一种高抗菌性PLA/PBAT材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于高分子材料制备技术领域，具体涉及一种高抗菌性PLA/PBAT材料及其制备方法与应用。该方法将无机填料在负压条件下与锌盐水溶液混合，再碱化，热处理，偶联，可获得ZnO均匀分布的抗菌性填料，最后与PLA和PBAT混合得到高抗菌性PLA/PBAT材料，可提高材料的抗菌效率，并避免由于直接填充纳米ZnO导致的材料力学性能下降。偶联剂的负载可提高抗菌性无机填料在PLA/PBAT基体中的分散性及粘合力。当抗菌剂无机填料的添加量达到1phr时，PLA/PBAT材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率即可达100％；当添加量达到20phr时，PLA/PBAT材料的拉伸强度和冲击强度没有下降现象，同时弯曲强度得以提高。由此制备的高抗菌性PLA/PBAT材料可被用于包装薄膜、无纺布、管材或片材等领域中。

A highly antibacterial PLA/PBAT material and its preparation and Application

The invention belongs to the technical field of polymer material preparation, in particular to a high antimicrobial PLA/PBAT material and its preparation method and application. In this method, inorganic fillers are mixed with zinc saline solution under negative pressure, alkalized, heat treated and coupled to obtain uniformly distributed antimicrobial fillers of zinc oxide. Finally, PLA/PBAT materials with high antimicrobial activity are obtained by mixing with PLA and PBAT, which can improve the antimicrobial efficiency of the materials and avoid material mechanics caused by directly filling nano-zinc oxide. Performance degradation. The loading of coupling agent can improve the dispersion and adhesion of antibacterial inorganic filler in PLA/PBAT matrix. When the dosage of inorganic filler reached 1 phr, the bacteriostasis rate of PLA/PBAT material to Escherichia coli and Staphylococcus aureus reached 100%. When the dosage reached 20 phr, the tensile strength and impact strength of PLA/PBAT material did not decrease, while the flexural strength was improved. The PLA/PBAT materials with high antimicrobial activity can be used in packaging film, non-woven fabric, pipe or sheet materials and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种高抗菌性PLA/PBAT材料及其制备方法与应用
本专利技术属于高分子材料制备
，具体涉及一种高抗菌性PLA/PBAT材料及其制备方法与应用。
技术介绍
聚乳酸(PLA)和己二酸/对苯二甲酸-丁二酯共聚物(PBAT)是目前较为成熟的生物可降解树脂，具有透明、易加工和原料天然等特点，是替代石油基树脂的理想材料。然而，当替代聚乙烯来制备保鲜膜、包装薄膜或农膜时，PLA虽然拉伸强度高，但却具有抗冲击强度、抗撕裂能力差，热变形温度低的缺点，难以达到聚乙烯薄膜的技术性能指标；而PBAT虽然具有良好的柔韧性和成膜性，但其强度和模量较低，阻隔性能差，且价格高，因此其推广与应用也受到限制。为克服上述缺点，现有研究将两者共混制备PLA/PBAT基包装材料，以实现两者性能互补的目的。但是，将PLA/PBAT用作食品包装材料时，其还具有抗菌性能差的缺点，不能满足食品级包装材料的要求。
技术实现思路
为克服现有技术的缺点和不足，本专利技术的首要目的在于提供一种高抗菌性PLA/PBAT材料的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供由上述制备方法得到的高抗菌性PLA/PBAT材料。本专利技术的再一目的在于提供上述高抗菌性PLA/PBAT材料的应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种高抗菌性PLA/PBAT材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将无机填料置于容器中，抽真空，加入锌盐水溶液，搅拌，使无机填料达到吸附平衡，过滤，干燥，得到锌离子化填料；(2)向锌离子化填料中添加稀碱溶液，直至锌离子化填料所在溶液的pH＝8～10，震荡，过滤得到沉淀，洗涤，干燥，得到表面覆盖有Zn(OH)2的无机填料；(3)将表面覆盖有Zn(OH)2的无机填料进行煅烧，得到负载ZnO的无机填料；(4)将负载ZnO的无机填料与偶联剂混合均匀，干燥，得到抗菌性无机填料；(5)将聚乳酸(PLA)、己二酸/对苯二甲酸-丁二酯共聚物(PBAT)和抗菌性无机填料在室温下混合，熔融挤出或混炼造粒，得到所述的高抗菌性PLA/PBAT材料；所述的PLA、PBAT和抗菌性无机填料的混合按质量份数配比为：PLA50～100份、PBAT0～50份和抗菌性无机填料1～20份。优选的，步骤(1)中所述的无机填料为硅藻土、麦饭石粉、纳米二氧化硅、高岭土或蒙脱土。优选的，首先将步骤(1)中所述的无机填料在70～90℃下进行干燥处理，然后置于容器中，抽真空，进行后续处理。优选的，步骤(1)中所述的抽真空的条件为在0.05～0.1MPa下抽真空0.5～3h。优选的，步骤(1)中所述的锌盐水溶液为醋酸锌水溶液、氯化锌水溶液或硝酸锌水溶液。优选的，步骤(1)中所述的锌盐水溶液的浓度为0.01～0.5mol/L。优选的，步骤(1)中所述的加入锌盐水溶液的量按锌盐水溶液:无机填料＝1:6～1:3的质量配比。优选的，步骤(1)中所述的搅拌的方法为在50～200r/min下磁力搅拌3h。优选的，步骤(1)中所述的干燥的温度为160～200℃。优选的，步骤(2)中所述的稀碱溶液为氨水溶液、氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。优选的，步骤(2)中所述的稀碱溶液的浓度为0.01～0.5mol/L。优选的，步骤(2)中所述的添加稀碱溶液的方法为逐步滴加。优选的，步骤(2)中所述的震荡的方式为在30～80℃下超声震荡30min。优选的，步骤(2)中所述的干燥的温度为80～200℃。优选的，步骤(3)中所述的煅烧的温度为80～200℃。优选的，步骤(4)中所述的偶联剂为钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂。优选的，步骤(4)中所述的偶联剂的用量为负载ZnO的无机填料的质量的1～3％。优选的，步骤(4)中所述的混合均匀的方法为采用高速混合机干法。优选的，步骤(5)中所述的熔融挤出或混炼造粒的温度为160～200℃。优选的，步骤(5)中所述的PLA、PBAT和抗菌性无机填料的混合按质量份数配比为：聚乳酸85份、己二酸/对苯二甲酸-丁二酯共聚物15份和抗菌性无机填料1～20份。本专利技术进一步提供由上述制备方法得到的高抗菌性PLA/PBAT材料。本专利技术进一步提供上述高抗菌性PLA/PBAT材料的应用，将所述的高抗菌性PLA/PBAT材料用作包装薄膜、无纺布、管材或片材。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：(1)本专利技术中制备的抗菌性无机填料为负载ZnO和偶联剂的无机填料，通过将无机填料在负压条件下与锌盐水溶液混合，达到吸附平衡，再碱化，热处理，偶联得到的抗菌性无机填料，可使ZnO均匀分布在填料表面，一方面可利用填料的高比表面积提高ZnO抗菌剂的比表面积，进而提高材料的抗菌效率，另一方面可充分避免向PLA/PBAT材料中直接添加ZnO而产生的团聚现象，抑制由于ZnO团聚而导致的PLA/PBAT材料力学性能下降的问题。(2)本专利技术中的抗菌性无机填料在负载ZnO后还负载了偶联剂，因此可提高抗菌性无机填料在PLA/PBAT基体中的分散性及粘合力，强化PLA/PBAT材料不会因抗菌性无机填料的加入而发生力学性能下降的问题。(3)本专利技术制备的PLA/PBAT材料兼具高抗菌性和高力学性能，当抗菌剂无机填料的添加量达到1phr时，其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率可达100％。当抗菌剂无机填料的添加量达到20phr时，PLA/PBAT材料的拉伸强度和冲击强度没有下降现象，同时弯曲强度得以提高。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。实施例1本实施例提供25种高抗菌性PLA/PBAT材料及其制备方法与应用，并提供相应对照例。(一)高抗菌性PLA/PBAT材料的制备：(1)将表1中实验2～26所示的无机填料(包括硅藻土、麦饭石粉、蒙脱土、高岭土、二氧化硅)于80℃下干燥处理12h，然后置于三口烧瓶中，于0.1MPa下抽真空0.5h，然后分别与0.5mol/L的硝酸锌水溶液混合，在200r/min下磁力搅拌3h，过滤，在160℃下干燥，得到锌离子化填料。(2)向锌离子化填料中加入浓度为0.1mol/L的NaOH水溶液至pH＝8，在80℃下超声震荡30min，洗涤，过滤，得到表面覆盖有Zn(OH)2的无机填料。(3)将表面覆盖有Zn(OH)2的无机填料在180℃下煅烧，得到负载ZnO的无机填料。(4)将负载ZnO的无机填料与钛酸酯偶联剂(质量为无机粒子的1wt％)采用高速混合机混合均匀，在80℃下干燥，得到抗菌性无机填料。(5)按照表1中实验2～26所示的质量比，将PLA、PBAT分别与上述抗菌性无机填料混合，在160℃下熔融挤出造粒，得到25种高抗菌性PLA/PBAT材料。(二)对照例1：无填料的PLA/PBAT材料的制备：按照表1中实验1所示的质量比，将PLA和PBAT混合，在160℃下熔融挤出造粒，得到无填料的PLA/PBAT材料。(三)对照例2：添加非抗菌性填料的PLA/PBAT材料的制备：按照表2中对比例1～25所示的质量比，将PLA、PBAT和无机填料混合，在160℃下熔融挤出造粒，得到添加非抗菌性填料的PLA/PBAT材料。(四)对照例3：添加偶联剂处理的纳米ZnO的PLA/PBAT材料的制备：按照表3中对比例26～28所示质量比，将PLA、P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高抗菌性PLA/PBAT材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将无机填料置于容器中，抽真空，加入锌盐水溶液，搅拌，使无机填料达到吸附平衡，过滤，干燥，得到锌离子化填料；(2)向锌离子化填料中添加稀碱溶液，直至锌离子化填料所在溶液的pH＝8～10，震荡，过滤得到沉淀，洗涤，干燥，得到表面覆盖有Zn(OH)2的无机填料；(3)将表面覆盖有Zn(OH)2的无机填料进行煅烧，得到负载ZnO的无机填料；(4)将负载ZnO的无机填料与偶联剂混合均匀，干燥，得到抗菌性无机填料；(5)将PLA、PBAT和抗菌性无机填料在室温下混合，熔融挤出或混炼造粒，得到所述的高抗菌性PLA/PBAT材料；所述的PLA、PBAT和抗菌性无机填料的混合按质量份数配比为：聚乳酸50～100份、己二酸/对苯二甲酸‑丁二酯共聚物0～50份和抗菌性无机填料1～20份。

【技术特征摘要】
1.一种高抗菌性PLA/PBAT材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将无机填料置于容器中，抽真空，加入锌盐水溶液，搅拌，使无机填料达到吸附平衡，过滤，干燥，得到锌离子化填料；(2)向锌离子化填料中添加稀碱溶液，直至锌离子化填料所在溶液的pH＝8～10，震荡，过滤得到沉淀，洗涤，干燥，得到表面覆盖有Zn(OH)2的无机填料；(3)将表面覆盖有Zn(OH)2的无机填料进行煅烧，得到负载ZnO的无机填料；(4)将负载ZnO的无机填料与偶联剂混合均匀，干燥，得到抗菌性无机填料；(5)将PLA、PBAT和抗菌性无机填料在室温下混合，熔融挤出或混炼造粒，得到所述的高抗菌性PLA/PBAT材料；所述的PLA、PBAT和抗菌性无机填料的混合按质量份数配比为：聚乳酸50～100份、己二酸/对苯二甲酸-丁二酯共聚物0～50份和抗菌性无机填料1～20份。2.根据权利要求1所述的高抗菌性PLA/PBAT材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述的聚乳酸、己二酸/对苯二甲酸-丁二酯共聚物和抗菌性无机填料的混合按质量份数配比为：聚乳酸85份、己二酸/对苯二甲酸-丁二酯共聚物15份和抗菌性无机填料1～20份。3.根据权利要求1或2所述的高抗菌性PLA/PBAT材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的无机填料为硅藻土、麦饭石粉、纳米二氧化硅、高岭土或蒙脱土；所述的锌盐水溶液为醋酸锌水溶液、氯化锌水溶液或硝酸锌水溶液；所述的锌盐水溶液的浓度为0.01～...

【专利技术属性】
技术研发人员：李美，周丽贤，杨崇岭，李四红，徐百平，
申请(专利权)人：广东轻工职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44