[發明專利]生物降解聚乳酸/淀粉復合材料共混界面的偶聯與增容技術

無效

• 申請號: 200710049748.0
• 申請日: 2007-08-14
• 公開（公告）號: CN101367986A
• 公開（公告）日: 2009-02-18
• 發明（設計）人: 袁明龍;劉軍;王貴恒;申開智;鄧先模
• 申請（專利權）人: 袁明龍
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L3/04;C08K5/524;B29C47/36;C08K3/00;C08K5/00
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技術領域

本發明涉及可生物全降解的高分子聚合物—由聚乳酸和淀粉組成的熱塑性環保型復合材料，特別涉及此復合材料的共混界面的偶聯與增容技術。

背景技術

基于石油資源的塑料制品已經被廣泛應用于人們生產和生活的各個領域，但石油資源為不可再生資源，大量廢棄的塑料制品因為其不可降解性而帶來了“白色污染”嚴重污染環境。發展淀粉系列可再生資源，用可生物降解材料代替基于石油資源的塑料是未來的發展方向。源于生物基的聚乳酸塑料是一種完全生物降解的材料，但其成本高而限制了應用，將淀粉與聚乳酸復合來降低資源成本是行之有效的方法。由于淀粉分子含有大量羥基，分子間及分子內氫鍵作用強，使其結構致密，而疏水性的聚乳酸與親水性的淀粉間又沒有相互作用的功能基團，從而導致它們之間相容性很差，以致嚴重影響了淀粉填充聚乳酸材料力學性能，這種聚乳酸/淀粉復合材料的應用也受到極大的限制。日本地球新技術研究所報道了把生物降解的聚己內酯與淀粉共混制備復合材料，用日本地球新技術研究所開發了聚ε-已內酯(PCL)和膠凝淀粉共混制成生物降解塑料，在加入增容劑后與聚ε-已內酯摻混加工很容易，制品具有較好的力學性能，并可完全降解。淀粉與高聚物的相容性是決定共混材料性能優異的瓶頸。為此，在共混體系中通常會加入鏈段結構與相混高聚物結構相同或類似的小分子或某此嵌段或接枝共聚物。如低分子量的甘油、甘油的乙酸酯、乙二醇、丙二醇、山梨糖醇、二辛基磺基琥珀酸鈉、檸檬酸三乙酯和檸檬酸三丁酯。一般填充型淀粉塑料最終產品的淀粉量不超過7％-20％，而選擇好恰當的相容劑后，淀粉量可加到50％-60％，如EP-A32，802；EP-A-404，728；CN1450120A等專利所敘述。Choi以低分子量的淀粉接枝聚已內酯為增容劑制備了淀粉和聚已內酯復合物(朝，金和帕克，聚合物科學；Choi，E.J.；Kim，C.H.；Park，J.k.，J.Polym.Sci.；Part?B：37：2430，1999)。Sum以順丁烯二酸酐為增容劑制備了淀粉聚乳酸復合物，在增容劑的作用下，淀粉和聚乳酸兩相的相容性得到了顯著提高，復合物具有很高的拉伸強度和斷裂伸長率(張建風，孫秀志，生物大分子；jian-Feng?Zhang，XiuzhiSun，Biomacromolecules，5：1446-1451，2004)，中國專利CN1850892A采用聚乳酸表面接枝淀粉為相容劑進行聚乳酸與淀粉的共混。

發明內容

本發明的目的是從改善聚乳酸/淀粉復合材料共混界面的偶聯作用，提高淀粉與聚乳酸之間的相容性出發，以期最有效的改善淀粉填充聚乳酸共混材料物理力學性能。該增容和偶聯技術在改善共混材料物理力學性能的同時，還有效地改善了共混材料的加工性能，為采用多種加工技術來制造具有不同形狀和特性的聚乳酸復合材料制品提供了可能，此外，所實施的偶聯與增容技術工藝簡單，具有廣泛的適用性，推進了聚乳酸產業化。

本發明的可全生物降解淀粉填充聚乳酸復合材料是含有乳酸結構單元的聚合物為共混材料基體，以淀粉作為共混材料的填充劑，在采用有效的偶聯技術基礎上，輔以具有本發明要求結構特征的增容劑及增容技術，所研制的聚乳酸/淀粉材料具有以下組成，各組分的重量百分含量為：

聚乳酸???????????????10～80％

淀粉?????????????????10～80％

偶聯劑???????????????0～3％

增容劑???????????????2～20％

加工助劑?????????????0.05～5％

其中聚乳酸類聚合物選自聚DL-乳酸(PDLLA)、聚L-乳酸(PLLA，)、聚乳酸—聚乙醇酸共聚物(PLGA)、聚乳酸—聚ε-已內酯(PCL)共聚物等，可以是其中的一種單獨使用，也可以是兩種及兩種以上混合使用。聚乳酸類聚合物的分子量范圍是3萬到200萬，材料的特性粘度(烏式粘度計，氯仿溶劑，25℃)范圍為在0.1—8.0dl/g，根據用途確定。

淀粉選自天然植物但經工業加工的玉米淀粉、木薯淀粉、小麥淀粉、土豆淀粉、改性淀粉等。其中木薯淀粉、玉米淀粉因其產量大，價格低而成為主要的填充材料。

由于淀粉與上述的聚乳酸結構存在很大的差異，不具有化學相容的基礎，使淀粉直接填充聚乳酸共混材料的物理力學性能差，極大的影響了淀粉填充聚乳酸共混材料的使用范圍。