[发明专利]一种高韧性全降解复合材料

说明书

本发明提供一种高韧性全降解复合材料，其主要由以下重量份数的组分共混、制备而成：生物降解基体树脂100份；改性生物基纤维1‑60份；相容剂1‑8份；润滑剂1‑5份，偶联剂0‑5份；所述生物降解基体树脂为PBAT、PCL、PLA、PBS、PBSA、PPC、PBST、PHB、PHA、PVA、PHBV中的一种或两种以上的组合物。其中，改性生物基纤维包括生物基纤维的疏水改性或/和生物基纤维的偶联改性，所述生物基纤维为麻纤维，所述麻纤维为大麻纤维、亚麻纤维、剑麻纤维、棕榈纤维中的一种或几种。本发明的改性植物纤维对生物基基体树脂具有显著的增强增韧作用，提高其与生物基基体树脂的界面相容性和界面结合力。

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种高韧性全降解复合材料及其制备方法。

技术背景

塑料包装材料主要由聚乙烯、聚酯或聚丙烯等材料制成，通过塑料模具吹塑、挤吹或注塑成型的塑料容器，其主要优点是耐腐蚀，成本低，质轻易携带以及形状多样化等，在包装酱油、醋、酒类、非碳酸饮料、牛奶等液体食品方面有着重要的作用。

然而，目前市场上使用的塑料包装材料大多不能在自然环境中降解，给人类生活带来便利的同时，也带来了日益严重的环境污染问题。由于它良好的耐腐蚀性，有些无法被再利用的废弃塑料包装材料难以被分解回归自然，造成了废弃塑料的堆积，这就是我们常说的“白色污染”。如：聚丙烯、聚氯乙烯以及聚乙烯，可在田间残留几十年不降解，造成一系列土壤问题，由此产生的环保负面效应已引起社会各界的严重关注和忧虑，所以发展可降解塑料已成为当务之急，开发自然环境下可降解的绿色塑料包装材料对于解决塑料制品带来的环境污染问题具有非常重要的意义。

与前述塑料相比，生物降解塑料具有生物降解性，可完全生物降解塑料包括PLA、PBS、PBSA、PBAT、PCL、PHA、PHBV、淀粉等，是指利用环境中的温度、湿度、矿物质和微生物(如细菌、真菌、藻类等)将聚合物材料水解或酶解为低分子物质，再由微生物吞噬完全分解为水、二氧化钛和生物质，所分解的产物和残留物对环境没有任何危害。可完全生物降解塑料作为基材的包装材料具有重要的意义。

然而，生物降解塑料本身也存在难以克服的缺陷，如：加工热稳定性较差，对加工条件要求苛刻，热形变温度低，韧性差，以及对氧气、二氧化碳、水蒸气阻隔性差等缺点，表现在：

聚乳酸(PLA)，是以微生物发酵生产的乳酸为单体，脱水聚合而成的一种脂肪族聚酯，具有良好的生物相容性和生物可降解性。它以玉米、甘蔗、木薯等可再生的生物质为原料，其来源广泛且可以再生。聚乳酸的生产过程低碳环保、污染少，其制品使用后可以堆肥降解，实现在自然界中的循环。然而，PLA具有较高的模量和强度，PLA制品硬而脆，因此，制约PLA应用的主要因素是其耐热性和韧性等问题，为提高PLA的耐热性，采用其他树脂共混、对PLA进行改性是改善PLA性能的一大途径。

聚对苯二甲酸-丁二酸-1,4丁二醇共聚酯(PBAT)属于热塑性生物降解塑料，是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，兼具PBA和PBT的特性，由于大分子中既有柔软的脂肪链和刚性的芳香基团，因此其既有较好的延展性和断裂伸长率，也有较好的耐热性和冲击性能；此外，还具有优良的生物降解性，是目前生物降解塑料研究中非常活跃和市场应用最好降解材料之一，但PBAT拉伸强度小，熔体粘度低，限制了其加工性能和实际应用价值。

聚己内酯(PCL)是一种脂肪族聚酯，具有良好的生物相容性和生物降解性，熔点低，具有良好的热塑性和成型加工性，聚己内酯在食品包装材料和医用材料具有广泛的研究和应用，虽然PCL分解温度高(约200℃)，但熔点仅仅为59-64℃，力学强度低，因此限制了其应用和发展。

对于单一组分的生物降解基体树脂，如PLA、PBAT或PCL，其单独使用均存在性能缺陷，因此，为了改善生物降解塑料的力学性能和使用性能，共混改性是常见的方法，包括：