[发明专利]一种聚乳酸基可降解复合材料及制备方法和作为地膜的应用

说明书

本发明公开一种聚乳酸基可降解复合材料及制备方法和作为地膜的应用，所述聚乳酸基可降解复合材料由改性羟基磷灰石与聚乳酸复合得到，所述改性羟基磷灰石是以聚乙二醇和/或线型聚磷腈作为改性剂对羟基磷灰石进行表面改性制备得到，其中，线型聚磷腈结构如式Ⅰ所示。本发明提供的聚乳酸即可降解复合材料具有良好的机械强度，降解速率快，且降解产物不影响土壤原来的酸碱性，并且降解释放N、P等营养元素，促进植物生长，改善土壤理化性质。

技术领域

本发明属于农用薄膜材料技术领域，具体涉及一种聚乳酸可降解复合材料及其制备方法和作为地膜的应用。

背景技术

聚乳酸(PLA)，又称为聚丙交酯，是以乳酸为原料聚合而成的聚酯。聚乳酸具有优良的生物可降解性、相容性和吸收性。聚乳酸是一种无毒、无刺激的合成高分子材料，其原料是乳酸，主要来自淀粉(如玉米、大米)等发酵。PLA原料来源广泛，且由其制成的产品使用后可直接进行堆肥或焚烧处理，最终可完全降解为CO₂和H₂O，满足可持续发展的要求。PLA的机械强度较差、脆性大、强度不足、韧性差、易断裂，因此有必要对PLA进行增韧改性。

羟基磷灰石(HA)是钙磷灰石的自然矿物化，具有与人体骨组织相类似的组成和结构，并且具有很好的生物相容性，是公认的骨修复材料。从20世纪80年代开始，聚乳酸与羟基磷灰石复合材料就被认为是骨修复和骨替代的理想材料，目前应用于骨组织修复材料。

本领域技术人员知晓，无机粒子与聚合物复合体系的力学性能主要取决于两者之间的界面结合力，无机粒子的分散性和两相之间的结合情况会显著影响到复合材料的各项性能。羟基磷灰石表面能较高，会在聚乳酸基体中发生严重的团聚现象。其次，羟基磷灰石与PLA的热膨胀系数相差较大，与PLA 界面结合力较小，严重降低复合材料的力学性能。因此，改善羟基磷灰石团聚问题，以及与聚乳酸之间的相容性是提高复合材料力学性能的关键。

专利文献201410254491.2公开了一种聚乳酸纤维增强聚乳酸/羟基磷灰石复合材料，所述复合材料包括自上至下排列的多个聚乳酸-羟基磷灰石薄膜层，相邻两个聚乳酸-羟基磷灰石薄膜层之间设有聚乳酸纤维层，各聚乳酸- 羟基磷灰石薄膜层与各聚乳酸纤维层热压在一起。虽然在技术效果上，技术人员声称聚乳酸纤维与聚乳酸基体具有相同的化学结构，二者之间完全相容，不存在界面问题。但是，本领域技术人员知晓，这类通过热压技术制备得到分层复合材料不仅工艺复杂，制备条件要求高以外，在使用强度上根本不及整体交联的材料。

专利文献201510146352.2公开了一种新型羟基磷灰石接枝聚乳酸的制备方法，所述方法包括采用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)将-NH₂修饰到HA表面；用N,N'-羰基二咪唑(CDI)活化聚乳酸分子链上的端羧基，形成反应中间体，然后将修饰过的HA与聚乳酸进行反应得到羟基磷灰石接枝聚乳酸 (HA-PLLA)。所述方法虽然在原理上是可行的，但是在实际操作过程中将 APTES与HA进行反应将-NH₂修饰到HA表面是十分困难的。因为，HA具有较高表面能，如论在无机或有机溶剂中都容易团聚，在分散性不好的前提下根本无法做到理论上的化学修饰。

为了防止HA在反应过程中发生聚沉，对HA粒子通过改性剂如硅烷偶联剂、聚乙二醇、十二醇等来进行表面改性是比较常规的操作。专利文献 201610944507.1公开了一种改性纳米羟基磷灰石/聚乙二醇复合水凝胶，制备方法是将硅烷偶联剂接枝到纳米羟基磷灰石的表面，使羟基磷灰石表面氨基化；将含有端羧基的聚乙二醇与羟基磷灰石接枝；将接枝了聚乙二醇的HA与多臂端氨基PEG溶液混合，加入交联剂孵化得到改性纳米羟基磷灰石/PEG复合水凝胶。所述制备方法为了改善HA聚沉问题在HA表面接枝聚乙二醇，但是聚乙二醇是一种水溶性长链化合物，仅依靠这种链状高分子材料防止HA粒子聚沉的效果实际并不理想。