[发明专利]一种高强度P34HB/长玻纤复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物高分子材料技术领域，特别是涉及到一种高强度P34HB/长玻纤复合材料及其制备方法。

背景技术

在2010年的技术先锋奖中，美国Metabolix开发的聚羟基脂肪酸酯（PHAs，Polyhydroxyalkanoates）生物基全降解塑料与掀起全球热潮的Twitter一起光荣入榜，成为代表全球最具创新力的技术。

在全球一体化的经济贸易活动中，许多国家对塑料制品设置“绿色技术壁垒”，而可生物降解塑料有助于打破这种贸易壁垒。在这些材料中，特别是可再生的天然生物质资源如淀粉、植物秸秆等演变得到的生物基高分子具有良好的生物分解性，由于原材料丰富，其研究开发更是得到各国的重视。相对于普通的石油基高分子，生物基高分子可降低30%-50%石油资源的消耗，减少人们对石油资源的依赖；同时在整个生产过程中消耗二氧化碳和水，可以减少二氧化碳排放；生物降解高分子制品可以和有机废物一起堆肥处理，与一般塑料垃圾相比省去了人工分拣的步骤，大大方便了垃圾收集和处理。所以，从可持续发展的意义上分析，“源于自然，归于自然”的生物基高分子完全可以满足清洁发展、绿色发展和可持续发展的要求。

PHAs是大多数细菌在养料贫乏而碳源丰富的条件下，以不溶包涵体形式将碳和能量进行存储而得到的物质，其在自然界中广泛存在，现在既可以由微生物直接合成，也可通过转基因技术将相关基因嫁接到植物中，通过植物合成。

PHAs的应用是材料科学与生物科学相结合的一个新的领域。目前PHAs产业化品种已有四代。第一代是PHB（聚3-羟基丁酸酯），该材料结晶度大，球晶大，脆性大，很难大规模应用。第二代是PHBV（聚3-羟基丁酸酯/3-羟基戊酸酯共聚物), 由于3-羟基戊酸酯单体的引入，PHBV的脆性较PHB降低了，但是成本高。第三代是PHBHHx（3-羟基丁酸酯/3-羟基己酸酯共聚物)，其成本仍然很高。第四代是P34HB（聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯共聚物）。P34HB在国内的投产填补了很多产品领域的空白，真正实现了“原料可持续、绿色可降解”，目前P34HB生产成本由原来的每公斤50元下降到每公斤20元以下，在材料性能上也取得了重大突破，材料的韧性更好。P34HB具有热塑性，能够像PP、PS和PET等石油基高分子一样在通用的加工设备上进行挤出、注塑、吹瓶、热成型等成型加工，生产薄膜、片材、管材及各种热成型品和注塑品，P34HB这种极具发展潜力的材料可望在许多应用领域替代传统聚合物。P34HB结构式如下：

P34HB是一种典型的半结晶性高聚物，4-羟基丁酸酯单体的引入降低了聚羟基烷酸酯的结晶度，但是同时4-羟基丁酸酯单体的引入也降低了P34HB共聚物的结晶速率，纯的P34HB通常需要十几或二十几个小时以上才能完成结晶过程，成型加工时制品定型时间较长，加工成本增高，且材料在室温下存放时容易发生后结晶而引起制品尺寸变化、性能下降。成核剂的加入，将有利于P34HB材料加快结晶速率、增加结晶密度，并促使晶粒尺寸微细化，从而缩短制品的成型周期，且有助于提高制品性能。

另一方面，P34HB的力学性能不高，力学强度仅和等规聚丙烯相近，限制了其使用范围。以现有树脂为基础,通过纤维增强、有机无机共混等复合技术来研发制备纤维增强热塑性树脂复合材料已成为当今材料发展的趋势。玻璃纤维(GF)是一种价格便宜、力学性能优异的无机非金属材料，玻纤增强的复合材料的各项性能均能得到大幅提高，同时通过偶联剂的界面改性作用可使体系的界面浸润与粘结加强,进一步改善体系的综合力学性能。因此以玻璃纤维为增强体的复合材料在纤维复合材料的研究中占有相当大比例。研究表明，对于聚合物基体而言，长玻纤增强的效果优于短玻纤增强的效果，例如长玻纤增强PET的拉伸强度为短玻纤增强PET的1.5倍，弯曲强度为1.4倍，冲击强度为3倍。通过长玻纤增强P34HB有望制备力学性能优异的复合材料。

发明内容

本发明的目的是针对P34HB力学强度低、结晶速率慢的不足之处，提供一种高强度P34HB/长玻纤复合材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高强度P34HB/长玻纤复合材料，该复合材料的重量百分比组分为：

P34HB：40-90

长玻纤：5-40

成核剂：0-3

填料：0-50

偶联剂：0-0.5。

所述的长玻纤直径为5-30微米。

所述的成核剂包括有机类成核剂、粒径小于等于10微米的无机类成核剂中的一种以上。