一种高温水热法对聚乳酸薄膜降解性能的快速检测方法与流程

本发明涉及一种快速检测聚乳酸薄膜降解性能的方法，属于高分子材料降解性能检测领域。

背景技术：

在全球变暖、石油紧缺、传统难降解塑料导致环境严重污染的大形势下，“白色污染”已成为当今危害环境的世界性公害。聚乳酸(poly lactide简称PLA)及其共聚物作为一种具有优良的生物相容性和可生物降解性的高分子材料引起了人们的广泛关注。目前，主要通过堆肥法对聚乳酸材料进行降解处理及其降解性能的评价。堆肥法的原理是通过水解、光/氧降解后，再进一步被微生物消耗掉。堆肥法作为目前常见的聚乳酸降解性能检测手段，其存在检测周期长、操作繁琐、测试费用高等缺点。

对于可生物降解材料降解性能的测试，国际上和中国国内都有相应的标准。依据ISO14855的检测方法，扈蓉等研究了聚乳酸(PLA)在受控堆肥条件下的生物降解性能，结果表明堆肥3月后生物分解率达到90％左右(塑料科技，2012，40(8)：68-71.)。依据ASTMD5338的检测方法，Pradhan等通过模拟好氧堆肥的方法分别对加入了麦秆和大豆杆的PLA进行生物降解性评价，结果在试验第180天，降解率达到90％以上(Bioresource Technol.，2010，101(21)：8489-8491.)。Gao等模拟自然环境(温度28～33℃，湿度75％～85％)进行PLA的土埋试验，研究发现PLA试验前10天几乎没有降解，试验60天内的降解速率不超过0.44g·d^-1(Polym.Composite.，2011，32(12)：2093-2100.)。国内外对聚乳酸材料的相关检测方法表明，其降解时间一般要在3个月以上，才能使其降解率达到90％以上。因此，为了缩短聚乳酸材料的降解时间，开发一种聚乳酸材料降解性能的快速检测方法已经势在必行。

大量研究表明，碱性环境能够有效加速聚乳酸分子内酯键的水解，升高温度则同时加速了聚乳酸的分子内酯键水解以及分子内酯交换反应和分子间酯交换反应，因此，碱性水解以及升高温度有利于聚乳酸薄膜的降解。本发明采用高温水热法加速降解聚乳酸，不仅具有操作简单，重复性好等特点，还能够达到快速检测聚乳酸薄膜降解性能的目的。

技术实现要素：

本发明提供了一种快速检测聚乳酸薄膜降解性能的方法。该方法是在碱性环境下利用高温水热法降解聚乳酸薄膜，克服了目前聚乳酸薄膜降解性检测的周期长、花费高等缺点。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

(1)聚乳酸薄膜的制备：使用三氯甲烷作为溶剂，溶解聚乳酸粒料后将溶液倒入培养皿，利用挥发成膜法制备聚乳酸薄膜。

(2)降解液的配制：利用NaOH配制pH为10～12的聚乳酸薄膜降解液。

(3)高温水热法降解聚乳酸薄膜：称取一定质量(W₀)的聚乳酸薄膜浸入一定体积的降解液中，并一起置入水热反应釜中进行加热降解，调节降解温度在150～180℃之间，降解时间在2～4小时。当降解时间结束后，取出反应釜冷却至室温，并取出降解后的聚乳酸薄膜，蒸馏水清洗、干燥、称取质量(W_d)。

(4)聚乳酸薄膜降解率的计算：

其中：W₀为薄膜初始质量，W_d为降解后剩余薄膜的质量。

本发明的优点：

(1)本发明具有快速检测聚乳酸薄膜降解性能的优点，相对于传统堆肥法需要几个月的时间才能够得到检测结果，本发明只需要几个小时就能够完成，大大缩短了检测时间。

(2)本发明操作简单易行、重复性高、检测费用低廉。

(3)本发明不仅提供了一种聚乳酸薄膜的快速检测方法，还可能为废弃聚乳酸薄膜提供一种快速降解处理方法，为尽快消除废弃薄膜对环境污染具有重要意义。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步说明。

实施例1

采用挥发成膜方法制备聚乳酸薄膜，将薄膜剪成3×3cm样片，称取质量(W₀)；然后将其浸入50ml pH为12的NaOH溶液中，并一起置入水热反应釜中进行加热降解，调节降解温度为150℃，降解时间为3.5小时；当降解时间结束后，取出反应釜冷却至室温，并取出降解后的聚乳酸薄膜，蒸馏水清洗、干燥、称取质量(W_d)；最后利用聚乳酸薄膜降解率公式计算得到其降解率为89.86％。

实施例2

采用挥发成膜方法制备聚乳酸薄膜，将薄膜剪成3×3cm样片，称取质量(W₀)；然后将其浸入50ml pH为12的NaOH溶液中，并一起置入水热反应釜中进行加热降解，调节降解温度为150℃，降解时间为4小时；当降解时间结束后，取出反应釜冷却至室温，并取出降解后的聚乳酸薄膜，蒸馏水清洗、干燥、称取质量(W_d)；最后利用聚乳酸薄膜降解率公式计算得到其降解率为99.15％。

实施例3

采用挥发成膜方法制备聚乳酸薄膜，将薄膜剪成3×3cm样片，称取质量(W₀)；然后将其浸入50ml pH为12的NaOH溶液中，并一起置入水热反应釜中进行加热降解，调节降解温度为160℃，降解时间为2.5小时；当降解时间结束后，取出反应釜冷却至室温，并取出降解后的聚乳酸薄膜，蒸馏水清洗、干燥、 称取质量(W_d)；最后利用聚乳酸薄膜降解率公式计算得到其降解率为82.39％。

实施例4

采用挥发成膜方法制备聚乳酸薄膜，将薄膜剪成3×3cm样片，称取质量(W₀)；然后将其浸入50ml pH为12的NaOH溶液中，并一起置入水热反应釜中进行加热降解，调节降解温度为1602，降解时间为3小时；当降解时间结束后，取出反应釜冷却至室温，并取出降解后的聚乳酸薄膜，蒸馏水清洗、干燥、称取质量(W_d)；最后利用聚乳酸薄膜降解率公式计算得到其降解率为94.66％。

实施例5

采用挥发成膜方法制备聚乳酸薄膜，将薄膜剪成3×3cm样片，称取质量(W₀)；然后将其浸入50ml pH为12的NaOH溶液中，并一起置入水热反应釜中进行加热降解，调节降解温度为170℃，降解时间为2.5小时；当降解时间结束后，取出反应釜冷却至室温，并取出降解后的聚乳酸薄膜，蒸馏水清洗、干燥、称取质量(W_d)；最后利用聚乳酸薄膜降解率公式计算得到其降解率为88.89％。

实施例6

采用挥发成膜方法制备聚乳酸薄膜，将薄膜剪成3×3cm样片，称取质量(W₀)；然后将其浸入50ml pH为12的NaOH溶液中，并一起置入水热反应釜中进行加热降解，调节降解温度为180℃，降解时间为2小时；当降解时间结束后，取出反应釜冷却至室温，并取出降解后的聚乳酸薄膜，蒸馏水清洗、干燥、称取质量(W_d)；最后利用聚乳酸薄膜降解率公式计算得到其降解率为93.52％。