CN112048161A - 一种高阻隔改性聚乳酸抗菌材料及其制法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚乳酸抗菌材料技术领域，且公开了一种高阻隔改性聚乳酸抗菌材料，包括以下配方原料：聚多巴胺‑银纳米复合材料、改性纤维素、催化剂、DL‑丙交酯。该一种高阻隔改性聚乳酸抗菌材料，热溶剂原位聚合法在纳米银外层包覆依次纳米聚多巴胺，使纳米银颗粒均地分散在聚乳酸中，大改善了纳米银在聚乳酸材料中的分散性和相容性，聚多巴胺在碱性条件下容易分解，提高了聚乳酸的生物降解速率，长支链的硬脂酸接枝纤维素与聚乳酸分子相互交联，进行聚乳酸分子之间的孔隙中，增强聚乳酸分子的交联度和结晶度，降低了聚乳酸材料的水蒸气渗透系数和透氧率，表现出良好的水分子和氧气的高阻隔性能，增强了聚乳酸材料的抗菌性能。

Description

一种高阻隔改性聚乳酸抗菌材料及其制法
技术领域
本发明涉及聚乳酸抗菌材料技术领域，具体为一种高阻隔改性聚乳酸抗菌材料及其制法。
背景技术
抗菌材料是一种具有杀灭或抑制微生物功能的新型功能材料，在自然界中有许多物质本身就具有良好的杀菌或抑制微生物的功能，但目前抗菌材料大多是指通过添加一定的抗菌物质或抗菌剂，使材料达到抑制或杀灭细菌的效果，如抗菌织物、抗菌塑料、抗菌金属材料、抗菌陶瓷材料等，抗菌材料主要有机抗菌剂如咪唑类、季铵盐类、双呱类等；无机抗菌剂银、铜、锌等金属化合物等，其中纳米银对大肠杆菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用，并且不会产生耐药性，是一种广泛使用的抗菌剂。
聚乳酸主要是由乳酸分子之间通过羧基和羟基脱水缩合得到的聚合物，聚乳酸的原料来源充分、可再生，并且聚乳酸的生产过程污染很小，产品具有生物降解性，可以实现在自然界中的循环，因此聚乳酸材料是一种理想的绿色高分子材料，产品主要有包装材料、纤维和非织造物等，在服装业、建筑业、农林业和医疗卫生等领域具有广泛的应用，但是聚乳酸不具有抗菌性能，而纳米银在聚乳酸中的分散性和相容性较差，如何使纳米银与聚乳酸有效地形成复合材料，赋予聚乳酸材料良好的抗菌性能成为研究热点。
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高阻隔改性聚乳酸抗菌材料及其制法，解决了聚乳酸不具有抗菌性能和纳米银在聚乳酸中的分散性和相容性较差的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高阻隔改性聚乳酸抗菌材料，包括以下按重量份数计的配方原料：3-8份聚多巴胺-银纳米复合材料、2-6份改性纤维素、0.1-0.3份催化剂、86-95份DL-丙交酯。
优选的，所述催化剂为辛酸亚锡。
优选的，所述聚多巴胺-银纳米复合材料制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶加入乙醇和质量分数为0.07-0.1％的氨水，两者体积比为1:2-2.5，再加入加入纳米银颗粒，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声处理20-40min。
(2)向溶液中加入盐酸多巴胺，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至45-55℃，匀速搅拌反应20-25h，向溶液中加入丙酮溶剂，匀速搅拌然后静置沉降，将溶液通过离心机进行离心分离，除去溶剂收集沉淀产物，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米聚多巴胺包覆的纳米银，即为聚多巴胺-银纳米复合材料。
优选的，所述纳米银颗粒和盐酸多巴胺的质量比为2.2-3.5:1。
优选的，所述改性纤维素制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入硬脂酸酐，加热至80-90℃，再加入粒径为25-50um的纤维素颗粒，匀速搅拌30-40min，将反应瓶置于超声分散仪中，在80-90℃进行超声分散处理1-2h。
(2)向溶液加入碘单质并置于油浴锅中，加热至130-150℃，匀速搅拌反应2-3h，将溶液冷却至室温，加入乙醇溶剂使物料全部溶解，将溶液置于透析袋中，加入蒸馏水溶剂进行透析过程除去小分子，将透析过后的沉淀物使用乙醇溶剂洗涤除去杂质，并充分干燥，制备得到硬脂酸接枝的纤维素，即为改性纤维素。
优选的，所述硬脂酸酐、纤维素颗粒和碘单质的质量比为20-30:1:0.08-0.12。
优选的，所述油浴锅包括台体，台体的顶部开设有浴槽，浴槽的内部固定连接有加热管，所述浴槽的顶部放置有槽盖，所述台体的顶部固定连接有控制台，所述控制台的正面设置有操作板和仪表盘。
优选的，所述高阻隔改性聚乳酸抗菌材料制备方法包括以下步骤：
(1)向三氯甲烷溶剂中加入3-8份聚多巴胺-银纳米复合材料、2-6份改性纤维素和86-95份DL-丙交酯，将溶液在N2氛围中，进行超声分散处理1-2h，超声频率为22-30KHz。
(2)将溶液转移进水热自动反应釜中，再加入0.1-0.3份催化剂辛酸亚锡，在N2氛围下，加热至155-165℃，反应4-7h，将溶液冷却至室温，减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物并充分干燥。
(3)将固体产物置于双螺杆挤出机，在熔融温度160-180℃下挤出母粒，在185-215℃下吹塑成膜，制备得到高阻隔改性聚乳酸抗菌材料。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
该一种高阻隔改性聚乳酸抗菌材料，使用热溶剂原位聚合法在纳米银外层包覆依次纳米聚多巴胺，形成聚多巴胺-银纳米复合材料，聚多巴胺中的盐和羟基与聚乳酸中的酰胺基在氢键和范德华力作用下形成复合物，从而使纳米银颗粒均地分散在聚乳酸中，大改善了纳米银在聚乳酸材料中的分散性和相容性。
该一种高阻隔改性聚乳酸抗菌材料，聚多巴胺降低了DL-丙交酯开环聚合形成聚乳酸时的结晶温度，促进了聚乳酸的结晶过程，同时聚多巴胺在碱性条件下容易分解，提高了聚乳酸的降解速率，增强了聚乳酸材料的生物降解性。
该一种高阻隔改性聚乳酸抗菌材料，通过在硬脂酸酐改性纤维素，制备得到长支链的硬脂酸接枝纤维素，烷基长支链与聚乳酸分子相互交联，提高了纤维素和聚乳酸的相容性，同时改性纤维素进行聚乳酸分子之间的孔隙中，增强聚乳酸分子的交联度和结晶度，降低了聚乳酸材料的水蒸气渗透系数和透氧率，表现出良好的水分子和氧气的高阻隔性能，当聚乳酸材料用作包装材料时，可以大幅降低水分子和氧气的通过，在包装材料内部形成低氧低水环境，从而提高了聚乳酸材料的抗菌性能，并且改性纤维素提升聚乳酸分子的交联度和结晶度，可以增强了材料的拉伸强度和韧性，使聚乳酸材料表现出更好的机械性能，提高了材料的使用寿命。
附图说明
图1为本发明连接结构主视图；
图2为本发明连接结构剖视图。
图中：1-台体、2-浴槽、3-加热管、4-槽盖、5-控制台、6-操作板、7-仪表盘。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种高阻隔改性聚乳酸抗菌材料，包括以下按重量份数计的配方原料：3-8份聚多巴胺-银纳米复合材料、2-6份改性纤维素、0.1-0.3份催化剂、86-95份DL-丙交酯，催化剂为辛酸亚锡。
聚多巴胺-银纳米复合材料制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶加入乙醇和质量分数为0.07-0.1％的氨水，两者体积比为1:2-2.5，再加入加入纳米银颗粒，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声处理20-40min。
(2)向溶液中加入盐酸多巴胺，其中纳米银颗粒和盐酸多巴胺的质量比为2.2-3.5:1，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至45-55℃，匀速搅拌反应20-25h，向溶液中加入丙酮溶剂，匀速搅拌然后静置沉降，将溶液通过离心机进行离心分离，除去溶剂收集沉淀产物，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米聚多巴胺包覆的纳米银，即为聚多巴胺-银纳米复合材料。
改性纤维素制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入硬脂酸酐，加热至80-90℃，再加入粒径为25-50um的纤维素颗粒，匀速搅拌30-40min，将反应瓶置于超声分散仪中，在80-90℃进行超声分散处理1-2h。
(2)向溶液加入碘单质并置于油浴锅中，油浴锅包括台体，台体的顶部开设有浴槽，浴槽的内部固定连接有加热管，所述浴槽的顶部放置有槽盖，所述台体的顶部固定连接有控制台，所述控制台的正面设置有操作板和仪表盘，其中硬脂酸酐、纤维素颗粒和碘单质的质量比为20-30:1:0.08-0.12，加热至130-150℃，匀速搅拌反应2-3h，将溶液冷却至室温，加入乙醇溶剂使物料全部溶解，将溶液置于透析袋中，加入蒸馏水溶剂进行透析过程除去小分子，将透析过后的沉淀物使用乙醇溶剂洗涤除去杂质，并充分干燥，制备得到硬脂酸接枝的纤维素，即为改性纤维素。
高阻隔改性聚乳酸抗菌材料制备方法包括以下步骤：
(1)向三氯甲烷溶剂中加入3-8份聚多巴胺-银纳米复合材料、2-6份改性纤维素和86-95份DL-丙交酯，将溶液在N2氛围中，进行超声分散处理1-2h，超声频率为22-30KHz。
(2)将溶液转移进水热自动反应釜中，再加入0.1-0.3份催化剂辛酸亚锡，在N2氛围下，加热至155-165℃，反应4-7h，将溶液冷却至室温，减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物并充分干燥。
(3)将固体产物置于双螺杆挤出机，在熔融温度160-180℃下挤出母粒，在185-215℃下吹塑成膜，制备得到高阻隔改性聚乳酸抗菌材料。
实施例1
(1)制备聚多巴胺-银纳米复合材料1：向反应瓶加入乙醇和质量分数为0.07％的氨水，两者体积比为1:2，再加入加入纳米银颗粒，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声处理20min，向溶液中加入盐酸多巴胺，其中纳米银颗粒和盐酸多巴胺的质量比为2.2:1，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至45℃，匀速搅拌反应25h，向溶液中加入丙酮溶剂，匀速搅拌然后静置沉降，将溶液通过离心机进行离心分离，除去溶剂收集沉淀产物，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米聚多巴胺包覆的纳米银，即为聚多巴胺-银纳米复合材料1。
(2)制备改性纤维素组分1：向反应瓶中加入硬脂酸酐，加热至80℃，再加入粒径为25um的纤维素颗粒，匀速搅拌30min，将反应瓶置于超声分散仪中，在80℃进行超声分散处理1h，向溶液加入碘单质并置于油浴锅中，油浴锅包括台体，台体的顶部开设有浴槽，浴槽的内部固定连接有加热管，所述浴槽的顶部放置有槽盖，所述台体的顶部固定连接有控制台，所述控制台的正面设置有操作板和仪表盘，其中硬脂酸酐、纤维素颗粒和碘单质的质量比为20:1:0.08，加热至130℃，匀速搅拌反应2h，将溶液冷却至室温，加入乙醇溶剂使物料全部溶解，将溶液置于透析袋中，加入蒸馏水溶剂进行透析过程除去小分子，将透析过后的沉淀物使用乙醇溶剂洗涤除去杂质，并充分干燥，制备得到硬脂酸接枝的纤维素，即为改性纤维素组分1。
(3)制备高阻隔改性聚乳酸抗菌材料1：向三氯甲烷溶剂中加入3份聚多巴胺-银纳米复合材料组分1、2份改性纤维素组分1和95份DL-丙交酯，将溶液在N2氛围中，进行超声分散处理1h，超声频率为22KHz，将溶液转移进水热自动反应釜中，再加入0.1份催化剂辛酸亚锡，在N2氛围下，加热至155℃，反应4h，将溶液冷却至室温，减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物并充分干燥，将固体产物置于双螺杆挤出机，在熔融温度160℃下挤出母粒，在185℃下吹塑成膜，制备得到高阻隔改性聚乳酸抗菌材料1。
实施例2
(1)制备聚多巴胺-银纳米复合材料2：向反应瓶加入乙醇和质量分数为0.1％的氨水，两者体积比为1:2，再加入加入纳米银颗粒，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声处理40min，向溶液中加入盐酸多巴胺，其中纳米银颗粒和盐酸多巴胺的质量比为2.2:1，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至45℃，匀速搅拌反应20h，向溶液中加入丙酮溶剂，匀速搅拌然后静置沉降，将溶液通过离心机进行离心分离，除去溶剂收集沉淀产物，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米聚多巴胺包覆的纳米银，即为聚多巴胺-银纳米复合材料2。
(2)制备改性纤维素组分2：向反应瓶中加入硬脂酸酐，加热至80℃，再加入粒径为25um的纤维素颗粒，匀速搅拌30min，将反应瓶置于超声分散仪中，在90℃进行超声分散处理1h，向溶液加入碘单质并置于油浴锅中，油浴锅包括台体，台体的顶部开设有浴槽，浴槽的内部固定连接有加热管，所述浴槽的顶部放置有槽盖，所述台体的顶部固定连接有控制台，所述控制台的正面设置有操作板和仪表盘，其中硬脂酸酐、纤维素颗粒和碘单质的质量比为20:1:0.12，加热至130℃，匀速搅拌反应2h，将溶液冷却至室温，加入乙醇溶剂使物料全部溶解，将溶液置于透析袋中，加入蒸馏水溶剂进行透析过程除去小分子，将透析过后的沉淀物使用乙醇溶剂洗涤除去杂质，并充分干燥，制备得到硬脂酸接枝的纤维素，即为改性纤维素组分2。
(3)制备高阻隔改性聚乳酸抗菌材料2：向三氯甲烷溶剂中加入4.5份聚多巴胺-银纳米复合材料组分2、3.5份改性纤维素组分2和92份DL-丙交酯，将溶液在N2氛围中，进行超声分散处理2h，超声频率为22KHz，将溶液转移进水热自动反应釜中，再加入0.15份催化剂辛酸亚锡，在N2氛围下，加热至165℃，反应4h，将溶液冷却至室温，减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物并充分干燥，将固体产物置于双螺杆挤出机，在熔融温度160℃下挤出母粒，在215℃下吹塑成膜，制备得到高阻隔改性聚乳酸抗菌材料2。
实施例3
(1)制备聚多巴胺-银纳米复合材料3：向反应瓶加入乙醇和质量分数为0.08％的氨水，两者体积比为1:2.2，再加入加入纳米银颗粒，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声处理30min，向溶液中加入盐酸多巴胺，其中纳米银颗粒和盐酸多巴胺的质量比为2.8:1，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至50℃，匀速搅拌反应22h，向溶液中加入丙酮溶剂，匀速搅拌然后静置沉降，将溶液通过离心机进行离心分离，除去溶剂收集沉淀产物，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米聚多巴胺包覆的纳米银，即为聚多巴胺-银纳米复合材料3。
(2)制备改性纤维素组分3：向反应瓶中加入硬脂酸酐，加热至85℃，再加入粒径为50um的纤维素颗粒，匀速搅拌30min，将反应瓶置于超声分散仪中，在85℃进行超声分散处理1.5h，向溶液加入碘单质并置于油浴锅中，油浴锅包括台体，台体的顶部开设有浴槽，浴槽的内部固定连接有加热管，所述浴槽的顶部放置有槽盖，所述台体的顶部固定连接有控制台，所述控制台的正面设置有操作板和仪表盘，其中硬脂酸酐、纤维素颗粒和碘单质的质量比为25:1:0.1，加热至140℃，匀速搅拌反应2.5h，将溶液冷却至室温，加入乙醇溶剂使物料全部溶解，将溶液置于透析袋中，加入蒸馏水溶剂进行透析过程除去小分子，将透析过后的沉淀物使用乙醇溶剂洗涤除去杂质，并充分干燥，制备得到硬脂酸接枝的纤维素，即为改性纤维素组分3。
(3)制备高阻隔改性聚乳酸抗菌材料3：向三氯甲烷溶剂中加入6.5份聚多巴胺-银纳米复合材料组分3、4.5份改性纤维素组分3和88.7份DL-丙交酯，将溶液在N2氛围中，进行超声分散处理1.5h，超声频率为25KHz，将溶液转移进水热自动反应釜中，再加入0.3份催化剂辛酸亚锡，在N2氛围下，加热至160℃，反应6h，将溶液冷却至室温，减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物并充分干燥，将固体产物置于双螺杆挤出机，在熔融温度170℃下挤出母粒，在200℃下吹塑成膜，制备得到高阻隔改性聚乳酸抗菌材料3。
实施例4
(1)制备聚多巴胺-银纳米复合材料4：向反应瓶加入乙醇和质量分数为0.1％的氨水，两者体积比为1:2.5，再加入加入纳米银颗粒，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声处理40min，向溶液中加入盐酸多巴胺，其中纳米银颗粒和盐酸多巴胺的质量比为3.5:1，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至55℃，匀速搅拌反应25h，向溶液中加入丙酮溶剂，匀速搅拌然后静置沉降，将溶液通过离心机进行离心分离，除去溶剂收集沉淀产物，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米聚多巴胺包覆的纳米银，即为聚多巴胺-银纳米复合材料4。
(2)制备改性纤维素组分4：向反应瓶中加入硬脂酸酐，加热至90℃，再加入粒径为50um的纤维素颗粒，匀速搅拌40min，将反应瓶置于超声分散仪中，在90℃进行超声分散处理2h，向溶液加入碘单质并置于油浴锅中，油浴锅包括台体，台体的顶部开设有浴槽，浴槽的内部固定连接有加热管，所述浴槽的顶部放置有槽盖，所述台体的顶部固定连接有控制台，所述控制台的正面设置有操作板和仪表盘，其中硬脂酸酐、纤维素颗粒和碘单质的质量比为30:1:0.12，加热至150℃，匀速搅拌反应3h，将溶液冷却至室温，加入乙醇溶剂使物料全部溶解，将溶液置于透析袋中，加入蒸馏水溶剂进行透析过程除去小分子，将透析过后的沉淀物使用乙醇溶剂洗涤除去杂质，并充分干燥，制备得到硬脂酸接枝的纤维素，即为改性纤维素组分4。
(3)制备高阻隔改性聚乳酸抗菌材料4：向三氯甲烷溶剂中加入8份聚多巴胺-银纳米复合材料组分4、6份改性纤维素组分4和86份DL-丙交酯，将溶液在N2氛围中，进行超声分散处理2h，超声频率为30KHz，将溶液转移进水热自动反应釜中，再加入0.3份催化剂辛酸亚锡，在N2氛围下，加热至165℃，反应7h，将溶液冷却至室温，减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物并充分干燥，将固体产物置于双螺杆挤出机，在熔融温度180℃下挤出母粒，在215℃下吹塑成膜，制备得到高阻隔改性聚乳酸抗菌材料4。
对比例1
(1)制备聚多巴胺-银纳米复合材料1：向反应瓶加入乙醇和质量分数为0.06％的氨水，两者体积比为1:1.8，再加入加入纳米银颗粒，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声处理15min，向溶液中加入盐酸多巴胺，其中纳米银颗粒和盐酸多巴胺的质量比为25:1，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至40℃，匀速搅拌反应18h，向溶液中加入丙酮溶剂，匀速搅拌然后静置沉降，将溶液通过离心机进行离心分离，除去溶剂收集沉淀产物，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米聚多巴胺包覆的纳米银，即为聚多巴胺-银纳米复合材料1。
(2)制备改性纤维素组分1：向反应瓶中加入硬脂酸酐，加热至75℃，再加入粒径为25um的纤维素颗粒，匀速搅拌30min，将反应瓶置于超声分散仪中，在70℃进行超声分散处理1h，向溶液加入碘单质并置于油浴锅中，油浴锅包括台体，台体的顶部开设有浴槽，浴槽的内部固定连接有加热管，所述浴槽的顶部放置有槽盖，所述台体的顶部固定连接有控制台，所述控制台的正面设置有操作板和仪表盘，其中硬脂酸酐、纤维素颗粒和碘单质的质量比为18:1:0.06，加热至120℃，匀速搅拌反应1h，将溶液冷却至室温，加入乙醇溶剂使物料全部溶解，将溶液置于透析袋中，加入蒸馏水溶剂进行透析过程除去小分子，将透析过后的沉淀物使用乙醇溶剂洗涤除去杂质，并充分干燥，制备得到硬脂酸接枝的纤维素，即为改性纤维素组分1。
(3)制备高阻隔改性聚乳酸抗菌材料1：向三氯甲烷溶剂中加入2.5份聚多巴胺-银纳米复合材料组分1、1.5份改性纤维素组分1和96份DL-丙交酯，将溶液在N2氛围中，进行超声分散处理1h，超声频率为30KHz，将溶液转移进水热自动反应釜中，再加入0.1份催化剂辛酸亚锡，在N2氛围下，加热至150℃，反应3h，将溶液冷却至室温，减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物并充分干燥，将固体产物置于双螺杆挤出机，在熔融温度150℃下挤出母粒，在180℃下吹塑成膜，制备得到高阻隔改性聚乳酸抗菌材料1。
对比例2
(1)制备聚多巴胺-银纳米复合材料2：向反应瓶加入乙醇和质量分数为0.12％的氨水，两者体积比为1:2.8，再加入加入纳米银颗粒，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声处理50min，向溶液中加入盐酸多巴胺，其中纳米银颗粒和盐酸多巴胺的质量比为3.8:1，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至60℃，匀速搅拌反应28h，向溶液中加入丙酮溶剂，匀速搅拌然后静置沉降，将溶液通过离心机进行离心分离，除去溶剂收集沉淀产物，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米聚多巴胺包覆的纳米银，即为聚多巴胺-银纳米复合材料2。
(2)制备改性纤维素组分2：向反应瓶中加入硬脂酸酐，加热至95℃，再加入粒径为50um的纤维素颗粒，匀速搅拌50min，将反应瓶置于超声分散仪中，在95℃进行超声分散处理2.5h，向溶液加入碘单质并置于油浴锅中，油浴锅包括台体，台体的顶部开设有浴槽，浴槽的内部固定连接有加热管，所述浴槽的顶部放置有槽盖，所述台体的顶部固定连接有控制台，所述控制台的正面设置有操作板和仪表盘，其中硬脂酸酐、纤维素颗粒和碘单质的质量比为32:1:0.15，加热至155℃，匀速搅拌反应3.5h，将溶液冷却至室温，加入乙醇溶剂使物料全部溶解，将溶液置于透析袋中，加入蒸馏水溶剂进行透析过程除去小分子，将透析过后的沉淀物使用乙醇溶剂洗涤除去杂质，并充分干燥，制备得到硬脂酸接枝的纤维素，即为改性纤维素组分2。
(3)制备高阻隔改性聚乳酸抗菌材料2：向三氯甲烷溶剂中加入9份聚多巴胺-银纳米复合材料组分2、7份改性纤维素组分2和84份DL-丙交酯，将溶液在N2氛围中，进行超声分散处理2.5h，超声频率为30KHz，将溶液转移进水热自动反应釜中，再加入0.3份催化剂辛酸亚锡，在N2氛围下，加热至170℃，反应8h，将溶液冷却至室温，减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物并充分干燥，将固体产物置于双螺杆挤出机，在熔融温度195℃下挤出母粒，在220℃下吹塑成膜，制备得到高阻隔改性聚乳酸抗菌材料2。
使用C230X氧气透过率测试系统测试实施例和对比例中高阻隔改性聚乳酸抗菌材料的透氧率，测试标准为GB/T 19789-2005。
向培养皿中各加入实施例和对比例中高阻隔改性聚乳酸抗菌材料、生理盐水、培养基和大肠杆菌悬菌液，以不加聚乳酸抗菌材料作为空白实验，震荡均匀后置于恒温恒湿培养箱中，在37℃下培养24h，通过观察菌落数并计算大肠杆菌抑制率，测试材料的抗菌性能，测试标准为GB/T 20944.1-2007和GB/T 31402-2015。
Figure BDA0002627617980000121
实施例1-4均在优选条件下制备得到，实施例1-4的水蒸气渗透系数和透氧率很低，通过抑菌圈试验，其杀灭大肠杆菌的性能明显优于对比例1-2，综上所述，该一种高阻隔改性聚乳酸抗菌材料，使用热溶剂原位聚合法在纳米银外层包覆依次纳米聚多巴胺，形成聚多巴胺-银纳米复合材料，聚多巴胺中的盐和羟基与聚乳酸中的酰胺基在氢键和范德华力作用下形成复合物，从而使纳米银颗粒均地分散在聚乳酸中，大改善了纳米银在聚乳酸材料中的分散性和相容性。
聚多巴胺降低了DL-丙交酯开环聚合形成聚乳酸时的结晶温度，促进了聚乳酸的结晶过程，同时聚多巴胺在碱性条件下容易分解，提高了聚乳酸的降解速率，增强了聚乳酸材料的生物降解性。
通过在硬脂酸酐改性纤维素，制备得到长支链的硬脂酸接枝纤维素，烷基长支链与聚乳酸分子相互交联，提高了纤维素和聚乳酸的相容性，同时改性纤维素进行聚乳酸分子之间的孔隙中，增强聚乳酸分子的交联度和结晶度，降低了聚乳酸材料的水蒸气渗透系数和透氧率，表现出良好的水分子和氧气的高阻隔性能，当聚乳酸材料用作包装材料时，可以大幅降低水分子和氧气的通过，在包装材料内部形成低氧低水环境，从而提高了聚乳酸材料的抗菌性能，并且改性纤维素提升聚乳酸分子的交联度和结晶度，可以增强了材料的拉伸强度和韧性，使聚乳酸材料表现出更好的机械性能，提高了材料的使用寿命。

Claims (8)

1.一种高阻隔改性聚乳酸抗菌材料，包括以下按重量份数计的配方原料，其特征在于：3-8份聚多巴胺-银纳米复合材料、2-6份改性纤维素、0.1-0.3份催化剂、86-95份DL-丙交酯。
2.根据权利要求1所述的一种高阻隔改性聚乳酸抗菌材料，其特征在于：所述催化剂为辛酸亚锡。
3.根据权利要求1所述的一种高阻隔改性聚乳酸抗菌材料，其特征在于：所述聚多巴胺-银纳米复合材料制备方法包括以下步骤：
(1)向体积比为1:2-2.5的乙醇溶剂和质量分数为0.07-0.1％的氨水的混合溶液中，再加入加入纳米银颗粒，将溶液进行超声处理20-40min。
(2)向溶液中加入盐酸多巴胺，将溶液加热至45-55℃，反应20-25h，向溶液中加入丙酮溶剂，匀速搅拌然后静置沉降，将溶液离心分离，除去溶剂收集沉淀产物，洗涤固体产物、干燥，制备得到纳米聚多巴胺包覆的纳米银，即为聚多巴胺-银纳米复合材料。
4.根据权利要求3所述的一种高阻隔改性聚乳酸抗菌材料，其特征在于：所述纳米银颗粒和盐酸多巴胺的质量比为2.2-3.5:1。
5.根据权利要求1所述的一种高阻隔改性聚乳酸抗菌材料，其特征在于：所述改性纤维素制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入硬脂酸酐，加热至80-90℃，再加入粒径为25-50um的纤维素颗粒，匀速搅拌30-40min，将溶液在80-90℃进行超声分散处理1-2h。
(2)向溶液加入碘单质并置于油浴锅中，加热至130-150℃，匀速搅拌反应2-3h，向溶液中加入乙醇溶剂，将溶液置于透析袋中，加入蒸馏水溶剂进行透析过程，将沉淀物洗涤、干燥，制备得到硬脂酸接枝的纤维素，即为改性纤维素。
6.根据权利要求5所述的一种高阻隔改性聚乳酸抗菌材料，其特征在于：所述硬脂酸酐、纤维素颗粒和碘单质的质量比为20-30:1:0.08-0.12。
7.根据权利要求5所述的一种高阻隔改性聚乳酸抗菌材料，其特征在于：所述油浴锅包括台体(1)，台体(1)的顶部开设有浴槽(2)，所述浴槽(2)的内部固定连接有加热管(3)，所述浴槽(2)的顶部放置有槽盖(4)，所述台体(1)的顶部固定连接有控制台(5)，所述控制台(5)的正面设置有操作板(6)和仪表盘(7)。
8.根据权利要求1所述的一种高阻隔改性聚乳酸抗菌材料，其特征在于：所述高阻隔改性聚乳酸抗菌材料制备方法包括以下步骤：
(1)向三氯甲烷溶剂中加入3-8份聚多巴胺-银纳米复合材料、2-6份改性纤维素和86-95份DL-丙交酯，将溶液在N2氛围中，进行超声分散处理1-2h，超声频率为22-30KHz。
(2)将溶液转移进水热反应釜中，再加入0.1-0.3份催化剂辛酸亚锡，在N2氛围下，加热至155-165℃，反应4-7h，将溶液除去溶剂、洗涤固体产物、干燥。
(3)将固体产物置于双螺杆挤出机，在熔融温度160-180℃下挤出母粒，在185-215℃下吹塑成膜，制备得到高阻隔改性聚乳酸抗菌材料。
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