技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，具體是涉及一種用于制備聚乳酸的成核劑以及該成核劑的應用。

背景技術

近年來，隨著環保意識的提高，可降解的生物高分子材料受到廣泛的關注，這類材料的開發以及制備成為目前的熱門研究課題。其中，聚乳酸(也稱聚丙交酯、polylactide、PLA，屬于脂肪族聚酯)就是一種最為典型的、應用較廣泛的生物降解塑料。聚乳酸可以使用乳酸為主要原料來進行聚合制備，其原料來源充分而且可以再生(例如以玉米、木薯等為原材料)，聚乳酸的生產過程無污染，自然環境中的聚乳酸在一定條件及時間下又能被分解成二氧化碳和水返回自然界(重新加入到植物的光合作用過程中)，實現在自然界中的循環，具有良好的可降解性和可堆肥性。

聚乳酸雖然具有上述的很多優點，但是其應用仍然受到很多制約，其中最主要的制約因素就是聚乳酸的耐熱性很差，室溫下，聚乳酸一般呈玻璃態，與其他生物降解高分子材料相比其剛性較好，但是其耐熱性很差(例如，0.45MPa載荷下的熱變形溫度僅為55℃)，使得聚乳酸的應用受到了很大的限制。

耐熱性差是絕大多數可降解生物高分子材料共有的缺點。現有技術中，為改善生物高分子材料的耐熱性，通常的做法是在制備過程中加入成核劑，提高材料的熱變形溫度以及成型加工性能(脫模、縮短成型周期等)。在聚乳酸的制備與改性的相關研究中，有人曾提出以Ca₂CO₃、TiO₂和BaSO₄無機鹽作為成核劑添加到聚乳酸中，但是至今無法實現工業化生產；也有人采用滑石粉作為成核劑，這是目前唯一能夠應用到聚乳酸的工業生產中的成核劑，但是滑石粉的粒徑、含量、形狀規整程度等對聚乳酸的結晶成核效果影響非常大，導致聚乳酸的工業生產較難控制。例如，滑石粉的粒徑太小，分散性不好導致產生二次凝聚，不能充分發揮結晶成核的效果，耐熱性差的問題不能得到充分解決；粒徑太大，滑石顆粒又會成為成型制品中的缺陷，對聚乳酸材料的物性或表面狀態會造成不良的影響；含量太低時，只生成少量結晶核，造成材料耐熱性不充分，含量過高，容易引起聚乳酸材料發脆，對物性造成不良影響。另外，在工業生產應用過程中，滑石粉的粉塵會對操作人員的身體健康帶來危害。

發明內容

針對現有技術中存在的上述不足，本發明的目的之一在于提供一種用于制備聚乳酸的成核劑。本發明的目的之二在于提供一種利用上述成核劑制備耐熱聚乳酸的方法。本發明的目的之三在于提供一種利用上述成核劑改性制備耐熱聚乳酸的方法。

本發明的第一個目的通過以下的技術方案實現：

一種用于制備聚乳酸的成核劑，其特征在于：所述成核劑為混合乳液，其包含樹脂乳液和溶解在該樹脂乳液中的水楊酸二鈉；其中，樹脂乳液為環氧樹脂乳液、聚氨酯樹脂乳液中的任意一種或幾種的混合乳液；水楊酸二鈉與樹脂乳液的質量比為1∶1～1∶4。

作為本發明的進一步改進，所述環氧樹脂乳液為二甲苯溶劑稀釋型環氧樹脂乳液，該乳液平均粒徑為0.1～0.5μm，固含量為60％～70％；所述聚氨酯樹脂乳液為水性聚氨酯樹脂乳液，該乳液平均粒徑為0.1～0.5μm，固含量為50％～70％。

所述水楊酸二鈉的制備反應方程式為：

作為本發明的進一步改進，所述水楊酸二鈉的制備步驟具體為：

(1)、配制質量百分濃度為10％～35％的NaOH溶液，控制NaOH溶液的pH值在11～13之間；

(2)、在攪拌狀態下向NaOH溶液中加入苯酚晶體，制得苯酚鈉溶液；其中，苯酚用量與NaOH溶液中NaOH含量的摩爾比為1∶0.3～1∶1.5；

(3)、在壓力為9～11Mpa，溫度為120℃～135℃的條件下通入過量的二氧化碳，得到水楊酸二鈉的鹽溶液；

(4)、采用常規技術手段調節水楊酸二鈉的鹽溶液的pH、溫度，使水楊酸二鈉結晶析出，然后過濾、干燥，制得水楊酸二鈉。

作為本發明的進一步改進，所述成核劑包括有成核助劑芥酸酰胺，成核劑中的芥酸酰胺含量為5％～20％(質量百分比)。

本發明的第二個目的通過以下的技術方案實現：

一種耐熱聚乳酸的制備方法，其以乳酸為原料，乳酸首先通過酯化脫水步驟使生成環狀二聚體丙交酯，環狀二聚體丙交酯再通過開環縮聚步驟形成聚乳酸，其特征在于：在酯化脫水步驟之后，開環縮聚步驟之前，向反應液中加入反應添加劑，所述反應添加劑包括成核劑和催化劑，其中成核劑采用目的之一制備的成核劑；所述成核劑的添加量為反應釜內的反應液總重量的5％～25％；