[發明專利]一種聚乳酸/改性氧化石墨烯抗菌塑料及制備方法

有效

• 申請號: 201410310299.0
• 申請日: 2014-07-01
• 公開（公告）號: CN104059344A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 王新龍;黃穎;廖逢輝;居亞慶;王通文;周露;楊媛媛;史加新
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08K9/00;C08K3/04;C08K3/22
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明涉及聚乳酸材料的抗菌技術領域，具體涉及一種聚乳酸/改性氧化石墨烯抗菌塑料及制備方法。

背景技術

近年來，隨著人們環保意識的增強，生物可降解塑料日益受到研究者們的廣泛關注。聚乳酸(PLA)具有良好的生物相容性和生物可降解性能，在生物體內的降解產物為二氧化碳和水，對生物及環境無任何不良影響。目前，聚乳酸在包裝、汽車工業、藥物輸送及組織工程等領域具有廣泛的應用。但是，由于聚乳酸分解產生的低聚物易被各種細菌污染，在適宜的溫度濕度條件下，細菌極易繁殖，影響人類健康。因此，人們對一些聚乳酸產品的抗菌性能提出了更高的要求。

制備抗菌型聚乳酸一般是在聚乳酸中加入抗菌劑。氧化石墨烯作為石墨烯基材料一類重要的衍生物，具有一些獨特的物理和化學性質，因此一直是納米材料領域研究的熱點。除了良好的化學穩定性和力學性能等性質，近年來研究者們發現氧化石墨烯還具有良好的生物相容性及抗菌性能。Carpio等(IsisE.MejíasCarpio,CatherineM.Santos,Xin Wei,DeboraF.Rodrigues.Nanoscale,2012,4:4746-4756)報道了在聚乙烯咔唑基體中，加入3wt％的氧化石墨烯能使復合材料具有抗菌性并且該材料對哺乳動物細胞無明顯毒性。但是氧化石墨烯的添加量相對較多。納米氧化鋅是一種常用的無機抗菌劑，它具有良好的生物相容性、環境安全性和長效抗菌性。但是，直接將這種納米抗菌劑加入塑料基體中容易導致納米抗菌劑的團聚現象，一定程度上將會影響其原有的抗菌性能。Seo等(JongchulSeo,GwonyoungJeon,EUiSungJang,SherBahadarKhan,HaksooHan.JournalofAppliedPolymerScience,2011,112:1101-1108)報道了直接將納米氧化鋅與聚丙烯碳酸酯通過溶液共混制成復合膜，抗菌結果顯示納米氧化鋅添加至10wt％時復合膜對大腸桿菌和乳酸桿菌的抗菌率才能分別達到100％和87.5％，且材料中氧化鋅存在明顯的團聚現象。

發明內容

本發明的目的是提供一種聚乳酸/改性氧化石墨烯抗菌塑料及制備方法。旨在克服現有技術的不足，不僅能夠在添加較少抗菌劑的條件下使材料具有顯著的抗菌性能，而且抗菌范圍廣，產品可生物降解，安全可靠，無異味，對人體和環境的危害及污染程度低。

實現本發明的技術方案是：

本發明的聚乳酸/改性氧化石墨烯抗菌塑料中，所述的聚乳酸/改性氧化石墨烯抗菌塑料由聚乳酸基體樹脂、復合抗菌劑組成，復合抗菌劑是表面負載氧化鋅納米顆粒的氧化石墨烯，所述的聚乳酸基體樹脂、復合抗菌劑的質量比為100：(0.2～1.0)，優選100：(0.2～0.7)。

所述的表面負載氧化鋅納米顆粒的氧化石墨烯為單層片狀或少量片層堆砌的層狀結構，負載的氧化鋅納米顆粒粒徑為15～30nm，實際負載量約為80wt％。

所述的復合抗菌劑的制備是將Hummers法制得的氧化石墨烯烘干并超聲均勻分散于乙醇中，在加熱條件下加入醋酸鋅并不斷攪拌使之充分混合溶解，待溶液沸騰后緩慢加入氫氧化鈉溶液，反應完畢后將產物離心水洗至中性，真空干燥所得。

本發明聚乳酸/改性氧化石墨烯抗菌塑料的制備方法，包括以下步驟：

(1)復合抗菌劑的制備：將Hummers法制得的氧化石墨烯烘干并超聲均勻分散于乙醇中，在加熱條件下加入醋酸鋅并不斷攪拌使之充分混合溶解，待溶液沸騰后緩慢加入氫氧化鈉溶液，反應完畢后將產物離心水洗至中性，真空干燥；

(2)利用低沸點溶劑三氯甲烷將聚乳酸和復合抗菌劑按比例進行溶液共混，用自動涂膜機將混合液于干凈的玻璃板上涂膜，室溫下令溶劑自然揮發，最后在溫水中脫膜后置于烘箱中干燥，得到所述的聚乳酸/改性氧化石墨烯抗菌塑料。

步驟(1)中氧化石墨烯在乙醇溶液中的濃度為0.5mg/mL，氫氧化鈉溶液的濃度為0.5mol/mL，氫氧化鈉與醋酸鋅的摩爾比為2:1.04，反應時間為1h。

步驟(2)中聚乳酸基體樹脂、復合抗菌劑的質量比為100：(0.2～1.0)。

步驟(2)聚乳酸在共混液中的濃度為0.13～0.16g/mL，共混時間為3～6h。

步驟(2)中涂膜時控制其厚度為1.5mm。

步驟(2)中三氯甲烷溶劑室溫下自然揮發時間為12h，烘箱干燥溫度為60℃，干燥時間為48h。

本發明的聚乳酸/改性氧化石墨烯抗菌塑料與現有技術相比，具有以下優點：