可生物降解性聚乳酸吸油材料的制备及性能研究

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聚乳酸(Polylactic acid,PLA)是一种可生物降解的聚酯类高分子材料,其结构中具有的酯基疏水基团可使材料表面产生强疏水亲油性。本文采用聚乳酸作为基体材料,采用不良溶剂诱导相分离的方法制备了聚乳酸多孔吸油材料,通过改变聚乳酸浓度、相分离静置温度以及不良溶剂的种类等条件来调控聚乳酸材料多孔结构。另外采用静电纺丝-相分离法,制备得到了具有多级孔分布的PLA纳米纤维。对两种方法制备得到的多孔吸油材料分别进行了扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、水接触角(Water Contact Angle,WCA)的表征、孔隙率以及吸油性能测试。主要结论如下:1.采用不良溶剂诱导相分离的方法,制备得到了具有蜂窝状多孔结构的聚乳酸吸油材料。不良溶剂为乙醇以及使相分离静置沉淀温度为23℃不变,聚乳酸浓度发生改变,发现PLA溶液浓度从0.05 g·m L-1到0.20 g·m L-1,孔隙率和吸油倍率的变化趋势均是先增加再减小,制备的吸油材料的WCA均大于90°,说明不同聚乳酸浓度制备得到的多孔材料都是疏水亲油的,制备的不同浓度的吸油材料中,PLA浓度为0.15 g·m L-1时,植物油吸收倍率最高,为6.20 g/g;控制不良溶剂为乙醇和PLA浓度为0.15 g·m L-1,当温度从23℃升高到50℃,孔隙率表现为下降到略有上升再到下降,其中温度为23℃时,孔隙率最高,为88.31%;相分离静置沉淀温度为23℃和浓度为0.15 g·m L-1时,改变不良溶剂的种类,由于不良溶剂沸点及挥发速率的不同,形成孔径不同的多孔吸油材料。经实验比较,以无水乙醇为不良溶剂时,WCA最大,为124.4°。2.静电纺丝-相分离法制备了具有多级孔结构的聚乳酸纤维材料。当良溶剂为二氯甲烷(DCM)以及不良溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)时,改变DCM与DMF体积比,发现良溶剂与不良溶剂的体积比为2:1时,制得的吸油材料吸收机油倍率最高,为34.61 g/g。当不良溶剂为丙酮(Acetone)、良溶剂与不良溶剂体积比为2:1时,制备得到了具有多级孔结构的PLA纤维,其中纤维上的孔洞是由纺丝过程中进行相分离得到的,同时纤维上形成的孔洞增加了材料的孔隙率使得其材料储油性能得到提高,其材料水接触角最大,为145.3°,机油吸收倍率最高,为51.34 g/g。3.与单纯相分离法相比,静电纺丝-相分离法制备得到的材料具有更大的WCA(145.3°)和机油吸油倍率(51.34 g/g),因而有更优越的吸油性能,这是因为静电纺丝-相分离方法制备得的材料在纤维表面形成了孔洞,与交错的纤维一起构成了多级孔结构,大大增大了材料的比表面积,为可降解高效吸油材料的制备提供了新的思路。
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