CN111748181A - 高强高韧聚乳酸材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强高韧聚乳酸材料及其制备方法。本发明通过选用环氧化纤维素纤维，与柔性链生物可降解聚酯、聚乳酸通过熔融共混反应制备同时具备高强度与高韧性的聚乳酸材料，且经过特殊选择的投料配比和反应温度，使得所制备的聚乳酸材料在高强度与高韧性平衡方面表现更为优异。本发明提供的方法制备工艺简单、节约成本，且不会对环境造成任何污染，提供的产品具有高强度与高韧性的特性，具有很好的社会效益和经济效益。

Description

高强高韧聚乳酸材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚乳酸材料的制备方法及聚乳酸材料，具体是一种高强高韧聚乳酸材料的制备方法及其制备的聚乳酸材料。
背景技术
近几十年来，世界各国都高度重视源于可再生资源的可降解高分子材料的研究开发，在众多的生物基聚合物中，聚乳酸（PLA）以可再生的淀粉和糖类的发酵产物-乳酸为原料，具有良好的物理、化学和加工性能，被广泛用作包装材料、农膜、板材等，但由于它较高的生产成本、天然的内在脆性和低的结晶速率限制了它的广泛应用，各种修饰方法被用于克服PLA的这些缺陷。例如，物理共混改性是一种简单有效、实用价廉的方法。在物理共混的过程中，PLA的化学结构未发生改变，优良的性能得以保留。因此，一些柔性链的生物基和/或生物可降解聚合物：聚ε-己内酯（PCL）（Biomaterials 2003, 24, 4181–4190）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）（European Polymer Journal 2008, 44, 677– 685）、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）（Biomacromolecules 2006, 7, 199–207）、聚丁二酸/己二酸丁二醇酯（PBSA）已经被用于增韧PLA（ACS Applied Materials and Interfaces 2013, 4, 4266−4276）。但是，这些经过与具有增韧作用的聚合物简单熔融共混制得的共混物，虽然使得PLA的断裂伸长率得到明显提高，由于两相间相分离的存在和较差的界面粘附力，导致其缺口冲击强度的提高受到了限制。
将PLA和与它之间能够发生界面增容作用的橡胶聚合物共混，是一种有效提高PLA缺口冲击强度的方法。例如，Oyama制备了超韧PLA，通过将其与聚乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯（EGMA）反应共混（Polymer 2009, 50, 747−751）；Liu等人报道了超韧PLA三元共混物，包括PLA、弹性体乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯（EBA-GMA）和Zn离子-乙烯-甲基丙烯酸共聚物（EMAA-Zn）（Macromolecules 2011, 44 (6), 1513−1522）；Dong 等人通过PLA与乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯橡胶的反应共混制备了具有极高冲击强度的PLA合金（ACS Applied Materials and Interfaces 2012, 4, 3667−3675）。但以上提到的橡胶聚合物均非来自可再生资源，它们的应用减少了PLA基材料的生物基特性，并且在大多数情况下，作为对韧性提高的补偿，PLA材料的强度和模量（比如：拉伸强度）大幅降低。
因此，制备一种在韧性提高的同时又能保持较好的强度和模量的，即高强高韧聚乳酸材料，并且提出一种制备该类材料的方法，对于可降解高分子材料的研究开发及工业应用，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的首要目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种高强高韧聚乳酸材料，并提供了一种高强高韧聚乳酸材料的制备方法。
本发明是通过以下技术手段实现的：
一种高强高韧聚乳酸材料，所述的聚乳酸材料是一种由聚乳酸、柔性链生物可降解聚酯和环氧化纤维素纤维经熔融反应共混制成的材料。
进一步地，所述的材料拉伸强度为60.7-78.5 MPa，断裂伸长率为72.4-323.6%，冲击强度为32.7-354.7 J/m。
进一步地，所述的环氧化纤维素纤维为表面接枝环氧官能团的纤维素纤维。
进一步地，所述的纤维素纤维为纳米纤维。
进一步地，所述的纤维素纤维为直径为纳米级、长度为数十微米的微纤化纤维。
进一步地，所述的柔性链生物可降解聚酯为聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚丁二酸/己二酸丁二醇酯（PBSA）、聚ε-己内酯（PCL）、聚2,5-呋喃二甲酸丁酯（PBF）、丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯（PBIs）中的任一种。
一种高强高韧聚乳酸材料的制备方法，由所述的聚乳酸、柔性链生物可降解聚酯和环氧化纤维素纤维在180-200 ℃的高温下，经熔融反应共混制成一种高强高韧聚乳酸材料，其中聚乳酸与柔性链生物可降解聚酯的质量比为80:20-98:2，环氧化纤维素纤维的用量为聚乳酸与柔性链生物可降解聚酯总质量的0.5%-5%。
进一步地，所述的环氧化纤维素纤维制备方法为：
步骤1:将直径为纳米级、长度为数十微米的微纤化纤维浸入适量的干燥二甲基亚砜(DMSO)中，于室温下搅拌2 h至分散均匀；
步骤2:向步骤1所得纤维素纤维的DMSO分散液中加入醇盐溶液，加入量为每克纤维素纤维加入50-100 mL醇盐溶液，在氮气保护下于室温继续搅拌1-2 h，然后通过抽滤将产物收集，并用干燥的DMSO洗数次；
步骤3:将步骤2中经过醇盐处理的纤维素纤维浸入适量的干燥的DMSO中，然后向其中加入环氧氯丙烷或环氧氯丁烷，加入量为每克纤维素纤维加入50-100 mL环氧氯丙烷或环氧氯丁烷，在氮气保护下于50-70 ℃搅拌2-6 h；
步骤4:步骤3反应完成后，通过抽滤将环氧化纤维素纤维收集，反复用去离子水和乙醇清洗，真空下干燥至恒重。
进一步地，所述的环氧化纤维素纤维的制备方法中，所述的醇盐优选为C1-C4烷基醇的碱金属盐中的一种或几种。
进一步地，所述的醇盐为甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾、丙醇钠、丙醇钾、丁醇钠和丁醇钾中的一种或几种。
本发明具有以下技术效果：
（1）本发明提供的高强高韧聚乳酸材料，以及用聚乳酸、柔性链生物可降解聚酯和环氧化纤维素纤维经熔融反应制备聚乳酸材料的方法，能够充分发挥各个组分的作用、以及组分之间的协同促进作用，如在高温熔融共混的过程中，纤维素纤维上的环氧官能团与聚乳酸及柔性链生物可降解聚酯末端的羟基/羧基发生反应，制备得到强度与韧性平衡的聚乳酸材料；且选用柔性链生物可降解聚酯具有生物可降解性，因此它的引入不会影响聚乳酸材料最终的生物降解性；选用纤维素纤维来源于生物基材料，环氧化制备工艺简单，因而节约成本，且不会对环境造成任何污染。
（2）纤维素纤维的横向尺寸为纳米级，长度为微米级，同时具有大纵横比（长度/直径）、小直径的半晶体结构的伸展链，使得其具有内在良好的机械性能。且纤维素纤维来源广，比如：棉花、漂白木浆、细菌、动物纤维素等。将其表面进行修饰之后，可提高纳米纤维素在聚合物中的分散以及与聚合物的粘附力。
（3）本发明经过特殊选择的投料配比和反应温度，使得所制备的聚乳酸材料能够同时具备高强度与高韧性。例如，柔性链生物可降解聚酯含量须经特殊选择，含量过高会导致共混材料拉伸强度的大幅度降低，从而无满足实际应用需求。
（4）由于本发明是用表面接枝环氧官能团的纤维素纤维，在高温熔融共混的过程中，纤维素纤维上的环氧官能团与聚乳酸及柔性链生物可降解聚酯末端的羟基/羧基发生反应，从而提高了其自身在聚合物基体中的分散性，同时有效提升了聚乳酸与柔性聚酯两相间的界面相容性，由于两相间相容性的提升，引发了应力的传递，阻止界面处银纹的产生及其生长所带来的毁灭性破坏,因此有利于提高材料的拉伸韧性和冲击韧性；加之，本发明中使用的纤维素纤维为微纤化纤维，由长的、相互缠结的纳米纤维组成，形成网络结构，且具有经过特殊选择的尺寸，使得这种独特的结构可以增强材料的负载传递，同时，缠结的纤维之间的解开和伸展，以及纤维素纤维与聚合物基体间通过共价键形成的强大粘附力，使得其在银纹生长的过程中起到了桥接作用，因此有利于维持和提高材料的强度，达到强度-韧性的平衡，这对拓展聚乳酸的应用范围具有重要意义。
（5）本发明提供的高强高韧聚乳酸材料为可生物降解材料，具有很好的社会效益和经济效益。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
值得说明的是：1）以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，如果本领域从业人员根据本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围；2）以下实施例和对比例中物料的份数均为质量份；3）以下实施例中所给出的断裂伸长率是采用Instron 3366型单轴拉伸测试机按照GB/T 1040.2-2006测试获得的，缺口冲击强度是采用Sansi ZBC-50型单臂摆锤冲击测试仪按照GB/T 1843-2008测试获得的。
实施例1
制备环氧化纤维素纤维：
步骤1：将直径为纳米级、长度为数十微米的微纤化纤维10 g浸入适量的干燥二甲基亚砜(DMSO)中，于室温下搅拌至分散均匀；
步骤2:向步骤1所得纤维素纤维的DMSO分散液中加入醇盐溶液500 mL，在氮气保护下于室温继续搅拌1 h，通过抽滤将产物收集，并用干燥的DMSO洗数次；
步骤3:将步骤2中经过醇盐处理的纤维素纤维浸入适量的干燥的DMSO中，然后向其中加入环氧氯丙烷500 mL，在氮气保护下于50 ℃搅拌2 h；
步骤4:步骤3反应完成后，通过抽滤将环氧化纤维素纤维收集，反复用去离子水和乙醇清洗，真空下干燥至恒重。
将聚乳酸80份，聚丁二酸丁二醇酯20份，将制备得到的环氧化纤维素纤维0.5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为282.6%，拉伸强度为62.5 MPa，缺口冲击强度为45.7 J/m。
实施例2
步骤1:将直径为5-60 nm，长度为50 μm的且干燥至恒重的纳米纤维素纤维10 g浸入适量的干燥二甲基亚砜(DMSO)中，于室温下搅拌至分散均匀；
步骤2:向步骤1所得纤维素纤维的DMSO分散液中加入醇盐溶液1000 mL，在氮气保护下于室温继续搅拌2 h，通过抽滤将产物收集，并用干燥的DMSO洗数次；
步骤3:将步骤2中经过醇盐处理的纤维素纤维浸入适量的干燥的DMSO中，然后向其中加入环氧氯丁烷1000 mL，在氮气保护下于70 ℃搅拌6 h；
步骤4:步骤3反应完成后，通过抽滤将环氧化纤维素纤维收集，反复用去离子水和乙醇清洗，真空下干燥至恒重。
将聚乳酸80份，聚丁二酸丁二醇酯20份，制备得到的环氧化纤维素纤维1份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为307.5%，拉伸强度为63.1 MPa，缺口冲击强度为56.8 J/m。
实施例3
步骤1:将直径为20 nm，长度为40 μm的且干燥至恒重的纳米纤维素纤维10 g浸入适量的干燥二甲基亚砜(DMSO)中，于室温下搅拌至分散均匀；
步骤2:向步骤1所得纤维素纤维的DMSO分散液中加入醇盐溶液700 mL，在氮气保护下于室温继续搅拌1.5 h，通过抽滤将产物收集，并用干燥的DMSO洗数次；
步骤3:将步骤2中经过醇盐处理的纤维素纤维浸入适量的干燥的DMSO中，然后向其中加入环氧氯丙烷700 mL，在氮气保护下于60 ℃搅拌4h；
步骤4:步骤3反应完成后，通过抽滤将环氧化纤维素纤维收集，反复用去离子水和乙醇清洗，真空下干燥至恒重。
将聚乳酸80份，聚丁二酸丁二醇酯20份，制备得到的环氧化纤维素纤维1.5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为312.4%，拉伸强度为64.8 MPa，缺口冲击强度为70.1 J/m。
实施例4
将聚乳酸80份，聚丁二酸丁二醇酯20份，实施例1制备得到的环氧化纤维素纤维2份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为298.2 %，拉伸强度为66.2 MPa，缺口冲击强度为163.6 J/m。
实施例5
将聚乳酸80份，聚丁二酸丁二醇酯20份，实施例1制备得到的环氧化纤维素纤维2.5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为284.4 %，拉伸强度为65.3 MPa，缺口冲击强度为158.9 J/m。
实施例6
将聚乳酸80份，聚丁二酸丁二醇酯20份，实施例1制备得到的环氧化纤维素纤维3份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为235.4 %，拉伸强度为64.2 MPa，缺口冲击强度为159.4 J/m。
实施例7
将聚乳酸80份，聚丁二酸丁二醇酯20份，实施例1制备得到的环氧化纤维素纤维3.5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为200.1 %，拉伸强度为63.7 MPa，缺口冲击强度为135.9 J/m。
实施例8
将聚乳酸80份，聚丁二酸丁二醇酯20份，实施例2制备得到的环氧化纤维素纤维4份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为184.5 %，拉伸强度为61.8 MPa，缺口冲击强度为68.5 J/m。
实施例9
将聚乳酸80份，聚丁二酸丁二醇酯20份，实施例2制备得到的环氧化纤维素纤维4.5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为104.6%，拉伸强度为60.2 MPa，缺口冲击强度为50.7 J/m。
实施例10
将聚乳酸80份，聚丁二酸丁二醇酯20份，实施例2制备得到的环氧化纤维素纤维5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为91.4%，拉伸强度为60.8MPa，缺口冲击强度为39.5 J/m。
实施例11
将聚乳酸85份，聚丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯15份，实施例2制备得到的环氧化纤维素纤维0.5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为254.5%，拉伸强度为61.6 MPa，缺口冲击强度为164.3 J/m。
实施例12
将聚乳酸85份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯15份，实施例2制备得到的环氧化纤维素纤维1份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为271.3 %，拉伸强度为62.4 MPa，缺口冲击强度为181.9 J/m。
实施例13
将聚乳酸85份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯15份，实施例2制备得到的环氧化纤维素纤维1.5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为288.1%，拉伸强度为62.7 MPa，缺口冲击强度为230.5 J/m。
实施例14
将聚乳酸85份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯15份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维2份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为302.5%，拉伸强度为63.4 MPa，缺口冲击强度为267.6 J/m。
实施例15
将聚乳酸85份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯15份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维2.5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为319.4%，拉伸强度为64.8 MPa，缺口冲击强度为290.0 J/m。
实施例16
将聚乳酸85份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯15份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维3份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为323.6%，拉伸强度为64.1 MPa，缺口冲击强度为354.7 J/m。
实施例17
将聚乳酸85份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯15份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维3.5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为300.0%，拉伸强度为62.5 MPa，缺口冲击强度为215.1 J/m。
实施例18
将聚乳酸85份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯15份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维4份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为261.9%，拉伸强度为62.1 MPa，缺口冲击强度为173.0 J/m。
实施例19
将聚乳酸85份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯15份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维4.5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为246.8%，拉伸强度为61.4 MPa，缺口冲击强度为130.1 J/m。
实施例20
将聚乳酸85份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯15份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为110.5%，拉伸强度为60.7 MPa，缺口冲击强度为89.0 J/m。
实施例21
将聚乳酸90份，聚丁二酸丁二醇酯10份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维1份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为219.4%，拉伸强度为70.4 MPa，缺口冲击强度为38.2 J/m。
实施例22
将聚乳酸90份，聚丁二酸丁二醇酯10份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维2份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为239.8%，拉伸强度为73.0 MPa，缺口冲击强度为127.5 J/m。
实施例23
将聚乳酸90份，聚丁二酸丁二醇酯10份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维3份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为250.7%，拉伸强度为68.8 MPa，缺口冲击强度为74.5 J/m。
实施例24
将聚乳酸90份，聚丁二酸丁二醇酯10份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维4份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为269.8%，拉伸强度为65.9 MPa，缺口冲击强度为42.2 J/m。
实施例25
将聚乳酸90份，聚丁二酸丁二醇酯10份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为72.4%，拉伸强度为61.0 MPa，缺口冲击强度为32.7 J/m。
实施例26
将聚乳酸90份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯10份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维0.5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为226.7%，拉伸强度为71.0 MPa，缺口冲击强度为78.2 J/m。
实施例27
将聚乳酸90份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯10份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维1.5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为254.1%，拉伸强度为71.4 MPa，缺口冲击强度为92.2 J/m。
实施例28
将聚乳酸90份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯10份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维2.5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为255.8%，拉伸强度为70.3 MPa，缺口冲击强度为233.6 J/m。
实施例29
将聚乳酸90份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯10份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维3.5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为236.4%，拉伸强度为67.7 MPa，缺口冲击强度为188.6 J/m。
实施例30
将聚乳酸90份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯10份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维4.5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为210.3%，拉伸强度为64.1 MPa，缺口冲击强度为100.4 J/m。
实施例31
将聚乳酸98份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯2份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维1份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为109.2%，拉伸强度为77.8 MPa，缺口冲击强度为55.1 J/m。
实施例32
将聚乳酸98份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯2份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维2份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为187.4%，拉伸强度为75.9 MPa，缺口冲击强度为67.0 J/m。
实施例33
将聚乳酸98份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯2份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维3份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为205.2%，拉伸强度为72.3 MPa，缺口冲击强度为81.4 J/m。
实施例34
将聚乳酸98份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯2份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维4份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为235.9%，拉伸强度为71.8 MPa，缺口冲击强度为53.8 J/m。
实施例35
将聚乳酸98份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯2份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为88.7 %，拉伸强度为70.1 MPa，缺口冲击强度为40.7 J/m。
实施例36
将聚乳酸98份，聚丁二酸丁二醇酯2份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维0.5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为113.1%，拉伸强度为78.5 MPa，缺口冲击强度为33.3 J/m。
实施例37
将聚乳酸98份，聚丁二酸丁二醇酯2份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维1.5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为170.8%，拉伸强度为77.7 MPa，缺口冲击强度为35.0 J/m。
实施例38
将聚乳酸98份，聚丁二酸丁二醇酯2份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维2.5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为207.4%，拉伸强度为75.3 MPa，缺口冲击强度为40.7 J/m。
实施例39
将聚乳酸98份，聚丁二酸丁二醇酯2份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维3.5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为219.2%，拉伸强度为74.0 MPa，缺口冲击强度为38.9 J/m。
实施例40
将聚乳酸98份，聚丁二酸丁二醇酯2份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维4.5份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为97.1%，拉伸强度为72.7 MPa，缺口冲击强度为35.6 J/m。
实施例41
将聚乳酸80份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯20份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维2份预混后于190 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为313.0%，拉伸强度为64.1 MPa，缺口冲击强度为320.1 J/m。
实施例42
将聚乳酸80份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯20份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维3份预混后于190 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为309.7%，拉伸强度为62.7 MPa，缺口冲击强度为300.9 J/m。
实施例43
将聚乳酸85份，聚丁二酸丁二醇酯15份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维2份预混后于190 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为277.3%，拉伸强度为65.8 MPa，缺口冲击强度为113.3 J/m。
实施例44
将聚乳酸85份，聚丁二酸丁二醇酯15份，实施例3制备得到的环氧化纤维素纤维3份预混后于190 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为255.0%，拉伸强度为63.2 MPa，缺口冲击强度为97.1 J/m。
实施例45
将聚乳酸85份，聚丁二酸丁二醇酯15份，实施例2制备得到的环氧化纤维素纤维3.5份预混后于190 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为261.6%，拉伸强度为61.3 MPa，缺口冲击强度为70.0 J/m。
实施例46
将聚乳酸90份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯10份，实施例2制备得到的环氧化纤维素纤维2份预混后于200 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为267.2%，拉伸强度为71.5 MPa，缺口冲击强度为208.1 J/m。
实施例47
将聚乳酸90份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯10份，实施例2制备得到的环氧化纤维素纤维3份预混后于200 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为250.4%，拉伸强度为70.1 MPa，缺口冲击强度为191.3 J/m。
实施例48
将聚乳酸90份，丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯10份，实施例2制备得到的环氧化纤维素纤维4份预混后于200 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为195.6%，拉伸强度为66.9MPa，缺口冲击强度为130.4 J/m。
实施例49
将聚乳酸98份，聚丁二酸丁二醇酯2份，实施例2制备得到的环氧化纤维素纤维2份预混后于200 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为230.1%，拉伸强度为76.5 MPa，缺口冲击强度为37.8 J/m。
实施例50
将聚乳酸98份，聚丁二酸丁二醇酯2份，实施例2制备得到的环氧化纤维素纤维3份预混后于200 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为205.2%，拉伸强度为74.8 MPa，缺口冲击强度为36.1 J/m。
对比例1
将聚乳酸100份于180 ℃下使用密炼机熔融。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为6.3%，拉伸强度为70.3 MPa，缺口冲击强度为23.6 J/m。
对比例2
将聚乳酸80份，聚丁二酸丁二醇酯20份，于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为282.5%，拉伸强度为62.9 MPa，缺口冲击强度为30.7 J/m。
对比例3
将聚乳酸80份，环氧化纤维素纤维2份预混后于180 ℃下使用密炼机熔融共混均匀即可。
所得聚乳酸材料的断裂伸长率为219.3%，拉伸强度为79.4 MPa，缺口冲击强度为28.5 J/m。
由以上实施例结果可看出，本发明制备的聚乳酸材料具有很好的拉伸韧性进和冲击韧性，尤其是拉伸强度得到了显著的维持及提高。

Claims (10)

1.一种高强高韧聚乳酸材料，其特征在于：所述的聚乳酸材料是一种由聚乳酸、柔性链生物可降解聚酯和环氧化纤维素纤维经熔融反应共混制成的材料。
2.如权利要求1所述的一种高强高韧聚乳酸材料，其特征在于：所述的材料拉伸强度为60.7-78.5 MPa，断裂伸长率为72.4-323.6%，冲击强度为32.7-354.7 J/m。
3.如权利要求1或2所述的一种高强高韧聚乳酸材料，其特征在于：所述的环氧化纤维素纤维为表面接枝环氧官能团的纤维素纤维。
4.如权利要求3所述的一种高强高韧聚乳酸材料，其特征在于：所述的纤维素纤维为纳米纤维。
5.如权利要求4所述的一种高强高韧聚乳酸材料，其特征在于：所述的纤维素纤维为直径为纳米级、长度为数十微米的微纤化纤维。
6.如权利要求5所述的一种高强高韧聚乳酸材料，其特征在于：所述的柔性链生物可降解聚酯为聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚丁二酸/己二酸丁二醇酯（PBSA）、聚ε-己内酯（PCL）、聚2,5-呋喃二甲酸丁酯（PBF）、丁二酸-丁二醇-异山梨醇三元共聚酯（PBIs）中的任一种。
7.如权利要求1-6任一所述的一种高强高韧聚乳酸材料的制备方法，其特征在于：所述的聚乳酸、柔性链生物可降解聚酯和环氧化纤维素纤维是在180-200 ℃的高温下，经熔融反应共混制成，其中聚乳酸与柔性链生物可降解聚酯的质量比为80:20-98:2，环氧化纤维素纤维的用量为聚乳酸与柔性链生物可降解聚酯总质量的0.5%-5%。
8.如权利要求7所述的一种高强高韧聚乳酸材料的制备方法，其特征在于：所述的环氧化纤维素纤维制备方法为：
步骤1:将直径为纳米级、长度为数十微米的微纤化纤维浸入适量的干燥二甲基亚砜(DMSO)中，于室温下搅拌至分散均匀；
步骤2:向步骤1所得纤维素纤维的DMSO分散液中加入醇盐溶液，加入量为每克纤维素纤维加入50-100 mL醇盐溶液，在氮气保护下于室温继续搅拌，然后通过抽滤将产物收集，并用干燥的DMSO洗数次；
步骤3:将步骤2中经过醇盐处理的纤维素纤维浸入适量的干燥的DMSO中，然后向其中加入环氧氯丙烷或环氧氯丁烷，加入量为每克纤维素纤维加入50-100 mL环氧氯丙烷或环氧氯丁烷，在氮气保护下于50-70 ℃搅拌2-6 h；
步骤4:步骤3反应完成后，通过抽滤将环氧化纤维素纤维收集，反复用去离子水和乙醇清洗，真空下干燥至恒重。
9.如权利要求8所述的一种高强高韧聚乳酸材料的制备方法，其特征在于：所述的环氧化纤维素纤维的制备方法中，所述的醇盐为C1-C4烷基醇的碱金属盐中的一种或几种。
10.如权利要求9所述的一种高强高韧聚乳酸材料的制备方法，其特征在于：所述的醇盐为甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾、丙醇钠、丙醇钾、丁醇钠和丁醇钾中的一种或几种。
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