[发明专利]一种高强高韧全生物降解复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物复合材料的制备方法，特别是一种高强高韧全生物降解复合材料的制备方法。

背景技术

近年来由于全球石油价格上涨和大量塑胶制品的不可降解性所带来的环境的压力，使得生物降解材料受到人们广泛关注。生物降解材料主要分为三类，一是天然材料，如天然植物纤维、淀粉等；二类是石油基材料如聚己内酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)等；第三类是生物合成方法制备的热塑性材料，如聚羟基烷酸酯(PHA)、聚β-羟基丁酸酯-co-β-羟基戊酸酯(PHBV)、聚乳酸(PLA)等。其中聚β-羟基丁酸酯-co-β-羟基戊酸酯(PHBV)是通过细菌发酵生成的一类热塑性脂肪族的聚酯材料，它具有良好的生物降解性和生物相容性，比较好的气体阻隔性能和耐温性。由细菌发酵得到的PHBV纯度和立构规整度高，容易结晶，随着其中羟基戊酸酯(HV)的含量越少，其结晶度越高，并且晶体尺寸比较大，当材料受到拉伸等作用力时，裂纹就容易增长，使得其是一种非常脆的材料。当PHBV中HV含量较高时，材料的韧性也会提高，但是生产HV含量高的PHBV的材料成本高，生产实用价值较低。因此研究低HV含量的PHBV材料的增韧增强方法，有实际的生产意义。

目前国内外对PHBV的增韧的主要方法有：在PHBV中加入弹性体、增塑剂、成核剂以及其他生物降解材料共混。由于其生物降解性的限制，所以常使用其他生物降解材料如聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)等，同时为提高PHBV的强度常加入其他天然材料如天然植物纤维、淀粉、碳酸钙及白炭黑等作为增强填料。

当采用聚β-羟基丁酸酯-co-β-羟基戊酸酯(PHBV)与天然纤维共混时，可以提高其耐热性能、模量和降低材料的成本，但是却降低了材料的冲击性能Biomacromolecules 2006年第7卷2044-2051文章指出，当加入10份纤维时，PHBV的冲击强度由47焦耳/米下降到20焦耳/米，同时由于天然纤维的极性很强，在体系当中容易团聚造成分散不均，不能均匀分散在体系中。

中国专利CN1948374A公开了一种生物质全生物降解材料及其制备工艺，提供了PHBV基和PBS基与淀粉复合材料制备方法，但其制备的材料其拉伸强度只有10MPa，不能满足应用要求。

发明内容

本发明的目的是采用聚β-羟基丁酸酯-co-β-羟基戊酸酯(PHBV)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、天然纤维三元体系制备一种高强高韧全生物降解复合材料，该三元共混体系不单改善聚β-羟基丁酸酯-co-β-羟基戊酸酯(PHBV)的韧性，提高材料的强度和耐热性能，更能降低材料的成本；同时采用预先制备聚丁二酸丁二醇酯(PBS)与天然纤维母料，使得天然纤维在体系中更容易均匀分散，也使得熔融共混加料时更加容易。

本发明一种高强高韧全生物降解复合材料的制备方法如下：

将聚β羟基丁酸酯-co-β-羟基戊酸酯、聚丁二酸丁二醇酯在50-70℃真空干燥8-12小时，天然纤维在80-100℃真空干燥5-8小时；将聚丁二酸丁二醇酯与天然纤维在双辊开炼机上以1：1～1：2的重量比熔融共混做成母料，控制辊筒的温度为120-130℃，共混时间为5-10分钟，然后在高速捏合机中破碎；将50-80重量份聚β-羟基丁酸酯-co-β-羟基戊酸酯、50-20重量份聚丁二酸丁二醇酯和5-20重量份母料放入高速搅拌机中混合均匀，加入到密炼机熔融共混，共混温度为160-175℃，转子转速为30-60转/分，共混时间为4-6分钟，得到一种高强高韧全生物降解复合材料。

本发明中使用聚β-羟基丁酸酯-co-β-羟基戊酸酯粘均分子量在1×10⁵～1×10⁶，聚β-羟基丁酸酯-co-β-羟基戊酸酯中β-羟基戊酸酯的含量小于4mol％。

本发明中使用的聚丁二酸丁二醇酯的熔融指数为8-15g/min。

本发明中使用的天然纤维的纤维素含量为80wt％，其平均长度为1100微米，平均直径为45微米。