多功能生物基可降解聚乳酸树脂的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种多功能生物基可降解聚乳酸树脂的制备方法，是将羧基化的氧化石墨烯与含锡化合物中的锡离子进行螯合，再进行热处理，然后与丙交酯原位生成rGO‑聚乳酸；最后与聚乳酸及烷基次膦酸金属盐熔融共混，制得所述多功能生物基可降解聚乳酸树脂；本发明专利技术还公开了上述树脂的应用，它用于制备多功能生物基可降解聚乳酸纤维。本发明专利技术通过引入高含量的还原氧化石墨烯原位制备其聚乳酸复合树脂，其后与有机阻燃剂及聚乳酸熔融共混，可有效的提高其分散性，利于聚乳酸纤维的规模化生产。本发明专利技术属于抗菌抗静电阻燃材料制备技术领域，用于制备多功能生物基可降解聚乳酸树脂，所得树脂进一步地应用于制备相应的纤维。

Preparation and application of multifunctional biodegradable polylactic acid resin

【技术实现步骤摘要】
多功能生物基可降解聚乳酸树脂的制备方法及应用
本专利技术属于多功能可降解纤维的制备
，涉及抗菌抗静电阻燃生物基可降解材料的制备，具体地说是一种多功能生物基可降解聚乳酸树脂的制备方法及应用。
技术介绍
聚乳酸纤维是以玉米、小麦、甜菜等含淀粉的农产品为原料，经发酵生成乳酸后，再经缩聚和熔融纺丝制成。聚乳酸纤维是一种原料可种植、易种植，废弃物在自然界中可自然降解的合成纤维。它在土壤或海水中经微生物作用可分解为二氧化碳和水，燃烧时，不会散发毒气，不会造成污染，是一种可持续发展的生态纤维。聚乳酸纤维具有较好的力学性能并有较好的耐光、耐热、耐腐蚀等特性，然而其导电性能差且极限氧指数偏低，属于可燃纤维，因此对其进行阻燃及抗静电改性尤为重要。如果能将抗菌抗静电阻燃材料运用到聚乳酸纤维的制备工艺中，将会极大地提高聚乳酸纤维的抗菌抗静电及阻燃性能，扩大其应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的，是要提供一种多功能生物基可降解聚乳酸树脂的制备方法，该方法是通过羧基化的氧化石墨烯与含锡化合物混合后螯合锡离子，在惰性气氛及高温下进行热还原及结晶稳定，得到了负载二氧化锡的还原氧化石墨烯，该石墨烯杂化材料与丙交酯混合后无需添加其他催化剂，直接原位生成rGO-聚乳酸。rGO-聚乳酸，聚乳酸及烷基次磷酸盐熔融共混后得到多功能生物基可降解聚乳酸树脂，以达到抗菌抗静电及阻燃的目的；本专利技术还有一个目的，是要提供上述制备方法所制多功能生物基可降解聚乳酸树脂的一种应用而成的多功能生物基可降解聚乳酸纤维。<br>本专利技术为实现上述目的，所采用的技术方案如下：一种多功能生物基可降解聚乳酸树脂的制备方法，按照以下步骤顺序进行：一、将羧基化比例为10～30%的氧化石墨烯与含锡化合物中的锡离子进行螯合，得材料A；二、将材料A进行热处理，得材料B；三、将材料B与丙交酯在200～240℃的真空条件下反应6～15h，得rGO-聚乳酸；四、将rGO-聚乳酸与聚乳酸及烷基次膦酸金属盐熔融共混，制得所述多功能生物基可降解聚乳酸树脂。作为限定，所述氧化石墨烯的片层尺寸为500～1200nm，含锡化合物为氯化锡、硝酸锡、硫酸锡、二甲基锡、二辛基锡、四苯基锡中的至少一种。作为第二种限定，所述材料B中二氧化锡粒径为10～80nm，质量分数为5～20%。作为第三种限定，所述步骤二中，热处理为将材料A置于氮气气氛的马弗炉，在400～800℃条件下处理时间5～12h，所述材料B是还原氧化石墨烯负载二氧化锡杂化材料。作为第四种限定，所述烷基次膦酸金属盐为二乙基次磷酸铝、二乙基次磷酸锌或二者的复配物，烷基次膦酸金属盐的添加量为rGO-聚乳酸、聚乳酸、烷基次膦酸金属盐质量总和的2～8%。。上述制备方法所制多功能生物基可降解聚乳酸树脂的一种应用，它用于制备多功能生物基可降解聚乳酸纤维。作为限定，所述的多功能生物基可降解聚乳酸树脂用于通过熔融纺丝法制备所述多功能生物基可降解聚乳酸纤维。作为进一步限定，所述熔融纺丝法制备多功能生物基可降解聚乳酸纤维的纺丝温度为210～245℃，纺丝速度为2000～4500m/min。作为第二种限定，所述多功能生物基可降解聚乳酸纤维的极限氧指数大于等于30，阻燃等级UL94达到V0级，纤维电阻率≤109Ω∙cm。本专利技术由于采用了上述的技术方案，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：（1）本专利技术构筑的负载二氧化锡的氧化石墨烯，实现了结构功能一体化，能够同步起到催化、抗静电及协效阻燃的作用；（2）专利技术通过引入高含量的还原氧化石墨烯原位制备其聚乳酸复合树脂，其后与有机阻燃剂及聚乳酸熔融共混，可有效的提高石墨烯在聚乳酸中的分散性，本法明提供的方法利于聚乳酸纤维的规模化生产；（3）本专利技术制备的多功能生物基可降解聚乳酸纤维的极限氧指数大于等于30，阻燃等级UL94达到V0级，纤维电阻率≤109Ω∙cm，与现有技术相比，显著改善了聚乳酸纤维的阻燃抗静电性能。本专利技术适用于制备抗菌抗静电阻燃生物基可降解聚乳酸树脂及相应的纤维。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1a为本专利技术实施例2现有技术的聚乳酸纤维燃烧后的残炭SEM照片；图1b为本专利技术实施例2制备的抗菌抗静电阻燃聚乳酸纤维燃烧后的残炭SEM照片；图2a本专利技术实施例2现有的聚乳酸纤维对金黄色葡萄球菌抗菌实验检测结果的图片；图2b为本专利技术实施例2制备的抗菌抗静电阻燃聚乳酸纤维对金黄色葡萄球菌抗菌实验检测结果的图片。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1一种多功能生物基可降解聚乳酸树脂的制备方法本实施例包括以下过程：首先将2kg片层尺度为500nm、羧基含量为10%的氧化石墨烯分散于100kg水中，然后加入0.5kg的硫酸锡，在40℃下反应6h；将上述反应的产物，经过离心分离后使用去离子水清洗2～3次，置于500℃氮气气氛的马弗炉中热处理6h，得到氧化石墨烯负载二氧化锡杂化材料，其中二氧化锡粒径约为10nm，质量分数为5%；将热处理得到的石墨烯负载二氧化锡杂化材料与丙交酯在200℃、真空条件下反应15h，得rGO-聚乳酸，该rGO-聚乳酸中氧化石墨烯负载二氧化锡杂化材料质量分数为3%；将所得rGO-聚乳酸与烷基次磷酸铝和聚乳酸按质量比40:2:58，在240℃下进行熔融共混造粒，得到抗菌抗静电阻燃生物基可降解聚乳酸树脂。实施例2一种抗菌抗静电阻燃生物基可降解聚乳酸纤维的制备方法本实施例为实施例1所得抗菌抗静电阻燃生物基可降解聚乳酸树脂的一种应用。具体地：本实施例采用实施例1制备得到的抗菌抗静电阻燃生物基可降解聚乳酸树脂颗粒在245℃下熔融纺丝，纺丝速度为4500m/min，制备得到抗菌抗静电阻燃生物基可降解聚乳酸纤维。本实施例制备得到的抗菌抗静电阻燃生物基可降解聚乳酸纤维，经检测，其极限氧指数为34、阻燃等级UL94达到V0级、纤维电阻率为8.6*106Ω∙cm，金黄色葡萄球菌抑菌率>99%。如图1a为现有技术的聚乳酸纤维燃烧后的残炭SEM照片；图1b为本实施例制备的抗菌抗静电阻燃聚乳酸纤维燃烧后的残炭SEM照片，从图中可以看出加入石墨烯负载的杂化材料后抗菌抗静电阻燃聚乳酸纤维燃烧后残炭量明显增多，且碳层紧致不易传热。如图2a为现有的聚乳酸纤维对金黄色葡萄球菌抗菌实验检测结果的图片；图2b为本实施例制备的抗菌抗静电阻燃聚乳酸纤维对金黄色葡萄球菌抗菌实验检测结果的图片，从图中可以看出本实施例制备的抗菌抗静电阻燃聚乳酸纤维的平板中细菌菌落数明显减少。实施例3一种多功能生物基可降解聚乳酸树脂的制备方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能生物基可降解聚乳酸树脂的制备方法，其特征在于，按照以下步骤顺序进行：/n一、将羧基化比例为10～30%的氧化石墨烯与含锡化合物中的锡离子进行螯合，得材料A；/n二、将材料A进行热处理，得材料B；/n三、将材料B与丙交酯在200～240℃的真空条件下反应6～15 h，得rGO-聚乳酸；/n四、将rGO-聚乳酸与聚乳酸及烷基次膦酸金属盐熔融共混，制得所述多功能生物基可降解聚乳酸树脂。/n

【技术特征摘要】
1.一种多功能生物基可降解聚乳酸树脂的制备方法，其特征在于，按照以下步骤顺序进行：
一、将羧基化比例为10～30%的氧化石墨烯与含锡化合物中的锡离子进行螯合，得材料A；
二、将材料A进行热处理，得材料B；
三、将材料B与丙交酯在200～240℃的真空条件下反应6～15h，得rGO-聚乳酸；
四、将rGO-聚乳酸与聚乳酸及烷基次膦酸金属盐熔融共混，制得所述多功能生物基可降解聚乳酸树脂。


2.根据权利要求1所述的多功能生物基可降解聚乳酸树脂的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的片层尺寸为500～1200nm，含锡化合物为氯化锡、硝酸锡、硫酸锡、二甲基锡、二辛基锡、四苯基锡中的至少一种。


3.根据权利要求1或2所述的多功能生物基可降解聚乳酸树脂的制备方法，其特征在于，所述材料B中二氧化锡粒径为10～80nm，质量分数为5～20%。


4.根据权利要求1或2所述的多功能生物基可降解聚乳酸树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，热处理为将材料A置于氮气气氛的马弗炉，在400～800℃条件下处理时间5～12h，所述材料B是还原氧化石墨烯负载二氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：周家良，朱美芳，俞森龙，相恒学，翟功勋，侯恺，周哲，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31