻璃化转变温度。

(3)添加一定比例的木质素到聚乳酸薄膜中,降低了聚乳酸薄膜的生产成本,且制备的聚乳酸薄膜材料绿色全生物降解。

测得部分实施例木质素改性聚乳酸薄膜材料的性能显示,相对于纯聚乳酸薄膜材料(直角抗撕裂强度为95KN/m,断裂伸长率为8%,玻璃化转变温度为65℃),木质素改性的聚乳酸薄膜材料的直角抗撕裂强度提高了58%-77%,断裂伸长率提高了525%-610%倍,玻璃化转变温度提高了65℃-70℃。

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