一种聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料和制备方法及其制备的笔的制作方法

xiaoxiao2020-10-23  4

一种聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料和制备方法及其制备的笔的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高分子复合材料领域,具体涉及一种聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料和制备方法及其制备的笔。
【背景技术】
[0002]高分子材料高性能化是高分子材料产业发展的重要方向,高分子纳米复合材料是以高分子材料为基体材料、通过加入纳米材料制备得到的复合材料,这是制备高性能高分子材料的常用技术。由于纳米材料比表面积大,很小的添加量(通常低于高分子基体质量10%)就可以使高分子复合材料具有更优异的性能。高分子纳米复合材料兼具高分子材料低密度、高韧性和可塑性等特点以及纳米材料优异的力学性能、高耐热性能、高导电导热性能等诸多优良性质,是实现高分子材料高性能化的重要途径和方法。但是通常高分子复合材料所采用的高分子材料和纳米材料由于不能降解,被废弃后容易造成环境污染。在人类生活环境日益恶化的情况下,环保材料已经越来越成为人们追求高品质生活的需求,因此制备高性能的环保高分子纳米复合材料已经成为发展的趋势。
[0003]聚乳酸是一种具有优良生物降解性的高分子材料,由淀粉制备而成,聚乳酸制品废弃后在土壤或水中3个月内会在微生物、水、酸和碱的作用下彻底分解成二氧化碳和水,随后在太阳的光合作用下,又成为淀粉的起始原料,不会对环境产生污染,是一种完全自然循环型的可生物降解高分子材料。但聚乳酸由于晶体大等原因制品较脆,具有热变形温度低、抗冲击性差等缺点,因此需要对聚乳酸进行改性。例如专利CN 101402785 B中加入
0.6?1.0 %的芳基磷酸盐类成核剂和2.5%?5%的碳酸钙等大量助剂来改性聚乳酸,但加入过多的此类助剂无疑会降低制笔材料的生物降解性,不能达到完全的环保要求。
[0004]甲壳素纳米晶是一种新型的聚多糖纳米晶,其在实际使用中有以下优点:(1)原材料来源广泛、价格低廉、可再生,甲壳素是地球上年产量仅次于纤维素的第二大生物合成高分子,广泛存在于海洋节肢生物如虾、螃蟹等的外壳中,此外在一些昆虫的外壳、真菌植物和海藻植物的细胞壁中也含有大量的甲壳素。(2)生物相容性好,并具有防霉杀菌除臭等作用;(3)具有很高的强度和模量,如模量可达上百GPa ; (4)具有很高的长径比,在两维尺度上保持纳米级,具有高表面活性和高比表面积等纳米尺度效应;(5)表面富含羟基,较无机纳米材料更容易实现在不同环境中的分散稳定性;(6)具有较低的密度,填充后不会过度增加材料比重。由于上述优点,将甲壳素纳米晶加入聚乳酸中制备高分子纳米复合材料不仅环保性得到保证,而且由于甲壳素纳米晶的防霉杀菌作用使制品也具有此类作用,除此之外,甲壳素纳米晶可以作为成核剂促进聚乳酸的成核生成更小的晶体,并将自身的优良力学性能作用于复合材料,大幅度提高制品的力学性能。
[0005]目前日常生活中所使用的笔基本都采用高分子材料或者金属制造,由金属制造的笔由于成本太高,市场份额逐年下降,特别是随着高分子材料行业的快速发展,金属笔基本上已经被高分子材料所制造的笔代替。但是通常制笔所采用的高分子材料由于不能降解,被废弃后容易造成环境污染。在人类生活环境日益恶化的情况下,环保材料已经越来越成为人们追求高品质生活的需求,因此利用高性能的环保材料代替普通的高分子材料制笔已经成为发展的趋势。
[0006]圆珠笔、中性笔和记号笔等各种笔在使用过程中会沾染上细菌等有害物质,生产企业可以通过采用无毒无害的材料,以及严格管理生产制造过程来实现笔的绿色环保,但是使用过程中所带来的细菌等有害物质很难控制,影响少年儿童的身体健康。因此需要发展具有防霉杀菌作用的环保笔。

【发明内容】

[0007]本发明的目的是为了解决现有技术的不足,并针对上述所述的问题,提供了一种聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料,同时也提供了该复合材料的制备方法以及一种采用该复合材料制备的笔。
[0008]为了达到上述发明目的,本发明采用以下技术方案:
一种聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料,所述复合材料中的聚乳酸为旋光纯度大于98%的左旋聚乳酸或右旋聚乳酸。
[0009]作为优选方案,所述的聚乳酸为旋光纯度大于99%的左旋聚乳酸或右旋聚乳酸。
[0010]作为优选方案,每千克聚乳酸中加入1-80克甲壳素纳米晶。
[0011 ] 作为优选方案,每千克聚乳酸中加入5-50克甲壳素纳米晶。
[0012]作为优选方案,每千克聚乳酸中加入10-30克甲壳素纳米晶。
[0013]本发明所用的聚乳酸包括旋光纯度大于98%的左旋聚乳酸(PLLA)或右旋聚乳酸(roLA),优选旋光纯度大于99%的聚乳酸,旋光纯度越高,聚乳酸的结晶能力越强,晶体更完善,加入的甲壳素纳米晶更容易诱导聚乳酸结晶,使力学性能更好。
[0014]甲壳素纳米晶含量过低时,起到的力学增强效果和防霉杀菌作用有限,甲壳素纳米晶含量过高时,容易聚集,复合材料加工工艺要求更高。
[0015]同时,本发明的聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料中也可以加入适当的其它助剂,所用的其它助剂并无特别限定,可以为抗氧剂、热稳定剂、阻燃剂、着色剂、抗静电剂、润滑剂、增滑剂或辐射稳定剂;本发明中所述助剂的含量为每千克聚乙烯中加入0.1-10克助剂,优选0.5-5克,在此范围内,助剂能起到应有的作用,而且不会影响制品的力学性能和环保性,因此优选。
[0016]每千克聚乙烯加入0.3-0.8g乙二胺四乙酸二钠,能够提高甲壳素纳米晶的结晶,并能够使得聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料的强度提高。
[0017]同时,每千克聚乙烯加入0.1-1g的对甲苯磺酰肼,能够促使复合材料形成网状结构,提高复合材料的强度。
[0018]一种聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)利用酸水解甲壳素的方法制备甲壳素纳米晶;其中甲壳素纳米晶直径为1-40纳米,长度为200-2000纳米;
(2)将步骤(I)制备的甲壳素纳米晶和聚乳酸先利用机械搅拌的方式混合在一起,然后采用双螺杆挤出机挤出造粒制备得到聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料;
(3)将步骤(2)制备的聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料注塑成型。
[0019]作为优选方案,所述的聚乳酸为旋光纯度大于98%的左旋聚乳酸或右旋聚乳酸。
[0020]作为优选方案,每千克聚乳酸中加入1-80克甲壳素纳米晶。
[0021]作为优选方案,步骤(2)中双螺杆挤出机的加工温度为180_210°C。双螺杆挤出机的加工温度优选为185-195°C。
[0022]一种笔,所述笔采用上述的一种聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料制备而成。
[0023]该复合材料制备成笔的各种部件。
[0024]本发明与现有技术相比,有益效果是:
(1)本发明采用的聚乳酸是具有可生物降解的环保材料,避免了对环境的污染,同时,采用的甲壳素纳米晶来自于生物体,是一种具有防霉杀菌作用的环保材料,因此聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料是一种环保的材料;
(2)聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料制品具有良好的力学性能;由聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料制备的笔具有防霉杀菌作用。
【具体实施方式】
[0025]下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明,但本发明并不限于所述实施例。
[0026]如果无特殊说明,本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料,实施例中所采用的方法,均为本领域的常规方法。
[0027]实施例1:
利用酸水解甲壳素的方法制备得到直径为20纳米、长度为1000纳米的甲壳素纳米晶;将30克甲壳素纳米晶和970克旋光纯度为98.5%的左旋聚乳酸(PLLA)先利用机械搅拌的方式混合在一起,然后采用双螺杆挤出机在190°C挤出造粒制备得到聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料;将聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料注塑成型制备各种笔的部件。
[0028]实施例2:
利用酸水解甲壳素的方法制备得到直径为10纳米、长度为800纳米的甲壳素纳米晶;将20克甲壳素纳米晶和980克旋光纯度为99%的右旋聚乳酸(PDLA)先利用机械搅拌的方式混合在一起,然后采用双螺杆挤出机在195°C挤出造粒制备得到聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料;将聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料注塑成型制备各种笔的部件。
[0029]实施例3:
利用酸水解甲壳素的方法制备得到直径为5纳米、长度为800纳米的甲壳素纳米晶;将15克甲壳素纳米晶和985克旋光纯度为99.2%的左旋聚乳酸(PLLA)先利用机械搅拌的方式混合在一起,然后采用双螺杆挤出机在195°C挤出造粒制备得到聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料;将聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料注塑成型制备各种笔的部件。
[0030]实施例4:
利用酸水解甲壳素的方法制备得到直径为40纳米、长度为2000纳米的甲壳素纳米晶;将50克甲壳素纳米晶和950克旋光纯度为99.2%的左旋聚乳酸(PLLA)先利用机械搅拌的方式混合在一起,然后采用双螺杆挤出机在195°C挤出造粒制备得到聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料;将聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料注塑成型制备各种笔的部件。
【主权项】
1.一种聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料,其特征在于,所述复合材料中的聚乳酸为旋光纯度大于98%的左旋聚乳酸或右旋聚乳酸。2.根据权利要求1所述的一种聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料,其特征在于,所述的聚乳酸为旋光纯度大于99%的左旋聚乳酸或右旋聚乳酸。3.根据权利要求1或2所述的一种聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料,其特征在于,每千克聚乳酸中加入1-80克甲壳素纳米晶。4.根据权利要求3所述的一种聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料,其特征在于,每千克聚乳酸中加入5-50克甲壳素纳米晶。5.根据权利要求4所述的一种聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料,其特征在于,每千克聚乳酸中加入10-30克甲壳素纳米晶。6.根据权利要求1所述的一种聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤: (1)利用酸水解甲壳素的方法制备甲壳素纳米晶; (2)将步骤(I)制备的甲壳素纳米晶和聚乳酸先利用机械搅拌的方式混合在一起,然后采用双螺杆挤出机挤出造粒制备得到聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料; (3)将步骤(2)制备的聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料注塑成型。7.根据权利要求6所述的一种聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料的制备方法,其特征在于,所述的聚乳酸为旋光纯度大于98%的左旋聚乳酸或右旋聚乳酸。8.根据权利要求6所述的一种聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料的制备方法,其特征在于,每千克聚乳酸中加入1-80克甲壳素纳米晶。9.根据权利要求6所述的一种聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中双螺杆挤出机的加工温度为180-210°C。10.一种笔,其特征在于,所述笔采用上述的一种聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料制备rfn 。
【专利摘要】本发明涉及高分子复合材料领域,具体涉及一种聚乳酸/甲壳素纳米晶复合材料、制备方法及其制备的笔。所述复合材料中的聚乳酸为旋光纯度大于98%的左旋聚乳酸或右旋聚乳酸。一种笔,所述笔采用上述的复合材料制备而成。这种笔,环保安全,防霉杀菌。
【IPC分类】C08L67/04, C08L5/08
【公开号】CN104893266
【申请号】CN201510264151
【发明人】王宗宝, 吕游, 段天臣, 朱豪
【申请人】宁波大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月22日

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