一种生物基超分子可降解塑料及其制备和回收方法技术

本发明专利技术提供了一种生物基超分子可降解塑料及其制备和回收方法，涉及塑料材料技术领域。本发明专利技术将环氧大豆油和第一交联剂进行开环反应，得到苯硼酸接枝环氧大豆油(ESO

【技术实现步骤摘要】
一种生物基超分子可降解塑料及其制备和回收方法


[0001]本专利技术涉及塑料材料
，特别涉及一种生物基超分子可降解塑料及其制备和回收方法。

技术介绍

[0002]塑料在日常生活、工业和农业中是不可缺少的，然而，一次性塑料消费的盛行和塑料的不可持续发展导致全球范围内无处不在的塑料堆积成废物。为了有效地减轻塑料污染，迫切需要开发新型的塑料，这些塑料需具有足够的机械强度，可以有效地回收重复使用，并且在自然环境中容易降解。到目前为止，各种可降解塑料已经被成功开发出来，但由于其生产成本高，机械性能不如石油基塑料，以及在自然环境中的降解性不足，它们中的大多数都面临着发展困境。例如，聚乳酸(PLA)，一种绿色聚酯，已被广泛用作商品塑料的替代品。一般来说，聚乳酸塑料是通过乳酸的开环聚合来实现高分子量的合成，其中具有几十kDa高分子量的聚乳酸可以表现出超过40MPa的高机械强度和令人满意的耐水性；然而，这种聚乳酸只能在工业堆肥这种高温高湿条件下进行降解，在自然土壤环境中难以降解。低分子量的聚乳酸(～2kDa)可以通过乳酸的直接缩聚很容易的合成，并在自然环境中迅速降解，但是这种聚乳酸在室温下处于液体状态，很难作为塑料使用。因此，制备机械强度高、易降解的低分子量PLA塑料将是一个巨大的突破。
[0003]此外，利用生物质来制造可降解的生物基聚合物塑料也有望成为解决塑料污染的有效办法。环氧大豆油(ESO)是一种具有三臂结构的低分子量(约1kDa)生物质，由于其低成本和良好的生物相容性，已被广泛用作绿色增塑剂和润滑剂。高强度的ESO基环氧树脂可以通过环氧树脂和胺或酸基之间的开环反应交联ESO而获得。然而，由此产生的基于ESO的环氧树脂通常在自然环境中是不可降解的，并且由于其永久性的化学交联网络而表现出有限的再加工性和可回收性。目前，环氧大豆油还难以用于可降解塑料的制备，使得发展可降解的生物基塑料仍为很大的技术难题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种生物基超分子可降解塑料及其制备和回收方法。本专利技术以低分子量聚乳酸和环氧大豆油为原料，制备出生物基超分子可降解塑料，且所得生物基超分子可降解塑料具有力学强度高、非常容易降解、热稳定性好、生物相容性好，且可回收的特点。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种生物基超分子可降解塑料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将环氧大豆油和第一交联剂进行开环反应，得到苯硼酸接枝环氧大豆油；
[0008]将羟基封端聚乳酸和二异氰酸酯在第一有机溶剂中进行缩聚反应后，将所得缩聚产物和第二交联剂进行偶联反应，得到苯硼酸封端聚乳酸；所述羟基封端聚乳酸的数均分子量小于等于5000；
[0009]将所述苯硼酸接枝环氧大豆油、苯硼酸封端聚乳酸和第二有机溶剂混合，将所得混合溶液加热除溶剂，得到所述生物基超分子可降解塑料；
[0010]所述第一交联剂和第二交联剂独立地为3
‑
氨基苯硼酸或对氨基苯硼酸。
[0011]优选地，所述环氧大豆油与第一交联剂的摩尔比为1:2.5～1:3；所述开环反应的温度为室温，时间为24～72h。
[0012]优选地，所述二异氰酸酯包括异佛尔酮二异氰酸酯和/或二环己基甲烷二异氰酸酯；所述羟基封端聚乳酸与二异氰酸酯的摩尔比为1:2；所述缩聚反应的温度为50～70℃，时间为12～72h。
[0013]优选地，所述第二交联剂与二异氰酸酯的摩尔比为1:1；所述偶联反应的温度为60～80℃，时间为12～72h。
[0014]优选地，所述苯硼酸接枝环氧大豆油与苯硼酸封端聚乳酸的质量比为1:1～4:1。
[0015]优选地，所述开环反应在第三有机溶剂中进行；所述第一有机溶剂、第二有机溶剂和第三有机溶剂独立地为四氢呋喃、N,N
‑
二甲基甲酰胺或N,N
‑
二甲基乙酰胺。
[0016]优选地，所述加热除溶剂的温度为40～60℃。
[0017]本专利技术提供了以上技术方案所述制备方法制备得到的生物基超分子可降解塑料。
[0018]本专利技术还提供了以上技术方案所述生物基超分子可降解塑料的回收方法，包括以下步骤：
[0019]将待回收的所述生物基超分子可降解塑料进行热压；
[0020]或者，将待回收的所述生物基超分子可降解塑料溶解在有机溶剂中，将所得溶液依次进行浇铸和干燥，得到回收的生物基超分子可降解塑料。
[0021]优选地，所述热压的温度为80～100℃，压力为2～4MPa，时间为10～30min；所述有机溶剂为乙醇、四氢呋喃或二甲基亚砜。
[0022]本专利技术提供了一种生物基超分子可降解塑料的制备方法，包括以下步骤：将环氧大豆油和第一交联剂进行开环反应，得到苯硼酸接枝环氧大豆油；将羟基封端聚乳酸和二异氰酸酯在第一有机溶剂中进行缩聚反应后，将所得缩聚产物和第二交联剂进行偶联反应，得到苯硼酸封端聚乳酸；所述羟基封端聚乳酸的分子量小于等于5000；将所述苯硼酸接枝环氧大豆油、苯硼酸封端聚乳酸和第二有机溶剂混合，将所得混合溶液加热除溶剂，得到所述生物基超分子可降解塑料；所述第一交联剂和第二交联剂独立地为3
‑
氨基苯硼酸或对氨基苯硼酸。本专利技术以3
‑
氨基苯硼酸或对氨基苯硼酸作为交联剂，所述交联剂中的活性基团胺基能够交联环氧大豆油(ESO)的环氧基团，交联后得到苯硼酸接枝环氧大豆油(ESO
‑
B)；所述羟基封端聚乳酸(PLA)和二异氰酸酯经缩聚反应生成末端带有活性异氰酸酯基团的聚乳酸分子，所述交联剂中的活性基团胺基能够与聚乳酸末端的异氰酸酯基团发生偶联反应，得到线性苯硼酸封端聚乳酸(PLA
‑
B)；ESO
‑
B和PLA
‑
B混合，在加热除溶剂的过程中，ESO
‑
B和PLA
‑
B的苯硼酸基团逐渐脱水并三聚成硼氧六环结构，ESO
‑
B和PLA
‑
B被均匀地复合在一起，生成三维交联的ESO
‑
PLA网络，即生物基超分子塑料。本专利技术有益效果如下：
[0023](1)得益于环氧大豆油较高的分子构型拓扑度以及硼氧六环交联点的高交联密度，生物基超分子塑料具有较高的力学强度和良好的热稳定性；
[0024](2)硼氧六环的动态性使得生物基超分子塑料的交联网络可在一定刺激下实现解离，加之原材料均为绿色易降解分子，该类生物基塑料可在土壤中实现快速、自发的降解；
[0025](3)本专利技术基于超分子作用制备可降解超分子塑料材料，与基于共价键的可降解材料相比，由于内部作用力为弱相互作用力，因此具备更快的降解速度且降解条件较温和，具有快速高效的断裂
‑
重组性能，因此具有快速降解和可回收的特性；
[0026](4)本专利技术提供的制备方法过程简单，易于操作，成本低，有利于规本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物基超分子可降解塑料的制备方法，包括以下步骤：将环氧大豆油和第一交联剂进行开环反应，得到苯硼酸接枝环氧大豆油；将羟基封端聚乳酸和二异氰酸酯在第一有机溶剂中进行缩聚反应后，将所得缩聚产物和第二交联剂进行偶联反应，得到苯硼酸封端聚乳酸；所述羟基封端聚乳酸的数均分子量小于等于5000；将所述苯硼酸接枝环氧大豆油、苯硼酸封端聚乳酸和第二有机溶剂混合，将所得混合溶液加热除溶剂，得到所述生物基超分子可降解塑料；所述第一交联剂和第二交联剂独立地为3
‑
氨基苯硼酸或对氨基苯硼酸。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述环氧大豆油与第一交联剂的摩尔比为1:2.5～1:3；所述开环反应的温度为室温，时间为24～72h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二异氰酸酯包括异佛尔酮二异氰酸酯和/或二环己基甲烷二异氰酸酯；所述羟基封端聚乳酸与二异氰酸酯的摩尔比为1:2；所述缩聚反应的温度为50～70℃，时间为12～72h。4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述第二交联剂与二异氰酸酯的摩尔比为1:1；所述偶联反应的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙俊奇，房旭，胡文远，田能安，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：