[发明专利]一种生物可降解材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于可降解材料技术领域，公开了一种生物可降解材料及其制备方法和应用。制备该生物可降解材料的原料包括：聚乳酸、热塑性淀粉、环氧化合物和石墨烯。本发明提供的生物可降解材料，采用聚乳酸、热塑性淀粉作为生物可降解材料的核心原料，通过加入石墨烯提升材料的力学性能，改善材料的透明度；以环氧化合物特殊的结构增强聚乳酸、热塑性淀粉和石墨烯三者的相容性，四者协同作用，使制得的生物可降解材料的力学性能优异，透光性强，表面光泽感好。本发明提供的制备方法简单，对设备要求低。

技术领域

本发明属于可降解材料技术领域，具体涉及一种生物可降解材料及其制备方法和应用。

背景技术

聚乳酸(PLA)是当前最有发展前景的生物基聚合物之一，其具有优异的生物降解性和生物相容性。聚乳酸可以从发酵的小麦、玉米、甜菜中提取或通过化学合成获得。而聚乳酸的生物降解只需要对其在55-60℃进行工业化堆肥处理即可，且处理后的聚乳酸能够作为肥料，重新回归自然。

纯的聚乳酸材料还具有良好的透明性，利用其制备的薄膜在食品包装、地膜等中的应用前景广阔。但是聚乳酸以及聚乳酸薄膜的力学性能较差，不能与传统聚合物抗衡，因此，一般会采用化学修饰或物理修饰提升聚乳酸的力学性能。化学修饰包括在聚乳酸聚合物结构中加入小分子，而物理修饰包括添加纳米颗粒，这些纳米颗粒将充当成核剂并扩大聚合物基质中的晶区。但通过加入外来物对聚乳酸进行修饰时，往往出现各原料间相容性差，无法制备出理想的复合材料。且，即使采用化学修饰或物理修饰制备出聚乳酸复合材料，材料的力学性能得到提升，但其透明度急剧下降，制备的薄膜透光性差，且无表面光泽，无法满足包装材料和地膜材料的要求。

因此，亟需提供一种生物可降解材料，能够改善各原料间的相容性，同时提升材料的力学性能和透明度。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种生物可降解材料，能够改善各原料间的相容性，同时提升材料的力学性能和透明度；使制备的薄膜力学性能优异，透光性强，表面光泽感好。

本发明第一方面提供了一种生物可降解材料。

发明构思：本发明采用聚乳酸、热塑性淀粉作为生物可降解材料的核心原料，通过加入石墨烯提升材料的力学性能，并改善材料的透明度；以环氧化合物特殊的结构增强聚乳酸、热塑性淀粉和石墨烯三者的相容性，使制得的生物可降解材料的力学性能优异，透光性强，表面光泽感好。

具体的，一种生物可降解材料，制备所述生物可降解材料的原料包括：聚乳酸、热塑性淀粉、环氧化合物和石墨烯。

聚乳酸和热塑性淀粉均属于生物可降解材料，聚乳酸的分子链中含有大量羟基或羧基，热塑性淀粉中也含有大量羟基，通过加入环氧化合物，使环氧化合物中的环氧基与聚乳酸和热塑性淀粉中的羟基或羧基发生开环反应，从而形成巨大而致密的网状结构，并将石墨烯包裹其中；而石墨烯具有以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成的单层二维蜂窝状晶格结构，能够良好地吸附于网状结构，实现各原料的良好相容。同时，形成的网状结构与具有高强度和良好韧性的石墨烯结合，能够有效提升材料的力学性能，且四者相互作用，能够提高材料的透明度。

优选的，所述聚乳酸与所述环氧化合物的质量比为(1-10):1；进一步优选的，所述聚乳酸与所述环氧化合物的质量比为(3-10):1；更优选的，所述聚乳酸与所述环氧化合物的质量比为(3-8):1。通过控制所述聚乳酸与所述环氧化合物的用量，有利于网状结构的形成。

优选的，所述聚乳酸与所述热塑性淀粉的质量比为(5-20):1；进一步优选的，所述聚乳酸与所述热塑性淀粉的质量比为(10-15):1。

优选的，所述石墨烯的质量占所述原料的总质量的0.1-2％；进一步优选的，所述石墨烯的质量占所述原料的总质量的0.5-1％。通过控制石墨烯的量不仅能够有效提高所述生物可降解材料的机械性能，同时不影响材料吹塑成膜后的透明度。