CN109385059A - 一种高韧性的pla/ppc生物降解复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新材料中高分子材料的新型功能高分子材料的制备及应用技术，涉及改性塑料技术领域，具体来说是一种高韧性的PLA/PPC生物降解复合材料的制备方法。本发明首先从三七、连翘、丁香中提取出活性成分作为天然抗菌剂；然后将聚碳酸亚丙酯、淀粉微粉、聚乳酸干燥后与天然抗氧化剂、天然抗菌剂、助剂混合均匀后造粒，制备得到PLA/PPC生物降解复合材料；最后将PLA/PPC生物降解复合材料利用碱处理后用硅烷化试剂修饰提高韧性制得高韧性的PLA/PPC生物降解复合材料。经本发明制备得到的PLA/PPC复合材料不仅易生物降解而且抗菌性能良好，力学性能优异且安全无毒。

Description

一种高韧性的PLA/PPC生物降解复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于新材料中高分子材料的新型功能高分子材料的制备及应用技术，涉及改性塑料技术领域，具体来说是一种高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料及其制备方法。
背景技术
聚乳酸(PLA)由于其优良的生物相容性和生物可降解性以及其热塑性、防渗透性、力学性能与聚酯相似，在生产薄膜、片材、瓶子和各种热成形品和注塑产品，以及各种纺织产品或非织造产品领域显示了巨大的应用前景。但是，PLA自身存在的一些性能缺陷，如性脆、熔体强度低热稳定差等限制了它的应用。
聚碳酸亚丙酯（PPC）是由CO2参与反应制得的全生物降解聚合物，具有与PLA相似的化学结构，因此PPC与PLA具有一定的相容性．同时PPC具有较好的韧性，能够增韧PLA，从而能制备高韧性的生物降解材料。
发明内容
为了解决传统聚乳酸塑料存在的性脆、熔体强度低热稳定差等问题。本发明的提供了一种高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料的制备方法。为了实现上述目标，本发明将采用以下技术：
一种高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将三七、连翘、丁香干燥后分别粉碎过60目筛后将三种中药粉末混合后经微波处理10-15min后，将中药粉末与乙醇-水混合液按1：15-20的质量体积比(g/mL)混合后，在60-75℃条件下回流提取2-4h后过滤，滤渣再用回流提取-过滤步骤重复提取2-3次后合并滤液，将滤液过超滤膜后浓缩至溶液的密度为1.1-1.2g/mL后，将浓缩液与乙醇-盐双水相按1：2-3的体积比混合后，超声5-10min 静置分为两相后，用分液漏斗分离出上相，将上相减压蒸干后粉碎过60目筛，得天然抗菌剂；
（2）将聚碳酸亚丙酯、淀粉微粉、聚乳酸干燥后与天然抗氧化剂、天然抗菌剂、助剂混合均匀后转移至双螺杆挤出机中，经挤出造粒后制备得到PLA/PPC 生物降解复合材料；
（3）将步骤（2）所得的生物降解复合材料进一步粉碎后，分散于无水乙醇中，向无水乙醇中加入饱和的NaOH醇溶液后，在室温下，300-500rpm条件下浸泡3-5h后过滤得固体部分，将所得固体部分再次分散在硅烷化试剂的丙酮溶液中，在40-60℃，400-600rpm条件下反应12-14h后，过滤固体部分用丙酮清洗2-3次后于75-85℃条件下真空干燥后得到高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料。
优选的，步骤（1）中所述的中药粉末中三七、连翘、丁香质量比为1：0.5-2：0.5-2；所述的乙醇-水混合物中乙醇的体积分数为30-45%。
优选的，步骤（1）中所述的超滤膜的截留分子量中5000。
优选的，步骤（1）中所述的乙醇-盐双水相的制备方法为：将乙醇与0.2-0.4g/mLK2HPO4溶液按1：1-3的体积比混合后，超声静置即得乙醇-盐双水相。
优选的，步骤（2）中所述的淀粉微粉为玉米淀粉、小麦淀粉、红素淀粉中的一种；所述的淀粉微粉的粒径不大于2μm; 所述的天然抗氧化剂为维生素C、没食子酸中的一种；所述的助剂为滑石粉、碳酸钙、云母粉中的一种或多种。
优选的，步骤（2）中所述的聚碳酸亚丙酯、淀粉微粉、聚乳酸、天然抗氧化剂、天然抗菌剂、助剂混合时的加入量按质量份数依次为25-30份、25-45份、40-50份、1-3份、1-3份、1-3份。
优选的，步骤（2）中所述的硅烷化试剂为：十六烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、十四烷基三乙氧基硅烷中的一种；所述的硅烷化试剂的加入量为生物降解复合材料质量的15-20%。
另外，本发明的高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料，其由上述制备方法所制备。
与现有技术相比，本发明的一种高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料的制备方法有以下有益效果：
采用乙醇回流提取联合双水相纯化技术从中药中提取天然活性成分作为塑料的天然抗菌剂，不仅加强了材料的抗菌性能，同时未采用人工合成的抗菌剂，使得材料更为安全；利用聚碳酸亚丙酯对聚乳酸进行修饰，聚碳酸亚丙酯的高韧性增强了材料的韧性；采用碱溶液以及硅烷化试剂对材料表进行修饰，进一步加强材料的韧性等力学性能以及材料的耐水性。此外，本发明制备材料的添加成分多为天然成分，进一步保证了产品安全性能。经本发明制备得到的PLA/PPC复合材料不仅易生物降解而且抗菌性能良好，力学性能优异且安全无毒。
具体实施方式
【实施例1】
一种高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将三七、连翘、丁香干燥后分别粉碎过60目筛后将三七、连翘、丁香干中药粉末按1：1：1的质量比混合后经微波处理10min后，将中药粉末与35%的乙醇-水混合液按1：20的质量体积比后（g/mL）混合后，在70℃条件下回流提取3h后过滤，滤渣再用回流提取-过滤步骤重复提取 2次后合并滤液，将滤液过截留分子量为5000的超滤膜后浓缩至溶液的密度为1.1-1.2g/mL后，将浓缩液与乙醇-盐双水相按1：3的体积比混合后，超声6min，静置分为两相后，用分液漏斗分离出上相，将上相减压蒸干后粉碎过60目筛，得天然抗菌剂；
（2）将25份聚碳酸亚丙酯、30份淀粉微粉、40份聚乳酸干燥后与1.5份维生素C、1.5天然抗菌剂、2份碳酸钙混合均匀后转移至双螺杆挤出机中，经挤出造粒后制备得到PLA/PPC 生物降解复合材料；
（3）将步骤（2）所得的生物降解复合材料进一步粉碎后，分散于无水乙醇中，向无水乙醇中加入饱和的NaOH醇溶液后，在室温下，400rpm条件下浸泡3-5h后过滤得固体部分，将所得固体部分再次分散在15%的十六烷基三乙氧基硅烷的丙酮溶液中，在50℃，500rpm条件下反应13h后，过滤固体部分用丙酮清洗3次后于75-85℃条件下真空干燥后得高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料。
【实施例2】
一种高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将三七、连翘、丁香干燥后分别粉碎过60目筛后将三七、连翘、丁香干中药粉末按1：1.5：2的质量比混合后经微波处理10min后，将中药粉末与40%的乙醇-水混合液按1：18的质量体积比（g/mL）后混合后，在70℃条件下回流提取2.5h后过滤，滤渣再用回流提取-过滤步骤重复提取2次后合并滤液2次后合并滤液，将滤液过截留分子量为5000的超滤膜后浓缩至溶液的密度为1.1-1.2g/mL后，将浓缩液与乙醇-盐双水相按1：2.5的体积比混合后，超声6min，静置分为两相后，用分液漏斗分离出上相，将上相减压蒸干后粉碎过60目筛，得天然抗菌剂；
（2）将25份聚碳酸亚丙酯、25份淀粉微粉、47份聚乳酸干燥后与1份维生素C、1天然抗菌剂、1份碳酸钙混合均匀后转移至双螺杆挤出机中，经挤出造粒后制备得到PLA/PPC 生物降解复合材料；
（3）将步骤（2）所得的生物降解复合材料进一步粉碎后，分散于无水乙醇中，向无水乙醇中加入饱和的NaOH醇溶液后，在室温下，400rpm条件下浸泡3-5h后过滤得固体部分，将所得固体部分再次分散在17%的十四烷基三乙氧基硅烷的丙酮溶液中，在50℃，500rpm条件下反应14h后，过滤固体部分用丙酮清洗3次后于75-85℃条件下真空干燥后得高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料。
【实施例3】
一种高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将三七、连翘、丁香干燥后分别粉碎过60目筛后将三七、连翘、丁香干中药粉末按1：0.8：1.2的质量比混合后经微波处理10min后，将中药粉末与45%的乙醇-水混合液按1：15的质量体积比后混合后，在70℃条件下回流提取2.5h后过滤，滤渣再用回流提取-过滤步骤重复提取2次后合并滤液2次后合并滤液，将滤液过截留分子量为5000的超滤膜后浓缩至溶液的密度为1.1-1.2g/mL后，将浓缩液与乙醇-盐双水相按1：2.5的体积比混合后，超声6min，静置分为两相后，用分液漏斗分离出上相，将上相减压蒸干后粉碎过60目筛，得天然抗菌剂；
（2）将28份聚碳酸亚丙酯、29份淀粉微粉、40份聚乳酸干燥后与1份维生素C、1天然抗菌剂、1份碳酸钙混合均匀后转移至双螺杆挤出机中，经挤出造粒后制备得到PLA/PPC 生物降解复合材料；
（3）将步骤（2）所得的生物降解复合材料进一步粉碎后，分散于无水乙醇中，向无水乙醇中加入饱和的NaOH醇溶液后，在室温下，400rpm条件下浸泡3-5h后过滤得固体部分，将所得固体部分再次分散在17%的十六烷基三乙氧基硅烷的丙酮溶液中，在50℃，500rpm条件下反应14h后，过滤固体部分用丙酮清洗3次后于75-85℃条件下真空干燥后得高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料。
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将三七、连翘、丁香干燥后分别粉碎过60目筛后将三种中药粉末混合后经微波处理10-15min后，将中药粉末与乙醇-水混合液按1：15-20的质量体积比(g/mL)混合后，在60-75℃条件下回流提取2-4h后过滤，滤渣再用回流提取-过滤步骤重复提取2-3次后合并滤液，将滤液过超滤膜后浓缩至溶液的密度为1.1-1.2g/mL后，将浓缩液与乙醇-盐双水相按1：2-3的体积比混合后，超声5-10min 静置分为两相后，用分液漏斗分离出上相，将上相减压蒸干后粉碎过60目筛，得天然抗菌剂；
（2）将聚碳酸亚丙酯、淀粉微粉、聚乳酸干燥后与天然抗氧化剂、天然抗菌剂、助剂混合均匀后转移至双螺杆挤出机中，经挤出造粒后制备得到PLA/PPC 生物降解复合材料；
（3）将步骤（2）所得的生物降解复合材料进一步粉碎后，分散于无水乙醇中，向无水乙醇中加入饱和的NaOH醇溶液后，在室温下，300-500rpm条件下浸泡3-5h后过滤得固体部分，将所得固体部分再次分散在硅烷化试剂的丙酮溶液中，在40-60℃，400-600rpm条件下反应12-14h后，过滤固体部分用丙酮清洗2-3次后于75-85℃条件下真空干燥后得到高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的中药粉末中三七、连翘、丁香质量比为1：0.5-2：0.5-2；所述的乙醇-水混合物中乙醇的体积分数为30-45%。
3.根据权利要求1所述的一种高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的超滤膜的截留分子量中5000。
4.根据权利要求1所述的一种高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的乙醇-盐双水相的制备方法为：将乙醇与0.2-0.4g/mL K2HPO4溶液按1：1-3的体积比混合后，超声静置即得乙醇-盐双水相。
5.根据权利要求1所述的一种高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的淀粉微粉为玉米淀粉、小麦淀粉、红素淀粉中的一种；所述的淀粉微粉的粒径不大于2μm；所述的天然抗氧化剂为维生素C、没食子酸中的一种；所述的助剂为滑石粉、碳酸钙、云母粉中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的聚碳酸亚丙酯、淀粉微粉、聚乳酸、天然抗氧化剂、天然抗菌剂、助剂混合时的加入量按质量份数依次为25-30份、25-45份、40-50份、1-3份、1-3份、1-3份。
7.根据权利要求1所述的一种高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的硅烷化试剂为：十六烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、十四烷基三乙氧基硅烷中的一种；所述的硅烷化试剂的加入量为生物降解复合材料质量的15-20%。
8.一种高韧性的PLA/PPC 生物降解复合材料，其由根据权利要求1-7任何一项所述的制备方法所制备。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190226

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