[发明专利]一种可降解聚乳酸复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可降解聚乳酸复合材料及其制备方法。

背景技术

近年以来，由于国际石油保有量逐渐下降，充分开发利用农作物可再生资源将成为农业发展的重要课题之一，我国是农业大国，开发农业废弃物利用的新途径、新技术、新设备对农民的增收、减少焚烧等带来的环境污染及发展生态农业有着十分重要的意义。此外，发展可降解材料，也是解决目前“白色污染”问题的主要途径。

已知，甘蔗叶是一种农业废弃物，其来源丰富，为非衰竭性资源，目前没有高的应用价值，一般是废弃还田，有的甚至焚烧，造成环境污染。另一方面，聚乳酸(PLA)是一种人工合成的可生物降解聚酯，废弃后短时期内即可在微生物、酸、碱等作用下彻底被分解成二氧化碳和水，其合成单体乳酸能够以自然界中取之不竭的糖类物质，例如淀粉、纤维素等为最初原料，经酶解、发酵后得到，不依赖于石油。由于生物相容性优良，PLA被广泛应用于生物医学领域。将PLA与淀粉共混，可以在保证体系具有环境友好的同时，利用PLA的高强度和疏水性提高淀粉基塑料在力学性能、耐水性能等方面的不足。然而，虽然相对价格较高的微生物合成或人工合成可降解聚合物而言，将PLA与淀粉共混可满足使用性能的前提下降低成本，但是，淀粉的绝对价格还是比较高的，而且有的淀粉来源于粮食，造成粮食危机，在我国这不能作为长期的方向。此外，直接将淀粉和PLA共混得到的产品脆性大且对湿度敏感，两者间的界面连接很差，亲水性的淀粉和憎水性的PLA基体间的界面结合力很差。

目前，关于PLA复合材料的报道有例如Kim等报道的PLA/淀粉/增塑剂三元复合材料，该复合材料的拉伸强度仅能达到约60Mpa。此外，国内尚有有人以蒸汽爆破后的甘蔗渣纤维(BF)和聚乳酸为原料，采用模压方法制备PLA/BF复合材料的报道，该PLA/BF复合材料的拉伸强度仅为49.0Mpa，应用领域范围小，并且，模压法还存在模具制造复杂，投资较大等不足，加上受压机限制，仅适合于生产中小型复合材料制品。另外还有设备投资大、模具质量要求高，费用大、不适用批量生产、成型压力大等缺点。

综上，目前制约聚乳酸发展的主要因素是力学性能不够以及成本高，因此，改善聚乳酸力学性能以及降低成本，对于拓宽聚乳酸的应用领域非常重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种力学性能好且成本较低的可生物降解聚乳酸复合材料。

本发明同时还要提供一种可生物降解聚乳酸复合材料的制备方法，该方法操作简单、成本低，且所得可生物降解聚乳酸复合材料力学性能优异，应用领域广泛。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：

一种可降解聚乳酸复合材料，以重量百分含量计，所述可降解聚乳酸复合材料的原料配方如下：聚乳酸(PLA)30％～50％、聚对苯二甲酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯(PBAT)10％～30％、聚己内酯(PCL)5％～20％、扩链剂1％～5％以及平均细度为1μm～10μm的甘蔗叶微粉5％～30％。

根据本发明的一个优选方面，以重量百分含量计，所述可降解聚乳酸复合材料的原料配方如下：聚乳酸30％～40％、聚对苯二甲酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯10％～30％、聚己内酯5％～15％、扩链剂1％～3％以及甘蔗叶微粉15％～30％。

根据本发明的一个具体方面，可降解聚乳酸复合材料由具有所述配方的原料经熔融共混，挤出造粒制得。

根据本发明，作为原料的聚乳酸、聚对苯二甲酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯、聚己内酯均是已知的，可以采用本领域常用的那些。优选地，聚乳酸的重均分子量在3万～10万之间，光学纯度为80wt％～99wt％，残留丙交酯的含量为0.05wt％～1wt％。该聚乳酸可通过商购获得，例如江苏卡卡生物制造的K-2200型号，也可以使用公众已知的聚合方法制备得到。聚对苯二甲酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯的重均分子量优选在3万～13万之间，其可通过商购获得，例如江苏卡卡生物制造的SK-600型号。聚己内酯用作相容剂，聚己内酯的重均分子量在6万～12万之间，其可通过商购获得，例如GN5066(国能科技公司制造)，1000C(深圳光华伟业制造)等，或者还可以由ε-己内酯在金属有机化合物催化剂，二羟基或三羟基为引发剂条件下开环聚合制备。

根据本发明，原料甘蔗叶微粉在小于10μm范围内的平均细度越小越好。优选地，甘蔗叶微粉的平均细度为1μm～5μm。

本发明采取的又一技术方案是：一种可降解聚乳酸复合材料的制备方法，其包括如下步骤：