[发明专利]高刚性PHAs/PLA共混合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，更具体地说，涉及一种可完全生物降解的高刚性 PHAs/PLA共混合金及其制备方法。

背景技术

传统塑料行业消耗大量的石油能源以及带来的“白色污染”已经受到越来 越多的关注，从上个世纪60、70年代以来，人们开始了对生物降解塑料的研究 和开发，目前已经有多种生物降解材料(Biodegradable material)问世，生物降 解材料生物降解后，成为水和二氧化碳，不会对环境产生危害。目前对生物降 解塑料研究较多的集中聚乳酸(PLA)、聚羟基烷酸酯(PHAs)等方面。

聚羟基烷酸酯(PHAs)是一类由微生物合成的高分子聚酯，其分子量一般 在几万到几百万之间，广泛存在于自然界的多种微生物体内。PHAs的分子结构 多样性强，因此其性能也具有很强的可变性和可控性，目前已发现的聚合物组 成单体超过150种，各种单体的不同结构将为生物聚酯材料带来许多功能以及 应用，并且新的单体将被不断地发现出来。它的某些物理性质与传统的石油基 塑料聚丙烯类似，由可再生的能源合成，并且可以完全生物降解。

其中，以3-羟基丁酸为单体组成的聚3-羟基丁酸酯(PHB)是PHAs中最为 常见的一种，是一种结晶型的聚合物，因其物理性质较脆，而不适用于工业化 应用。而PHB的一些共聚物的物性可由原来的硬脆变为软韧，如聚-3-羟基丁酸 酯-4-羟基丁酸酯共聚物(P3HB4HB)，由于引入直链酯族柔性单体4-羟基丁酸 (4HB)，韧性提高、延展性大幅度提高，可接近橡胶的性质。随着柔性单元的 增加，共聚物由结晶性的硬塑料向富有弹性的橡胶态过渡，且兼具良好的热稳 定性，可加工成透明的薄膜和强度很高的纤维。据研究表明，PHAs共聚物中可 以通过改变聚合物中柔性分子的含量来改变聚合物的物理机械性能，以获得具 有不同刚性、结晶性、熔点和玻璃花温度适用于不同用途的材料。

聚乳酸(PLA)是由人工半合成的热塑性脂肪族聚酯，并且合成它的单体乳 酸是由可再生的玉米、谷物等发酵而来的，也被称为是“玉米塑料”。PLA结晶 度大、透明度极好，有良好的抗溶剂性、防潮性、耐油脂、透气性，还具有一 定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，另外具有优良的生物相容性，无毒、可生物 降解，降解产物不会在重要器官聚集，因此用途十分广泛，但是聚乳酸是一种 典型的线性聚合物，其熔体弹性差，使得其在实际应用过程中还存在一些困难。 聚乳酸易吸水，水含量对其加工性能的影响显著。而且纯的聚乳酸很脆，较低 断裂伸长率(仅仅6％)和较高的模组阻碍了其在很多方面的应用，如果要加工 成塑料薄膜这类用途最为广泛的一次性包装材料就只能通过双向拉伸的方法进 行成型，而要使用常规的吹塑的方法必须添加合适的增塑系统，而且添加增塑 体系不能影响可生物降解性能，由于脆性太大，PLA也很难在普通注塑机上注塑 出质量良好形状复杂的制品。

总的说来，PLA可以降解，但是加工性能较差，很难通过常规的加工方法在 常规聚合物加工设备上加工出复合使用要求的产品。为了扩大其应用领域，目 前大多数通过改性的方法来提高其加工性能，主要包括：(1)共聚改性，与其 他亲水物质共聚，工业复杂；(2)共混改性，与其他可生物降解材料共混，工 业简单易操作；(3)复合改性，以PLA为基体与其他材料复合改善PLA的脆性， 可以成型较复杂的形状，但是大多不能通过传统的塑料加工机械成型，应用范 围受限制。

目前已经出现一些将PHAs和PLA进行共混改进的技术，如中国专利 CN101205356公开了一种聚羟基烷酸酯及其共聚物与聚乳酸的共混改性，通过 将PHAs、聚乳酸和各种助剂共混进行改性，对PLA起到增塑剂的作用，提高 PHAs加工性能，使得其可以使用传统设备按照工业化速率生产。以及如中国专 利CN101210101公开了用于片材、薄膜、管材、纤维材料的含聚羟基丁酸酯共 聚物和聚乳酸的组合物，在聚羟基丁酸酯共聚物中添加聚乳酸制成共混组合物 以改变它的加工性能，得到适用包装材料的制品，使其满足传统加工方法。

但是，上述专利公开的技术制造的共混物虽然有一定的韧性，但是其刚性 不足，主要只能在塑料包装材料如薄膜上使用，在诸如注塑制品如化妆品瓶、 保鲜盒、显示器外壳等以及对刚性要求很高的建筑工程用板材上的使用有很大 的局限性，其性能也不够理想。

发明内容