CN115124822A - 一种降解可调控聚乳酸材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于可降解高分子材料技术领域，涉及一种降解可调控聚乳酸材料及其制备方法与应用。制备方法包括：S1.将柠檬酸溶液与磷酸氢二钠溶液混合，配置得到不同pH的缓冲液；S2.将所述缓冲液加入聚乳酸的氯仿溶液中，搅拌均匀，得到混合溶液，将所述混合溶液倒入模具中，然后在60℃真空烘箱中烘干，待氯仿完全挥发后，得降解可调控聚乳酸材料。本发明通过在聚乳酸材料中加入缓冲剂，在不影响聚乳酸材料力学性能的情况下通过调整pH值大小来延长聚乳酸材料使用时间或加速聚乳酸降解速度，可应用于对降解时间要求较长的农用地膜，也可应用于要求降解时间较短的一次性餐具、食品包装等领域。
Description
技术领域
本发明属于可降解高分子材料技术领域，涉及一种降解可调控聚乳酸材料及其制备方法与应用。
背景技术
目前大部分塑料都是不可降解的。塑料本身含有或附着在塑料上的化学物质，可能导致海洋生物中毒、不育甚至基因突变。在印度尼西亚和加利福尼亚的市面上，逾1/4的鱼已经被塑料污染。因此，可生物降解塑料是全球致力研究的产品，而聚乳酸具有良好的生物相容性和生物可降解性，在自然界微生物作用下能完全分解成水和二氧化碳，对环境不会造成任何污染和危害。因此，这种环境友好型材料可望代替现有的石油基塑料制品，解决日益严重的环境污染问题。被认为是最有前途的可生物降解高分子材料之一。
聚乳酸作为可降解的通用塑料，在日常使用中的降解成为人们关心的问题，特别是在如何调控材料降解速率的问题，影响着聚乳酸在很多方面的应用。在可重复使用的产品中(玩具、塑料袋等)如何降低聚乳酸塑料的降解速率，延长聚乳酸的使用寿命；以及在一次性产品中(如地膜、一次性包装袋等)加快降解速度，加快生态循环等成为亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种降解可调控聚乳酸材料及其制备方法与应用，该制备方法可以通过控制制备过程中各组分的使用量延缓或加速聚乳酸材料的降解速率，进而拓宽了聚乳酸材料的应用领域。
本发明提供了一种降解可调控聚乳酸材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将柠檬酸溶液与磷酸氢二钠溶液混合，配置得到缓冲液；
S2.将所述缓冲液加入聚乳酸的氯仿溶液中，搅拌均匀，得到混合溶液，将所述混合溶液倒入模具中，然后在60℃真空烘箱中烘干，待氯仿完全挥发后，得降解可调控聚乳酸材料；
所述降解可调控聚乳酸材料可通过调节所述缓冲液的pH调控降解速率；所述缓冲液的pH通过控制所述柠檬酸溶液和所述磷酸氢二钠溶液的用量比确定。
进一步的，所述柠檬酸溶液的浓度为0.1mol/L；所述磷酸氢二钠溶液的浓度为0.2mol/L。
进一步的，当所述缓冲液的pH为7时，所述降解可调控聚乳酸材料的降解速率低于常规聚乳酸材料；所述常规聚乳酸材料由聚乳酸的氯仿溶液直接制备而成。
进一步的，当所述缓冲液的pH为2.2-5时，所述降解可调控聚乳酸材料的降解速率高于常规聚乳酸材料；所述常规聚乳酸材料由聚乳酸的氯仿溶液直接制备而成。
进一步的，步骤S1中，所述柠檬酸溶液与所述磷酸氢二钠溶液的体积比为0.21:1。
进一步的，步骤S1中，所述柠檬酸溶液与所述磷酸氢二钠溶液的体积比为(0.94-26.5):1。
进一步的，步骤S2中，所述聚乳酸的氯仿溶液的浓度为0.2g/mL；所述缓冲液与所述聚乳酸的氯仿溶液的体积比为(0.01-0.1):1。
本发明还提供了上述的制备方法制备得到的降解可调控聚乳酸材料。
本发明还提供了上述的降解可调控聚乳酸材料在一次性餐具、一次性食品包装材料或农用地膜中的应用。
与现有技术相比，本发明通过在聚乳酸材料中加入含有柠檬酸与磷酸氢二钠的缓冲剂，在不影响聚乳酸材料力学性能的情况下通过调整pH值大小来延长聚乳酸材料使用时间或加速聚乳酸降解速度，可应用于对降解时间要求较长的农用地膜，也可以应用于要求降解周期较短的一次性餐具、食品包装等领域。
说明书附图
图1为95℃水浴处理不同时间后各实施例中材料的断裂强度保持率；
图2为95℃水浴处理不同时间后各实施例中材料聚乳酸粘均分子量的保持率；
图3为实施例3得到的降解可调控聚乳酸材料的表面形貌电镜图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)取0.1mol的柠檬酸(C6H807.H2O)溶于1000mL去离子水中，配备溶液A；
(2)取0.2mol的磷酸氢二钠(Na2HPO4)溶于1000mL去离子水中，配备溶液B；
(3)取3.5mL的A溶液和取16.47mL的B溶液混合均匀，配备缓冲液C，pH＝7；
(4)将20g聚乳酸溶解于100ml氯仿中，配备聚乳酸溶液D，并静置24h；
(5)将1ml的C加入到100ml的D中混合，充分搅拌均匀，配备混合液F；
(6)将混合液F倒入成膜模具中，60℃真空烘箱中烘干，待氯仿完全挥发后，得降解可调控聚乳酸材料。
实施例2
(1)取0.1mol的柠檬酸(C6H807.H2O)溶于1000mL去离子水中，配备溶液A；
(2)取0.2mol的磷酸氢二钠(Na2HPO4)溶于1000mL去离子水中，配备溶液B；
(3)取10.6mL的A溶液和取0.4mL的B溶液混合均匀，配备缓冲液C，pH＝2.2；
(4)将20g聚乳酸溶解于100ml氯仿中，配备聚乳酸溶液D，并静置24h；
(5)将5mlC加入到100ml D中混合，充分搅拌均匀，配备混合液F；
(6)将混合液F倒入成膜模具中，60℃真空烘箱中烘干，待氯仿完全挥发后，得降解可调控聚乳酸材料。
实施例3
(1)取0.1mol的柠檬酸(C6H807.H2O)溶于1000mL去离子水中，配备溶液A；
(2)取0.2mol的磷酸氢二钠(Na2HPO4)溶于1000mL去离子水中，配备溶液B；
(3)取9.7mL的A溶液和取10.3mL的B溶液混合均匀，得缓冲液C，pH＝5；
(4)将20g聚乳酸溶解于100ml氯仿中，配备聚乳酸溶液D，并静置24h；
(5)将10ml的C加入到100ml的D中混合，充分搅拌均匀，配备混合液F；
(6)将混合液F倒入成膜模具中，60℃真空烘箱中烘干，待氯仿完全挥发后，得降解可调控聚乳酸材料。表面形貌电镜图如图3所示。
比较例
将20g聚乳酸溶解于100ml氯仿中，配备聚乳酸溶液D，并静置24h；倒入成膜模具中，60℃真空烘箱中烘干，待氯仿完全挥发后，得聚乳酸材料。
实施例1-3所制备的降解可调控聚乳酸材料和对比例所制备的聚乳酸材料(未添加缓冲剂的空白试样)在高温高湿的环境中测试结果如图1和图2所示，实施例1制备得到的降解可调控聚乳酸材料在降解环境中经过10小时后，强度保持率还有88％，粘均分子量保持率还有71％，相比较未改性的空白样降解速率明显降低。实施例2制备得到的降解可调控聚乳酸材料在降解环境中经过10小时后，强度保持率还有30％，粘均分子量保持率还有42％，相比较未改性的空白样降解速率明显加快。实施例3制备得到的降解可调控聚乳酸材料在降解环境中经过10小时后，强度保持率还有45％，粘均分子量保持率还有47％，相比较未改性的空白样降解速率加快。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于使本技术领域的专业技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，是能够实现对这些实施例的多种修改的，而这些修改也应视为本发明应该保护的范围。
Claims (9)
1.一种降解可调控聚乳酸材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将柠檬酸溶液与磷酸氢二钠溶液混合，配置得到缓冲液；
S2.将所述缓冲液加入聚乳酸的氯仿溶液中，搅拌均匀，得到混合溶液，将所述混合溶液倒入模具中，然后在60℃真空烘箱中烘干，待氯仿完全挥发后，得降解可调控聚乳酸材料；
所述降解可调控聚乳酸材料可通过调节所述缓冲液的pH调控降解速率；所述缓冲液的pH通过控制所述柠檬酸溶液和所述磷酸氢二钠溶液的用量比确定。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述柠檬酸溶液的浓度为0.1mol/L；所述磷酸氢二钠溶液的浓度为0.2mol/L。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，当所述缓冲液的pH为7时，所述降解可调控聚乳酸材料的降解速率低于常规聚乳酸材料；所述常规聚乳酸材料由聚乳酸的氯仿溶液直接制备而成。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，当所述缓冲液的pH为2.2-5时，所述降解可调控聚乳酸材料的降解速率高于常规聚乳酸材料；所述常规聚乳酸材料由聚乳酸的氯仿溶液直接制备而成。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述柠檬酸溶液与所述磷酸氢二钠溶液的体积比为0.21:1。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述柠檬酸溶液与所述磷酸氢二钠溶液的体积比为(0.94-26.5):1。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述聚乳酸的氯仿溶液的浓度为0.2g/mL；所述缓冲液与所述聚乳酸的氯仿溶液的体积比为(0.01-0.1):1。
8.权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的降解可调控聚乳酸材料。
9.权利要求8所述的降解可调控聚乳酸材料在一次性餐具、一次性食品包装材料或农用地膜中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220930 |