一类抗紫外高阻隔性能的聚乳酸薄膜组合物及其制备方法与流程
本发明属于生物质聚乳酸，具体涉及一类抗紫外高阻隔性能的聚乳酸薄膜组合物及其制备方法。
背景技术：
1、寻求传统石油基塑料的可持续替代品是应对石油资源的枯竭问题，减少环境污染的一种有效途径。为满足市场上这一迫切需求，从可再生资源中提取的生物降解塑料已成为一种前景广阔的解决方案。在各种生物降解塑料中，聚乳酸(plla)因其令人印象深刻的综合特性而脱颖而出。聚乳酸来源于可再生资源，具有良好的生物降解性和兼容性，可广泛应用于包装材料和消费品等领域。然而，聚乳酸在耐热性(tg＝50～60℃)上存在明显缺陷，这主要源于相对较低的结晶度；结晶速率慢导致其作为薄膜无法在阻隔性能上进一步的提升。
2、在各种提升聚乳酸薄膜阻隔性能的改性手段中，层层组装的加工方式往往被应用。例如公开号为cn114806119a的中国专利申请公开了一种以聚乳酸为基材的生物降解口杯纸用高阻隔薄膜，制备过程需将聚乳酸、聚己内酯、耐热增强组分、隔热纤维、抗水解剂、防老剂和加工助剂在双螺杆挤出机熔融挤出造粒，得到膜颗粒材料，然后将膜颗粒材料熔融并向口杯原纸上进行淋膜。这类层层组装的改性手段组装过程繁琐、改性组分复杂，耐热组分和隔热纤维添加含量最低超过聚乳酸质量含量8％，这可能会对体系的相容性造成负面影响，进而影响机械等其他综合性能。
3、此外，针对聚乳酸薄膜抗紫外性能的研究尚未报道。因此，开发一种新的工艺，降低聚乳酸改性的工艺繁杂程度，同时进一步提升聚乳酸薄膜的阻隔性能和抗紫外性能，是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本发明提供一类抗紫外高阻隔性能的聚乳酸薄膜组合物及其制备方法，该制备方法工艺简单，成本低廉，可以显著改善提升聚乳酸薄膜的阻隔性能和抗紫外性能。
2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、第一方面，本发明提供一类抗紫外高阻隔性能的聚乳酸薄膜组合物，以质量份数计，包括聚乳酸100份、含亚甲基呋喃的芳香脲类添加剂1-5份；
4、所述含亚甲基呋喃的芳香脲类添加剂结构式为
5、
6、进一步地，以质量份数计，抗紫外高阻隔性能的聚乳酸薄膜组合物中包括聚乳酸100份，含亚甲基呋喃的芳香脲类添加剂2-3份。
7、采用上述技术方案的有益效果在于，本发明通过引入刚性结构，赋予含亚甲基呋喃的芳香脲类添加剂良好的热稳定性能，具有较高的结晶温度，将其应用在聚乳酸改性工艺，可以充分发挥添加剂良好的异相成核作用，进而提升聚乳酸材料的高阻隔性能以及抗紫外性能。此外本发明中含亚甲基呋喃的芳香脲类添加剂结构均具有良好的热稳定性，符合聚乳酸材料的加工条件。
8、第二方面，本发明提供一类抗紫外高阻隔性能的聚乳酸薄膜组合物的制备方法，先将聚乳酸和含亚甲基呋喃的芳香脲类添加剂按比例预先混合；再依次进行熔融共混、流延成型、双向拉伸工艺后，即得到所述抗紫外高阻隔性能的聚乳酸薄膜组合物。
9、进一步地，所熔融共混工艺为：将预先混合的聚乳酸和含亚甲基呋喃的芳香脲类添加剂置于双螺杆挤出机进行熔融共混，得到母料；所述双螺杆挤出机的输送段、熔融段、混炼段、排气段、均化段的加工温度均在170-180℃，机头温度与均化段所选具体加工温度一致，螺杆转速为40-60rpm。
10、进一步地，所流延成型工艺为：将所述母料置于单螺杆挤出流延机中进行流延成型，得到片材；所述单螺杆挤出流延机输送段、熔融段、混炼段、排气段、均化段的加工温度均在170-190℃，机头温度与均化段所选具体加工温度一致，螺杆转速为110-130rpm。
11、进一步地，所双向拉伸工艺为：将所述片材置于双向拉伸机中进行双向拉伸；所述双向拉伸机的加工温度为70-100℃，拉伸比为2-5，拉伸速度为50v/s-400v/s，定型温度为100-130℃。
12、进一步地，在流延成工艺中，将所述母料置于单螺杆挤出流延机中流延成型，得到厚度为500-600μm的抗紫外高阻隔性能的聚乳酸薄膜组合物的片材。
13、进一步的，在双向拉伸前，先将流延成型后的片材裁成不超过20×20cm片材。
14、进一步地，所述双螺杆挤出机、单螺杆挤出流延机的输送段、熔融段、混炼段、排气段、均化段的加工温度均分别为180℃，180℃，185℃，185℃，180℃，机头温度180℃
15、进一步地，所述聚乳酸和含亚甲基呋喃的芳香脲类添加剂的质量比为100：1-5。
16、进一步地，预先混合前，先将聚乳酸、含亚甲基呋喃的芳香脲类添加剂先置于真空烘箱中于40-80℃下干燥12-24小时。
17、进一步地，制备所述片材前，先将所述母料置于烘箱中于40-80℃下干燥12-24小时。
18、第三方面，本发明提供一类含亚甲基呋喃的芳香脲类添加剂的制备方法，包括以下步骤：
19、s1、惰性气体保护下，将糠胺、n,n'-羰基二咪唑、醚类溶剂加入反应器中，在20～35℃下搅拌反应1～4h；
20、s2、继续向其中加入芳香族二胺，反应3～8h，经分离纯化后得到所述含亚甲基呋喃的芳香双脲类成核剂。
21、进一步地，所述糠胺和n,n'-羰基二咪唑的摩尔比为1：1～1.2。
22、进一步地，所述芳香族二胺与糠胺的摩尔比为1：2～2.2。
23、进一步地，所述醚类溶剂为乙醚、二丙醚、二异丙醚、乙基丁基醚、二丁醚、二戊醚、四氢呋喃、3-甲基呋喃、二异戊醚、二氧戊环、1,4-二氧六环、1,4-二氯六环、环氯乙烷中的至少一种。
24、进一步地，所述芳香族二胺选自对苯二胺或间苯二胺中的一种。
25、进一步地，所述惰性气体为氮气或氩气中的一种。
26、上述制备方法的具体合成路线如下所示：
27、
28、其中，为对苯二胺或间苯二胺，具体相应为
29、
30、有益效果：
31、1、本发明所选用的含亚甲基呋喃的芳香脲类添加剂含有刚性环状结构，可以赋予添加剂本身优异的热稳定性能，符合聚乳酸的加工要求。
32、2、本发明的所述结构均为对称结构，更易结晶从而改善聚乳酸薄膜的阻隔性能以及抗紫外性能。
33、3、本发明含亚甲基呋喃的芳香脲类添加剂制备方法简单，原料来源广泛，产品产率高，结晶效果佳且易工业化生产，可用于改性聚乳酸材料，能够同时改善聚乳酸材料的结晶性能。
技术特征：
1.一类抗紫外高阻隔性能的聚乳酸薄膜组合物，其特征在于，以质量份数计，包括聚乳酸100份、含亚甲基呋喃的芳香脲类添加剂1-5份；
2.根据权利要求1所述的抗紫外高阻隔性能的聚乳酸薄膜组合物，其特征在于，以质量份数计，包括聚乳酸100份、含亚甲基呋喃的芳香脲类添加剂2-3份。
3.一类如权利要求1-2任一所述的抗紫外高阻隔性能的聚乳酸薄膜组合物的制备方法，其特征在于，先将聚乳酸和含亚甲基呋喃的芳香脲类添加剂按比例预先混合；再依次进行熔融共混、流延成型、双向拉伸工艺后，即得到抗紫外高阻隔性能的聚乳酸薄膜组合物。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所熔融共混工艺为：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所流延成型工艺为：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所双向拉伸工艺为：
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，预先混合前，先将聚乳酸、含亚甲基呋喃的芳香脲类添加剂置于在真空烘箱中于40-80℃下干燥12-24小时。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，聚乳酸和含亚甲基呋喃的芳香脲类添加剂按100:1-5比例预先混合。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含亚甲基呋喃的芳香脲类添加剂按照以下步骤制备得到：
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述醚类溶剂为乙醚、二丙醚、二异丙醚、乙基丁基醚、二丁醚、二戊醚、四氢呋喃、3-甲基呋喃、二异戊醚、二氧戊环、1,4-二氧六环、1,4-二氯六环、环氯乙烷中的至少一种。
技术总结
本发明属于生物质聚乳酸技术领域，具体涉及一类抗紫外高阻隔性能的聚乳酸薄膜组合物及其制备方法。以质量份数计，抗紫外高阻隔性能的聚乳酸薄膜组合物中包括聚乳酸100份、含亚甲基呋喃的芳香脲类添加剂1‑5份。该芳香脲类添加剂含有刚性环状结构，具有优异的热稳定性能；对称结构更易结晶从而改善聚乳酸薄膜的阻隔性能以及抗紫外性能。该添加剂制备方法简单，产品产率高，不产生有害气体，绿色环保。本发明通过在添加剂中引入刚性结构，赋予芳香脲添加剂良好的热稳定性能、较高的结晶温度，从而发挥良好的异相成核作用，有效改善聚乳酸材料的高阻隔性能、抗紫外性能，并提升了组合物熔点，扩大了聚乳酸组合物的应用范围，市场前景良好。
技术研发人员：康爱旗,焦子悦,康克琪,程屹,桑琳,魏志勇
受保护的技术使用者：江苏康辉新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23