[发明专利]一种高性能PHAs/PBS/PLA共混合金

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共混合金材料。

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，目前已经有多种合成生物降解材料(Biodegradable material)问世，有聚羟基烷酸酯(PHAs)、聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯(PPC)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己内酯(PCL)等。它们作为塑料材料使用，在生物降解后，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在聚乳酸(PLA)、聚羟基烷酸酯(PHAs)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)方面。

聚羟基烷酸酯(PHAs)是一类由微生物合成的高分子聚酯，它的某些物理性质与传统的石油基塑料聚丙烯类似。PHAs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。PHAs由可再生的能源合成，并且可以完全生物降解。由于聚合单体以及聚合度的不同，PHAs可实现从坚硬到柔软到弹性变化，其熔点可以在40℃-180℃范围内变化，现在可以生产出分子量在1,000-1,000,000之间的PHAs，这些产品的断裂伸长率从5％-1000％不等，结晶度在10％到80％之间。

其中，以3-羟基丁酸为单体组成的聚3-羟基丁酸(PHB)是PHAs中最为常见的一种。PHB是一种结晶型聚合物，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。它耐温性好，生物相容性好，气体阻隔性高，还有压电性能，并且还具有良好的加工性能，所以应用前景十分广泛。它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，熔体强度高，并且具有良好的加工性能。而PHB的另一种共聚物聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)，它随3HV(3-羟基戊酸)单体含量的增加，其脆性有一定改善，但它还是属于脆性材料，应用范围受限。而PHB还有一种用途较广泛的共聚物聚3-羟基丁酸-3-羟基己酸酯(PHBH)它性能与P3HB4HB类似，也是很难得到刚性高、韧性好的材料。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、熔点和玻璃化温度适用于不同用途的材料。但是对于大部分PHAs共聚物而言，其综合性能还不是很理想，当3HB(3-羟基丁酸)含量较高时，其相对拉伸强度较高，但此时其断裂伸长率对应较低，即刚性较高时而韧性较差；当3HB含量较低时，其断裂伸长率相对较高，但拉伸强度较低，即韧性高时而刚性差；它很难有刚性好，韧性高的纯材料，这限制了其加工制品的应用领域。

针对PHAs材料，人们做了大量的改性研究，主要有共混，填充，化学改性等方法。其中，由于共混改性工艺简单，并且在性能互补的同时，对原有树酯的其它性能影响很小，所以研究得最多，也最实用。共混改性是以其它高分子材料同原树酯共混，与PHAs共混改性的一般有不可降解塑料PE、PS、PMMA、PVC等；也可同其他的可完全生物降解材料共混。与前一类材料共混由于牺牲了材料的可完全生物降解性能，目前实用性不大，所以现在大多集中在与后一类材料进行共混改性。如中国专利CN1375523A公开了可降解的聚(β-羟基丁酸酯)共混物及其制备方法，它主要介绍了PHB/PEO/纤维素酯共混材料，它主要是做一种模压材料，应用范围较窄。如中国专利CN1470553A公开了聚3-羟基烷酸酯/二氧化碳-环氧丙烷共聚物/淀粉共混物的制备方法，它所公开的材料虽然加工范围很广，但其刚性不高。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，得到了一种加工性能和韧性较好的材料，但由于两者相容性不是很好，所以力学性能还不是很理想。而中国专利CN101045810A公开了一种聚β-羟基丁酸酯和聚β-羟基丁酸酯-β-羟基戊酸酯的增韧改性方法，它介绍了聚β-羟基丁酸酯和聚β-羟基丁酸酯-β-羟基戊酸酯同PBS或PLA共混动态交联的改性方法，虽然PLA与PHAs的相容性有一定程度的改善，但由于两者都是脆性材料，所以韧性依然较差。