CN106117526A - 一种亲水性聚乳酸复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种亲水性聚乳酸复合材料的制备方法,属于聚乳酸复合材料制备技术领域。本发明首先采用玉米淀粉与碳酸钠溶液混合微波加热反应,抽滤得滤饼,干燥至恒重,作为乳酸聚合模板,与乳酸混合二次升温恒温反应,以辛酸亚锡为催化剂、氯仿为溶剂,反应后过滤得滤液,加入甲醇沉淀后,离心得下层沉淀,干燥,再加入α‑淀粉酶和葡萄糖淀粉酶酶解淀粉,使其转化为水溶性单糖,灭酶后,蒸发结晶制得亲水性聚乳酸复合材料的方法。本发明制备步骤简单,所得产品亲水性好,不易弯曲变形,有效解决了抗冲击性能和热性能差问题,抗冲击强度达73~82J/m2,热变形温度达126~148℃。
Description
技术领域
本发明涉及一种亲水性聚乳酸复合材料的制备方法,属于聚乳酸复合材料制备技术领域。
背景技术
聚乳酸(PLA)也称为聚丙交酯,属于聚酯家族。聚乳酸是一种重要的可生物降解高分子材料。它以玉米或薯类淀粉等经发酵制得的乳酸为基本原料、经缩聚反应或其二聚体丙交酯的开环聚合反应而制得,原料来源充分而且可以再生,在自然界中可生物降解生成二氧化碳和水,实现在自然界中的循环,因而是一种来自自然界、使用后又回归自然界的环境友好材料,且在许多性能上与聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)等通用塑料相似,具有广阔的市场前景。也是近年来研究开发最活跃的可生物降解材料之一,广泛地应用于包装材料、纤维、农膜、生物医用材料等领域。PLA材料在性质上也有其自身不能克服的缺点:亲水性差,PLA分子中含有大量的酯键,为疏水性物质,导致其亲水性差,降低了它的生物相容性;机械强度差,PLA本身为线型聚合物,聚合所得产物的分子量分布较宽,韧性较差,缺乏柔性和弹性,极易弯曲变形,抗冲击性能差;同时PLA脆性高、断裂伸长率较低、热性能较差,即使在低于熔融温度和热分解温度下加工也会使分子量大幅度下降,周期较难控制,价格高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题:针对目前聚乳酸复合材料亲水性差,缺乏柔性和弹性,极易弯曲变形,抗冲击性能和热性能差的弊端,提供了一种采用玉米淀粉与碳酸钠溶液混合微波加热反应,抽滤得滤饼,干燥至恒重,作为乳酸聚合模板,与乳酸混合二次升温恒温反应,以辛酸亚锡为催化剂、氯仿为溶剂,反应后过滤得滤液,加入甲醇沉淀后,离心得下层沉淀,干燥,再加入α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶酶解淀粉,使其转化为水溶性单糖,灭酶后,蒸发结晶制得亲水性聚乳酸复合材料的方法。本发明制备步骤简单,所得产品亲水性好,不易弯曲变形,有效解决了抗冲击性能和热性能差问题,抗冲击强度达73~82J/m2,热变形温度达126~148℃。
为解决上述技术问题,本发明采用如下所述的技术方案是:
(1)称取180~200g玉米淀粉,加入盛有200~280mL质量浓度为15~20%碳酸钠溶液的烧杯中,再将烧杯置于微波反应器中,以600~800W功率微波加热10~15min,出料,待其自然冷却至室温后,抽滤,除去滤液,用去离子水洗涤滤饼至洗涤液呈中性,随后将滤饼置于105~110℃烘箱中,干燥至恒重,得预处理淀粉;
(2)在反应釜中,依次加入60~80g上述所得预处理淀粉、1000~1500mL乳酸,启动反应釜搅拌器,设定转速至680~760r/min,开启反应釜加热器,加热升温至75~85℃,恒温搅拌反应2~4h,开启真空泵,将反应釜抽至真空度为0.082~0.085MPa,继续升温至125~130℃,恒温搅拌反应1~2h;
(3)待反应结束,关闭真空泵,待反应釜恢复常压,加入8~10g辛酸亚锡,继续恒温搅拌反应8~10h,将反应釜内物料转入烧杯中,自然冷却至室温后,加入300~400mL氯仿,过滤,除去滤渣,在滤液中滴加甲醇,直至不再产生沉淀为止,离心分离,除去上清液,将下层沉淀物置于75~85℃真空干燥箱中,干燥6~8h,得白色粉末;
(4)称取100~150g上述所得白色粉末,倒入盛有300~400mL去离子水的烧杯中,再分别加入0.3~0.5gα-淀粉酶,0.4~0.6g葡萄糖淀粉酶,随后将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中,在420~480r/min搅拌转速,45~50℃条件下,恒温搅拌反应3~5h,再迅速升温至80~85℃,灭酶处理6~8min;
(5)待灭酶结束,将烧杯中物料转入坩埚中,加热蒸发结晶,收集得到白色晶体,即为亲水性聚乳酸复合材料。
本发明制得的亲水性聚乳酸复合材料抗冲击强度达73~82J/m2,热变形温度达126~148℃,拉伸强度为72~103MPa,弯曲强度达135~186MPa,低温冲击韧性达49~96J/m,弯曲模量达7~9GPa。
本发明与其他方法相比,有益技术效果是:
(1)本发明制备步骤简单,所得产品亲水性好,不易弯曲变形;
(2)抗冲击性能高,热性能好,抗冲击强度达73~82J/m2,热变形温度达126~148℃。
具体实施方式
首先称取180~200g玉米淀粉,加入盛有200~280mL质量浓度为15~20%碳酸钠溶液的烧杯中,再将烧杯置于微波反应器中,以600~800W功率微波加热10~15min,出料,待其自然冷却至室温后,抽滤,除去滤液,用去离子水洗涤滤饼至洗涤液呈中性,随后将滤饼置于105~110℃烘箱中,干燥至恒重,得预处理淀粉;在反应釜中,依次加入60~80g上述所得预处理淀粉、1000~1500mL乳酸,启动反应釜搅拌器,设定转速至680~760r/min,开启反应釜加热器,加热升温至75~85℃,恒温搅拌反应2~4h,开启真空泵,将反应釜抽至真空度为0.082~0.085MPa,继续升温至125~130℃,恒温搅拌反应1~2h;待反应结束,关闭真空泵,待反应釜恢复常压,加入8~10g辛酸亚锡,继续恒温搅拌反应8~10h,将反应釜内物料转入烧杯中,自然冷却至室温后,加入300~400mL氯仿,过滤,除去滤渣,在滤液中滴加甲醇,直至不再产生沉淀为止,离心分离,除去上清液,将下层沉淀物置于75~85℃真空干燥箱中,干燥6~8h,得白色粉末;再称取100~150g上述所得白色粉末,倒入盛有300~400mL去离子水的烧杯中,再分别加入0.3~0.5gα-淀粉酶,0.4~0.6g葡萄糖淀粉酶,随后将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中,在420~480r/min搅拌转速,45~50℃条件下,恒温搅拌反应3~5h,再迅速升温至80~85℃,灭酶处理6~8min;最后待灭酶结束,将烧杯中物料转入坩埚中,加热蒸发结晶,收集得到白色晶体,即为亲水性聚乳酸复合材料。
实例1
首先称取180g玉米淀粉,加入盛有200mL质量浓度为15%碳酸钠溶液的烧杯中,再将烧杯置于微波反应器中,以600W功率微波加热10min,出料,待其自然冷却至室温后,抽滤,除去滤液,用去离子水洗涤滤饼至洗涤液呈中性,随后将滤饼置于105℃烘箱中,干燥至恒重,得预处理淀粉;在反应釜中,依次加入60g上述所得预处理淀粉、1000mL乳酸,启动反应釜搅拌器,设定转速至680r/min,开启反应釜加热器,加热升温至75℃,恒温搅拌反应2h,开启真空泵,将反应釜抽至真空度为0.082MPa,继续升温至125℃,恒温搅拌反应1h;待反应结束,关闭真空泵,待反应釜恢复常压,加入8g辛酸亚锡,继续恒温搅拌反应8h,将反应釜内物料转入烧杯中,自然冷却至室温后,加入300mL氯仿,过滤,除去滤渣,在滤液中滴加甲醇,直至不再产生沉淀为止,离心分离,除去上清液,将下层沉淀物置于75℃真空干燥箱中,干燥6h,得白色粉末;再称取100g上述所得白色粉末,倒入盛有300mL去离子水的烧杯中,再分别加入0.3gα-淀粉酶,0.4g葡萄糖淀粉酶,随后将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中,在420r/min搅拌转速,45℃条件下,恒温搅拌反应3h,再迅速升温至80℃,灭酶处理6min;最后待灭酶结束,将烧杯中物料转入坩埚中,加热蒸发结晶,收集得到白色晶体,即为亲水性聚乳酸复合材料。
本发明制备步骤简单,所得产品亲水性好,不易弯曲变形;制得的亲水性聚乳酸复合材料抗冲击强度达73J/m2,热变形温度达126℃,拉伸强度为72MPa,弯曲强度达135MPa,低温冲击韧性达49J/m,弯曲模量达7GPa。
实例2
首先称取190g玉米淀粉,加入盛有240mL质量浓度为18%碳酸钠溶液的烧杯中,再将烧杯置于微波反应器中,以700W功率微波加热13min,出料,待其自然冷却至室温后,抽滤,除去滤液,用去离子水洗涤滤饼至洗涤液呈中性,随后将滤饼置于108℃烘箱中,干燥至恒重,得预处理淀粉;在反应釜中,依次加入70g上述所得预处理淀粉、1250mL乳酸,启动反应釜搅拌器,设定转速至720r/min,开启反应釜加热器,加热升温至80℃,恒温搅拌反应3h,开启真空泵,将反应釜抽至真空度为0.084MPa,继续升温至128℃,恒温搅拌反应2h;待反应结束,关闭真空泵,待反应釜恢复常压,加入9g辛酸亚锡,继续恒温搅拌反应9h,将反应釜内物料转入烧杯中,自然冷却至室温后,加入350mL氯仿,过滤,除去滤渣,在滤液中滴加甲醇,直至不再产生沉淀为止,离心分离,除去上清液,将下层沉淀物置于80℃真空干燥箱中,干燥7h,得白色粉末;再称取125g上述所得白色粉末,倒入盛有350mL去离子水的烧杯中,再分别加入0.4gα-淀粉酶,0.5g葡萄糖淀粉酶,随后将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中,在450r/min搅拌转速,48℃条件下,恒温搅拌反应4h,再迅速升温至83℃,灭酶处理7min;最后待灭酶结束,将烧杯中物料转入坩埚中,加热蒸发结晶,收集得到白色晶体,即为亲水性聚乳酸复合材料。
本发明制备步骤简单,所得产品亲水性好,不易弯曲变形;制得的亲水性聚乳酸复合材料抗冲击强度达78J/m2,热变形温度达137℃,拉伸强度为87MPa,弯曲强度达160MPa,低温冲击韧性达74J/m,弯曲模量达8GPa。
实例3
首先称取200g玉米淀粉,加入盛有280mL质量浓度为20%碳酸钠溶液的烧杯中,再将烧杯置于微波反应器中,以800W功率微波加热15min,出料,待其自然冷却至室温后,抽滤,除去滤液,用去离子水洗涤滤饼至洗涤液呈中性,随后将滤饼置于110℃烘箱中,干燥至恒重,得预处理淀粉;在反应釜中,依次加入80g上述所得预处理淀粉、1500mL乳酸,启动反应釜搅拌器,设定转速至760r/min,开启反应釜加热器,加热升温至85℃,恒温搅拌反应4h,开启真空泵,将反应釜抽至真空度为0.085MPa,继续升温至130℃,恒温搅拌反应2h;待反应结束,关闭真空泵,待反应釜恢复常压,加入10g辛酸亚锡,继续恒温搅拌反应10h,将反应釜内物料转入烧杯中,自然冷却至室温后,加入400mL氯仿,过滤,除去滤渣,在滤液中滴加甲醇,直至不再产生沉淀为止,离心分离,除去上清液,将下层沉淀物置于85℃真空干燥箱中,干燥8h,得白色粉末;再称取150g上述所得白色粉末,倒入盛有400mL去离子水的烧杯中,再分别加入0.5gα-淀粉酶,0.6g葡萄糖淀粉酶,随后将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中,在480r/min搅拌转速,50℃条件下,恒温搅拌反应5h,再迅速升温至85℃,灭酶处理8min;最后待灭酶结束,将烧杯中物料转入坩埚中,加热蒸发结晶,收集得到白色晶体,即为亲水性聚乳酸复合材料。
本发明制备步骤简单,所得产品亲水性好,不易弯曲变形;制得的亲水性聚乳酸复合材料抗冲击强度达82J/m2,热变形温度达148℃,拉伸强度为103MPa,弯曲强度达186MPa,低温冲击韧性达96J/m,弯曲模量达9GPa。
Claims (1)
1.一种亲水性聚乳酸复合材料的制备方法,其特征在于具体制备步骤为:
(1)称取180~200g玉米淀粉,加入盛有200~280mL质量浓度为15~20%碳酸钠溶液的烧杯中,再将烧杯置于微波反应器中,以600~800W功率微波加热10~15min,出料,待其自然冷却至室温后,抽滤,除去滤液,用去离子水洗涤滤饼至洗涤液呈中性,随后将滤饼置于105~110℃烘箱中,干燥至恒重,得预处理淀粉;
(2)在反应釜中,依次加入60~80g上述所得预处理淀粉、1000~1500mL乳酸,启动反应釜搅拌器,设定转速至680~760r/min,开启反应釜加热器,加热升温至75~85℃,恒温搅拌反应2~4h,开启真空泵,将反应釜抽至真空度为0.082~0.085MPa,继续升温至125~130℃,恒温搅拌反应1~2h;
(3)待反应结束,关闭真空泵,待反应釜恢复常压,加入8~10g辛酸亚锡,继续恒温搅拌反应8~10h,将反应釜内物料转入烧杯中,自然冷却至室温后,加入300~400mL氯仿,过滤,除去滤渣,在滤液中滴加甲醇,直至不再产生沉淀为止,离心分离,除去上清液,将下层沉淀物置于75~85℃真空干燥箱中,干燥6~8h,得白色粉末;
(4)称取100~150g上述所得白色粉末,倒入盛有300~400mL去离子水的烧杯中,再分别加入0.3~0.5gα-淀粉酶,0.4~0.6g葡萄糖淀粉酶,随后将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中,在420~480r/min搅拌转速,45~50℃条件下,恒温搅拌反应3~5h,再迅速升温至80~85℃,灭酶处理6~8min;
(5)待灭酶结束,将烧杯中物料转入坩埚中,加热蒸发结晶,收集得到白色晶体,即为亲水性聚乳酸复合材料。
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