CN117264390A - 植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉及其制备方法和基于其制备可降解塑料复合材料的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉及其制备方法和基于其制备可降解塑料复合材料的应用。该植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉以柚子皮粉为核，由内向外依次包覆植酸、聚乳酸作为第一包覆层、第二包覆层，该植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉的制备过程为：将柚子皮粉加入植酸溶液中，经过滤、干燥、研磨、过筛后得到植酸包覆柚子皮粉，再将其加入聚乳酸溶液中，经过滤、干燥、研磨、过筛后得到目数50～500的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉。本发明中的制备方法简便、原料广泛易获取，所得的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉与可降解塑料共混所得的可降解塑料复合材料具有优良的力学性能和抗菌性能，在一次性塑料制品领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及可降解塑料改性技术领域，尤其是涉及一种植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉及其制备方法和基于其制备可降解塑料复合材料的应用。
背景技术
随着社会的发展，可降解塑料越来越受到重视。然而，目前可降解塑料处于一个不占成本优势，而且还不能完全达到传统塑料的物理性能的尴尬境地。柚子皮具有一定的药用价值和食用价值，其综合利用可以变废为宝，减少废弃物对环境的不良影响。植酸是从植物种籽中提取的一种有机磷类化合物，在抗氧化剂、保鲜剂和金属防腐蚀剂等领域有着广泛应用。若能将柚子皮和植酸共同应用于可降解塑料的制备，有望降低可降解塑料的高成本，且能赋予可降解塑料新的功能。
然而，柚子皮与可降解塑料之间的相容性不好，直接将两者共混虽然可以降低成本，但是柚子皮会破坏可降解塑料的力学性能。此外，植酸通常为无色至淡黄色液体，难以直接添加至可降解塑料基体中。因此，采用一种使得柚子皮和植酸能够更好地应用于可降解塑料的制备的技术方案是十分必要的。
发明内容
为了克服背景技术中存在的问题，本发明提供了一种植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉及其制备方法和基于其制备可降解塑料复合材料的应用。
为达到上述目的，本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
本发明制备得到的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉以柚子皮粉为核，由内向外依次包覆植酸、聚乳酸作为第一包覆层、第二包覆层；各组分以质量份数计，分别为：植酸为1～10份，聚乳酸为1～10份，柚子皮粉为80～98份。
所述植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉的制备方法具体包括以下步骤：
1)由柚子皮制备柚子皮粉；
2)将所述步骤1)得到的柚子皮粉加入植酸溶液中，经浸泡、搅拌后得到以柚子皮粉为核、植酸为第一包覆层的植酸包覆柚子皮粉悬浮液；
3)将所述步骤2)得到的植酸包覆柚子皮粉悬浮液进行过滤，干燥去除水分后用球磨机研磨成粉，用筛网过筛得到植酸包覆柚子皮粉；
4)将所述步骤3)得到的植酸包覆柚子皮粉加入聚乳酸溶液中，经浸泡、搅拌后得到以柚子皮粉为核，植酸为第一包覆层，聚乳酸为第二包覆层的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉悬浮液；
5)将所述步骤4)得到的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉悬浮液进行过滤，干燥去除溶剂后用球磨机研磨成粉，用筛网过筛得到植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉。
所述步骤1)中制备柚子皮粉的具体步骤为：将柚子皮的白瓤在50～80℃的真空干燥箱里真空干燥，用球磨机研磨成粉后用筛网过筛得到目数为50～500的柚子皮粉。
优选地，所述真空干燥的温度为60℃，所述柚子皮粉的目数为120目。
所述步骤2)中，将柚子皮粉加入植酸溶液中后，所述柚子皮粉在柚子皮粉-植酸溶液中的质量分数为1～10wt％，所述植酸在柚子皮粉-植酸溶液中的质量分数为1～10wt％。
优选地，所述步骤2)中，将柚子皮粉加入植酸溶液中后，所述柚子皮粉的质量分数为5wt％，所述植酸的质量分数为2wt％。
所述步骤4)中制备聚乳酸溶液的具体步骤为：将聚乳酸加入到有机溶剂中，搅拌至均匀透明后得到聚乳酸溶液，所述有机溶剂为二氯甲烷或三氯甲烷。
优选地，所述有机溶剂为二氯甲烷。
所述步骤5)中，将植酸包覆柚子皮粉加入聚乳酸溶液中后，植酸包覆柚子皮粉在植酸包覆柚子皮粉-聚乳酸溶液中的质量分数为1～10wt％，聚乳酸在植酸包覆柚子皮粉-聚乳酸溶液中的质量分数为1～10wt％。
优选地，所述步骤5)中，将植酸包覆柚子皮粉加入聚乳酸溶液中后，植酸包覆柚子皮粉在溶液中的质量分数为5wt％，聚乳酸在聚乳酸溶液中的质量分数为1wt％。
所述步骤3)及步骤5)中，采用筛网过筛，所述筛网的目数均为50～500目。
优选地，所述筛网的目数均为120目。
所述步骤3)及步骤5)中，在50～100℃的真空干燥箱中干燥。
优选地，所述步骤3)及步骤5)中，在60℃的真空干燥箱中干燥。
基于所述植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉可制备降解塑料复合材料，所述可降解塑料复合材料的组分包括可降解塑料、植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉，各组分按质量份计：可降解塑料为70～90份，植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉为10～30份。其中，所述可降解塑料为聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯中的一种。
所述可降解塑料复合材料的制备方法具体为：
将可降解塑料、植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉熔融共混后注塑成型，冷却至室温，得到可降解塑料复合材料；所述植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉的目数为50～500目。具体地，所述熔融温度为120～180℃，熔融后共混时间为5～10min，所述注塑成型的温度为120～180℃。
本发明的有益效果：
本发明将柚子皮加工成柚子皮粉，利用其多孔性和吸附性，将植酸作为第一包覆层吸附在其表面，避免了液态植酸与可降解塑料基体之间的直接接触。其次，将聚乳酸作为第二包覆层吸附在其表面，增加了与可降解塑料基体之间的相容性。本发明中植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉的制备方法简便、原料广泛易获取，所述植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉与可降解塑料共混制备的可降解塑料复合材料具有优良的力学性能和抗菌性能，在一次性塑料制品领域具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的实施例与对比例如下：
实施例与对比例中，聚乳酸、植酸溶液(50wt％)为市购材料，柚子皮为超市购买的柚子去皮而成。实施例中力学性能测试方法的条件为：万能试验机(Instron 5943，传感器100N，美国)，样品(30×3×0.5mm，每组至少五次)，速度10mm/min，标距10mm。
实施例1
1)将柚子皮的白瓤在60℃的真空干燥箱里烘干，用球磨机研磨成粉，用120目的网筛过筛，得到柚子皮粉。
2)将10g步骤1)得到的柚子皮粉加入200mL浓度为2wt％的植酸溶液，浸泡、搅拌后得到以柚子皮粉为核，植酸为第一包覆层的植酸包覆柚子皮粉悬浮液。
3)将步骤2)得到的植酸包覆柚子皮粉悬浮液进行过滤，在60℃的真空干燥箱里干燥去除水分，用球磨机研磨成粉，用120目的网筛过筛，得到植酸包覆柚子皮粉。
4)将聚乳酸加入二氯甲烷中，搅拌至均匀透明，得到浓度为1wt％的聚乳酸溶液。
5)将10g步骤3)得到的植酸包覆柚子皮粉加入200mL聚乳酸溶液，浸泡、搅拌后得到以柚子皮粉为核，植酸为第一包覆层，聚乳酸为第二包覆层的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉悬浮液。
6)将步骤5)得到的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉悬浮液进行过滤，在60℃的真空干燥箱里干燥去除溶剂，用球磨机研磨成粉，用120目的网筛过筛，得到植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉。
7)将90g聚乳酸、10g步骤6)得到的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉在160℃下熔融共混5min，再160℃下注塑成型，冷却至室温，得到可降解塑料复合材料。
本实施例中制备得到的降解塑料复合材料的力学性能测试结果如表1所示。
表1
| 样品 | 杨氏模量(MPa) | 拉伸强度(MPa) | 断裂伸长率(％) |
| 实施例1 | 1084.0±57.1 | 26.6±1.6 | 13.0±0.9 |
| 实施例2 | 982.2±75.5 | 23.1±1.0 | 8.7±0.4 |
| 实施例3 | 910.0±44.2 | 16.8±1.1 | 3.6±0.3 |
| 对比例1 | 811.0±39.5 | 27.9±1.4 | 12.8±0.8 |
| 对比例2 | 850.5±51.2 | 18.1±0.7 | 4.8±0.3 |
实施例2
1)将柚子皮的白瓤在60℃的真空干燥箱里烘干，用球磨机研磨成粉，用120目的网筛过筛，得到柚子皮粉。
2)将20g步骤1)得到的柚子皮粉加入400mL浓度为2wt％的植酸溶液，浸泡、搅拌后得到以柚子皮粉为核，植酸为第一包覆层的植酸包覆柚子皮粉悬浮液。
3)将步骤2)得到的植酸包覆柚子皮粉悬浮液进行过滤，在60℃的真空干燥箱里干燥去除水分，用球磨机研磨成粉，用120目的网筛过筛，得到植酸包覆柚子皮粉。
4)将聚乳酸加入二氯甲烷中，搅拌至均匀透明，得到浓度为1wt％聚乳酸溶液。
5)将20g步骤3)得到的植酸包覆柚子皮粉加入400mL步骤4)得到的聚乳酸溶液，浸泡、搅拌后得到以柚子皮粉为核，植酸为第一包覆层，聚乳酸为第二包覆层的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉悬浮液。
6)将步骤5)得到的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉悬浮液进行过滤，在60℃的真空干燥箱里干燥去除溶剂，用球磨机研磨成粉，用120目的网筛过筛，得到植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉。
7)将80g聚乳酸、20g步骤6)得到的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉在160℃下熔融共混5min，再160℃下注塑成型，冷却至室温，得到可降解塑料复合材料。
本实施例中制备得到的降解塑料复合材料的力学性能测试结果如表1所示。
实施例3
1)将柚子皮的白瓤在60℃的真空干燥箱里烘干，用球磨机研磨成粉，用120目的网筛过筛，得到柚子皮粉。
2)将30g步骤1)得到的柚子皮粉加入600mL浓度为2wt％的植酸溶液，浸泡、搅拌后得到以柚子皮粉为核，植酸为第一包覆层的植酸包覆柚子皮粉悬浮液。
3)将步骤2)得到的植酸包覆柚子皮粉悬浮液进行过滤，在60℃的真空干燥箱里干燥去除水分，用球磨机研磨成粉，用120目的网筛过筛，得到植酸包覆柚子皮粉。
4)将聚乳酸加入二氯甲烷中，搅拌至均匀透明，得到浓度为1wt％聚乳酸溶液。
5)将30g步骤3)得到的植酸包覆柚子皮粉加入600mL步骤4)得到的聚乳酸溶液，浸泡、搅拌后得到以柚子皮粉为核，植酸为第一包覆层，聚乳酸为第二包覆层的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉悬浮液。
6)将步骤5)得到的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉悬浮液进行过滤，在60℃的真空干燥箱里干燥去除溶剂，用球磨机研磨成粉，用120目的网筛过筛，得到植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉。
7)将70g聚乳酸、30g步骤6)得到的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉在160℃下熔融共混5min，再160℃下注塑成型，冷却至常温，得到可降解塑料复合材料。
本实施例中制备得到的降解塑料复合材料的力学性能测试结果如表1所示。
对比例1
将100g聚乳酸在160℃下注塑成型，冷却至常温，得到聚乳酸样条。
本对比例中制备得到的聚乳酸样条的力学性能测试结果如表1所示。
对比例2
1)将柚子皮的白瓤在60℃的真空干燥箱里烘干，用球磨机研磨成粉，用120目的网筛过筛，得到柚子皮粉。
2)将90g聚乳酸、10g步骤1)得到柚子皮粉在160℃下熔融共混5min，再160℃下注塑成型，冷却至室温，得到可降解塑料复合材料。
本对比例中制备得到的可降解塑料复合材料的力学性能测试结果如表1所示。
各实施例和对比例的测试结果表明，只添加柚子皮粉时(对比例2)，可降解塑料复合材料的杨氏模量与纯聚乳酸(对比例1)的杨氏模量相比有所提高；在相同添加量的情况下，植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉(实施例1)对杨氏模量的提高幅度要高于柚子皮粉(对比例2)；随着植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉添加量的增加(实施例1-3)，可降解塑料复合材料的杨氏模量虽然有所下降，但是仍然高于纯聚乳酸(对比例1)的杨氏模量。随着植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉添加量的增加，拉伸强度和断裂伸长率比纯聚乳酸(对比例1)的有所降低。但是，在相同添加量的情况下，植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉(实施例1)对应的拉伸强度和断裂伸长率要好于柚子皮粉(对比例2)的。
上述实施例仅用来解释本发明，而不是限制本发明的保护范围。在本发明的精神实质和权利要求保护范围内做出的任何等效变化或修饰，都视为在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉，其特征在于：所述植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉以柚子皮粉为核，由内向外依次包覆植酸、聚乳酸作为第一包覆层、第二包覆层；各组分以质量份数计，分别为：植酸为1～10份，聚乳酸为1～10份，柚子皮粉为80～98份。
2.一种如权利要求1所述的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
1)由柚子皮制备柚子皮粉；
2)将所述步骤1)得到的柚子皮粉加入植酸溶液中，经浸泡、搅拌后得到以柚子皮粉为核、植酸为第一包覆层的植酸包覆柚子皮粉悬浮液；
3)将所述步骤2)得到的植酸包覆柚子皮粉悬浮液进行过滤，干燥后研磨成粉，过筛得到植酸包覆柚子皮粉；
4)将所述步骤3)得到的植酸包覆柚子皮粉加入聚乳酸溶液中，经浸泡、搅拌后得到植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉悬浮液；
5)将所述步骤4)得到的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉悬浮液进行过滤，干燥后研磨成粉，过筛得到植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉。
3.根据权利要求2所述的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中制备柚子皮粉的具体步骤为：将柚子皮的白瓤在50～80℃真空干燥，研磨成粉后过筛得到目数为50～500的柚子皮粉。
4.根据权利要求2所述的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，将柚子皮粉加入植酸溶液中后，所述柚子皮粉在溶液中的质量分数为1～10wt％，所述植酸在溶液中的质量分数为1～10wt％。
5.根据权利要求2所述的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中制备聚乳酸溶液的具体步骤为：将聚乳酸加入到有机溶剂中，搅拌至均匀透明后得到聚乳酸溶液，所述有机溶剂为二氯甲烷或三氯甲烷。
6.根据权利要求2所述的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中，将植酸包覆柚子皮粉加入聚乳酸溶液中后，植酸包覆柚子皮粉在溶液中的质量分数为1～10wt％，聚乳酸在溶液中的质量分数为1～10wt％。
7.根据权利要求2所述的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉的制备方法，其特征在于：所述步骤3)及步骤5)中，采用筛网过筛，所述筛网的目数均为50～500目。
8.一种基于如权利要求1所述的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉或者基于如权利要求2-7任一所述的制备方法得到的植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉的可降解塑料复合材料，其特征在于：所述可降解塑料复合材料的组分包括可降解塑料、植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉，各组分按质量份计：可降解塑料为70～90份，植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉为10～30份。
9.根据权利要求8所述的一种可降解塑料复合材料，其特征在于：所述可降解塑料为聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯中的一种。
10.一种如权利要求8-9任一所述的可降解塑料复合材料的制备方法，其特征在于：所述可降解塑料复合材料的制备方法具体为：
将可降解塑料、植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉熔融共混后注塑成型，冷却至室温，得到可降解塑料复合材料；
所述植酸和聚乳酸包覆柚子皮粉的目数为50～500目；所述熔融温度为120～180℃，熔融后共混时间为5～10min，所述注塑成型的温度为120～180℃。
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