一种可降解聚乳酸‑聚氧乙烯规整多孔膜及其制备方法与流程

本发明涉及一种聚乳酸多孔膜材料及其制备方法，尤其涉及一种可降解聚乳酸-聚氧乙烯规整多孔膜，属于高分子材料技术领域。

背景技术：

环境污染是世界性难题，尤其是难降解的塑料垃圾污染物。随着经济的发展，环境问题越来越受到社会的关注，尤其重视可降解高分子材料的研究开发，以减少固体废弃物，提高可持续发展。因此，人们越来越青睐可生物降解的材料。聚乳酸（pla）是以乳酸为原料制备，来自于可再生的淀粉和糖类发酵。聚乳酸具有较好的物理、化学和加工性能，具有可降解的特性，在大自然中降解为co2和h2o，是一种绿色材料。聚乳酸的玻璃化温度为50-60℃，高结晶度，较纯的聚乳酸的缺口冲击强度为2.56kj/m²，断裂伸长率为10.7%，拉伸强度为61.2mpa，常温下，pla硬而脆，韧性差，极大的限制了聚乳酸在医学领域、电子器件、生物技术和光子晶体等领域的应用。聚氧乙烯（peo）具有高度的柔顺性，是一种结晶性、热塑性的水溶性聚合物，peo与pla都是环境友好的材料，peo与pla共混一方面可以改性pla的柔韧性，另一方面依然可以保持材料的可降解性。有序微米尺寸多孔pla-peo复合材料在医学领域、电子器件、生物技术和光子晶体等领域具有重要的科学价值和应用前景。目前制备多孔膜的方法有刻蚀方法和自组装模板法，传统的刻蚀方法的仪器设备成本高操作复杂，而自组装模板法在制备过程中要去除模板，操作步骤繁杂效率低。液滴模板法一步制备多孔膜，以水珠为模板，在高湿度条件下，通过溶剂的挥发使得水蒸气冷凝在聚合物表面，溶剂和水完全挥发就得到多孔膜。

技术实现要素：

本发明首次公布了可降解聚乳酸-聚氧乙烯规整多孔膜及其制备方法。

本发明的目的在于提供一种聚乳酸-聚氧乙烯规整多孔膜材料及其制备方法，结合聚乳酸和聚氧乙烯通过液滴模板法制备出规整的有序多孔膜。与纯聚乳酸相比，所述聚乳酸-聚氧乙烯规整多孔膜材料可降解，同时韧性得到提高。可以扩大聚乳酸多孔膜在医学领域、农业领域的应用范围。

本发明包括以下步骤：

步骤（1），将一定量的聚乳酸和聚氧乙烯溶解在有机溶剂中，得到溶液a；

步骤（2），将上述步骤（1）中a溶液滴在玻璃基板上浇铸成膜，在一定温度和湿度下，将玻璃基板放在密闭容器中成膜，待溶剂挥发后，在玻璃基板上就形成了膜b；

步骤（3），将上述步骤（2）中膜b在50℃真空干燥2h，除去残余溶剂，把膜放入干燥器中备用。

所述聚乳酸为左旋聚乳酸，聚乳酸的重均分子量为8×10⁴-2×10⁵，聚氧乙烯的重均分子量为3×10⁴-1×10⁵；聚乳酸的质量份数为100份，聚氧乙烯的质量分数为10-25份，溶液a的浓度为0.5%-1.5%（wt%）。在制备聚乳酸-聚氧乙烯多孔膜的过程中，溶液a的浓度过低不能成膜，溶液a的浓度较大制备的膜孔径较小甚至没有孔。

所述有机溶剂可以为四氢呋喃、丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷或二甲基亚砜中的一种或多种溶剂。有机溶剂可以溶解聚乳酸和聚氧乙烯，同时有机溶剂易挥发，在液滴模板法制备聚乳酸-聚氧乙烯规整多孔膜的过程中利用成膜溶液溶剂挥发过程中所凝结的液滴阵列作为模板，一步法制备有序多孔膜。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述步骤（2）中的温度为30-60℃，湿度为55%-85%。在制备聚乳酸-聚氧乙烯多孔膜的过程中，温度越高溶剂挥发速度越快，聚乳酸-聚氧乙烯多孔膜的孔径越小；湿度越大，液滴的体积越大，聚乳酸-聚氧乙烯多孔膜的孔径越大。

本发明的优点在于，聚乳酸与聚氧乙烯均为环境友好型材料，都可降解；一方面聚氧乙烯具有高度的柔顺性，另一方面聚乳酸与聚氧乙烯的溶度参数相近，相容性较好，因此聚氧乙烯可以有效的改善聚乳酸的韧性；通过液滴模板法制备聚乳酸-聚氧乙烯多孔膜，一步制备多孔膜，操作简单；在本发明的实验参数下，可以制备可降解聚乳酸-聚氧乙烯规整多孔膜，可以扩大聚乳酸在医学领域和农业领域里的应用范围。

附图说明

图1为实施例1的聚乳酸-聚氧乙烯规整多孔膜的sem图；

图2为实施例2的聚乳酸-聚氧乙烯规整多孔膜的sem图；

图3为实施例3的聚乳酸-聚氧乙烯规整多孔膜的sem图。

具体实施例

实施例1：

将聚乳酸（mw=18×10⁴）与聚氧乙烯（mw=5×10⁴）按照质量比10:1在三氯甲烷中配制浓度为1wt%的溶液；然后将溶液浇铸在玻璃基板上成膜，在34℃和80%湿度条件下，将玻璃基板放在密闭容器中成膜，待溶剂挥发后，在玻璃基板上就形成了膜；最后将膜在50℃真空干燥2h，除去残余溶剂，把膜放入干燥器中备用。

用扫描电镜（sem，jeol-6380lv）测试聚乳酸-聚氧乙烯规整多孔膜的表面结构。复合材料的力学性能按gb1843在万能冲击试验机和电子拉力机上测试冲击和拉伸性能。

如图1所示，本实施例的膜为多孔膜，孔径大小一致，孔的直径为6.5um左右，膜孔有序排列，可以直观证明实施例1成功的制备出了聚乳酸-聚氧乙烯规整多孔膜。在34℃和80%湿度条件下，可以制备得到规整有序的可降解聚乳酸-聚氧乙烯规整多孔膜。测试得到多孔膜的断裂伸长率为75.3%，拉伸强度为57.2mpa，得到聚氧乙烯的加入使得聚乳酸的韧性得到改变。

实施例2：

将聚乳酸（mw=18×10⁴）与聚氧乙烯（mw=5×10⁴）按照质量比10:1在二氯甲烷中配制浓度为1wt%的溶液；然后将溶液浇铸在玻璃基板上成膜，在34℃和65%湿度条件下，将玻璃基板放在密闭容器中成膜，待溶剂挥发后，在玻璃基板上就形成了膜；最后将膜在50℃真空干燥2h，除去残余溶剂，把膜放入干燥器中备用。

测试方法与实施例1的测试方法相同，结合图2进行分析，本实施例制备的膜为多孔膜，孔的大小一致，孔的直径为4um左右，相比实施例1孔径变小，主要是因为在温度不变的情况下湿度调整为65%，湿度变低，液滴体积减小，同时溶剂易挥发，挥发速度变大，综合使得孔的直径变小。图中孔有序排列，直观的证明实施例2成功的制备出了聚乳酸-聚氧乙烯规整多孔膜。测试得到多孔膜的断裂伸长率为80.3%，拉伸强度为55.2mpa，得到聚氧乙烯的加入使得聚乳酸的韧性得到改变。从数据分析得出多孔膜的孔径变小，膜的韧性较好。

实施例3：

将聚乳酸（mw=1×10⁵）与聚氧乙烯（mw=5×10⁴）按照质量比5:1在四氢呋喃中配制浓度为1wt%的溶液；然后将溶液浇铸在玻璃基板上成膜，在34℃和75%湿度条件下，将玻璃基板放在密闭容器中成膜，待溶剂挥发后，在玻璃基板上就形成了膜；最后将膜在50℃真空干燥2h，除去残余溶剂，把膜放入干燥器中备用。

测试方法与实施例1的测试方法相同，结合图3进行分析，本实施例制备的膜为多孔膜，孔的大小一致，孔的直径为4.5um左右。相比实施例1孔径变小，主要是因为在温度不变的情况下湿度调整为75%，湿度变低，液滴体积减小，同时溶剂易挥发，挥发速度变大，综合使得孔的直径变小。相比实施例2孔径变大，主要是因为在温度不变的情况下湿度调整为75%，湿度相对变高，液滴体积相比实施例2变大，使得孔的直径比实施例2的要大。图3中孔有序排列，直观的证明实施例3成功的制备出了聚乳酸-聚氧乙烯规整多孔膜。测试得到多孔膜的断裂伸长率为88.1%，拉伸强度为57mpa，得到聚氧乙烯的加入使得聚乳酸的韧性得到改变，聚氧乙烯加入越多韧性越好。