一种PLA基可降解复合膜及其制备方法

本发明属于绿色生物可降解复合材料，具体涉及一种pla基可降解复合膜及其制备方法。

背景技术：

1、食品包装工业的快速发展增加了石油基材料的使用，导致环境污染压力不断增加。生物基可生物降解高分子材料作为一种新概念出现，以满足石油基包装材料的挑战。因此，以生物聚合物为基础的食品包装因其巨大的价值和在短生命周期内易于回收而得到发展。

2、在几种生物聚合物中，聚乳酸(pla)作为食品包装材料的研究和应用前景最为广阔。适当的强度、透明度和较低的能源消耗使pla生产在成本方面具有潜在优势。尽管pla具有上述优点，但存在韧性差、阻隔性差等缺点，这将影响其被更广泛地应用。因此，为了改善和提高pla在膜材料中的应用潜力，当前许多手段通过pla的化学和物理改性，以获得满足未来消费者和工业应用的具备优异性能的pla复合材料。

3、纳米纤维素指的是纳米结构的纤维素，由于其表面丰富的羟基，高长径比，优异的机械性能和高比表面积，使其在各种应用中得到广泛使用。因此，在设计和制造高性能pla复合材料的众多增强剂中，纳米纤维素已成为具有吸引力的组成部分。但由于亲水性纳米纤维素与疏水性pla基体相容性差，这限制了纳米纤维素作为增强剂的使用。

技术实现思路

1、基于现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种pla基可降解复合膜及其制备方法，首先cnc和ommt通过静电吸附、非共价键等协同构筑出有机/无机纳米杂化材料，之后将其与pla混合均匀；cnc-ommt与pla之间存在氢键相互作用，在保留pla生物可降解性的条件下，呈现出力学性能佳、阻隔性能高、降解性能可控等特性；制备方法操作简单，成本低，绿色可降解，安全无毒，在可降解农用膜、包装膜材料、吸管等领域具有广阔的应用前景。

2、为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种pla基可降解复合膜的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)利用双十八烷基二甲基溴化铵改性蒙脱土，得到有机改性蒙脱土ommt；

5、(2)分别将纤维素纳米晶cnc和有机改性蒙脱土ommt分散于水中，得到cnc悬浮液和ommt悬浮液；将cnc悬浮液逐滴加入ommt悬浮液，超声处理后冷冻干燥得到cnc-ommt粉末；

6、(3)将cnc-ommt粉末均匀分散在pla溶液中，之后进行流延涂膜、干燥，得到pla基可降解复合膜。

7、作为优选方案，所述步骤(1)，包括：

8、在反应器中加水并加热至80～90℃，接着加入蒙脱土mmt膨胀3～4h，之后添加双十八烷基二甲基溴化铵并在80～90℃下搅拌10～11h，反应结束后洗涤，得到有机改性蒙脱土ommt。

9、作为优选方案，所述蒙脱土mmt与双十八烷基二甲基溴化铵的质量之比为(8～10)：(8～8.3)。

10、作为优选方案，所述步骤(2)中，用c6h8o7和hcl的混合酸在80～90℃下水解微晶纤维素mcc，制得纤维素纳米晶cnc；其中，水解时间为3～5h。

11、作为优选方案，所述混合酸中的c6h8o7和hcl的摩尔比为1：2。

12、作为优选方案，所述步骤(2)中，ommt悬浮液的质量浓度为0.1～0.2％。

13、作为优选方案，所述步骤(2)中，ommt与cnc的质量比为1：1。

14、作为优选方案，所述步骤(2)中，超声处理时间为20～30min。

15、作为优选方案，所述步骤(3)中，pla溶液的固液比为1：(5～7)。

16、本发明还提供如上任一方案所述的制备方法制得的pla基可降解复合膜，所述pla基可降解复合膜中的cnc-ommt的质量分数为1～10％。

17、本发明与现有技术相比，有益效果是：

18、(1)本发明利用cnc和ommt通过非共价键制得有机/无机纳米杂化材料，再将其作为增强剂加入pla，ommt有效改善亲水性cnc与疏水性基质pla间的相容性，促进填料的均匀分散，制得的pla基可降解复合膜呈现力学性能佳、阻隔性能高、降解性能可控等特性，能够在一定程度上替代目前市场上的传统石油基材料以及部分同类的可降解材料，可用于可降解农用膜、包装膜材料、吸管等应用领域，具有可观的社会效益和经济效益，应用前景广阔；

19、(2)本发明使用的制备方法简单，易成批量生产，市场需求大，具有可观的社会效益和经济效益；

20、(3)本发明利用来源广泛、制备简单的纳米纤维素为原料，具有表面丰富的羟基，高长径比，优异的机械性能和高比表面积等优点。

技术特征：

1.一种pla基可降解复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)，包括：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述蒙脱土mmt与双十八烷基二甲基溴化铵的质量之比为(8～10)：(8～8.3)。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，用c6h8o7和hcl的混合酸在80～90℃下水解微晶纤维素mcc，制得纤维素纳米晶cnc；其中，水解时间为3～5h。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合酸中的c6h8o7和hcl的摩尔比为1：2。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，ommt悬浮液的质量浓度为0.1～0.2％。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，ommt与cnc的质量比为1：1。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，超声处理时间为20～30min。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，pla溶液的固液比为1：(5～7)。

10.如权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的pla基可降解复合膜，其特征在于，所述pla基可降解复合膜中的cnc-ommt的质量分数为1～10％。

技术总结
本发明涉及一种PLA基可降解复合膜及其制备方法，包括以下步骤：(1)利用双十八烷基二甲基溴化铵改性蒙脱土，得到有机改性蒙脱土OMMT；(2)分别将纤维素纳米晶CNC和有机改性蒙脱土OMMT分散于水中，得到CNC悬浮液和OMMT悬浮液；将CNC悬浮液逐滴加入OMMT悬浮液，超声处理后冷冻干燥得到CNC‑OMMT粉末；(3)将CNC‑OMMT粉末均匀分散在PLA溶液中，之后进行流延涂膜、干燥，得到PLA基可降解复合膜。本发明利用CNC和OMMT通过非共价键制得有机/无机纳米杂化材料，再将其作为增强剂加入PLA，OMMT有效改善亲水性CNC与疏水性基质PLA间的相容性，促进填料的均匀分散。

技术研发人员：余厚咏,谢瑶,卢伟东,陈雪飞,陈祥,董延娟
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17