[发明专利]一种聚乳酸/淀粉/麻纤维生物基可降解复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及塑料材料领域，具体涉及一种聚乳酸/淀粉/麻纤维生物基可降解复合材料及其制备方法。

背景技术

在过去100年时间中，高分子材料的发现和发展已经巨大地推动了社会和技术的发展。高分子材料已经成为人类社会发展所必不少的材料之一，据中国塑料协会报告，2010年世界塑料的产量超过2.6亿吨，已经逐渐成为玻璃、陶瓷和金属等材料应用领域的替代品。塑料工业迅速发展，其用途已经渗透到国民经济的各个领域，用途十分广泛。然而随着高分子材料科学的日益发展，高分子材料发展的问题也日渐存在，其中最大的问题是其可持续性和发展所带来的环境因素。

中国每年产生的废弃塑料约为500万吨，其中大多数废弃塑料为聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚苯乙烯(PS)材料，这些材料不能够自然分解。因此，由PP材料、PE材料、PS材料制备的一次性塑料包装废弃物及其相应的农用薄膜和一次性餐具，如果被随意丢弃将会因其非降解性堆积在土地上，从而造成严重的白色污染，而且这种潜在的污染同时也会随着人们使用量的增加和时间的积累而加剧，目前我国白色污染严重，已经引起政府有关部门和社会的普遍关注，相关法律法规已经出台，尤其是在欧美市场，非可降解塑料的使用受到严格的限制。

此外，由于目前高分子材料主要来源于石化资源，但是石油资源是不可再生资源将面临可持续发展的巨大挑战，据英国石油公司(BP)2007年公布的《世界能源统计评估》中称，如按照现在的消费水平计算，全世界目前探明的石油储量仅可供人类使用40年。

可见，人类将面临巨大的能源危机，这也必将给高分子产业带来巨大冲击。另外，大量石油基高分子材料的使用也给人类社会带来严重的环境污染。石油基高分子材料基本属于不可降解材料，其在土壤中的降解速度非常缓慢，将对自然环境产生严重破坏。目前处理这些合成高分子塑料的方法主要是土埋和焚烧。采用土埋处理会浪费大量的土地资源及带来“白色污染”；而采用焚烧处理会产生大量有毒气体，导致大气污染严重，并可能助长“温室效应”、“酸雨”和“雾霾”的形成。针对以上问题，如何开发生物基可降解高分子材料将成为我们研究的原动力。

近些年，传统的石化基塑料正逐渐被称为“绿色材料”的可降解和可重复利用的生物基材料所代替。目前使用最为重要和广阔的可降解聚合物是脂肪族聚酯和蛋白质，比如聚乳酸(PLA)、聚(3-羟基丁酸酯)、聚(ε-己内酯)、淀粉等等。众多可生物降解材料中，PLA的发展前景最为广阔，这是因为PLA具有良好的机械性能(尤其是强度和模量)、易加工和优异的可降解性。生物可降解PLA是乳酸的一种聚合物，其一般是通过环状丙交酯二聚体开环聚合来制备。目前，美国的NatureWorks、日本的三井化学、岛津、荷兰的Tate&Lyle和中国的海正都已实现了聚乳酸的规模化生产。但是PLA的脆性和高价格抑制了它的应用和发展。

淀粉对于环境友好型塑料如PLA是一种低成本和可降解及重复利用的填料。麻纤维对于环境友好型塑料如PLA却是一种低成本和可降解及重复利用的增强填料，可在某种程度上替代碳纤维和玻璃纤维。此外，纤维素具有高强度、高模量及低密度的特点，亚麻及软质木材牛皮纸纤维的力学性能可以与最常见的增强材料E-玻璃纤维相媲美。同时，相对于玻璃纤维或者碳纤维，纤维素具有诸多其他优点：

(1)纤维素可再生，来源广泛，获取方便；(2)纤维素增强塑料废弃填埋或者燃烧处理，释放二氧化碳的量与生长过程中消耗二氧化碳的含量持平，相比于玻璃纤维生产，对环境影响更小；(3)加工过程中，相对于玻璃纤维，纤维素对于机械的磨损小；(4)每一个葡萄糖单元含有三个羟基，纤维素表面众多的羟基，可以成为纤维素改性或者界面改性的反应点；(5)密度低，玻璃纤维的密度为2.5g/cm³,而纤维素密度约为0.6-1.7g/cm³，低密度的复合材料可以促进能源有效利用并减少汽车等行业的污染排放；(6)价格低，玻璃纤维价格为$1.3-$2.0/kg，而亚麻纤维只有$0.22-$1.10/kg；(7)相对于玻璃纤维，达到同等性能时，纤维素填充量更大，从而有效减少基体的量。