[發明專利]一種高強高韌全生物降解復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 200910047049.1
• 申請日: 2009-03-05
• 公開（公告）號: CN101503521A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 關慶文;王仕峰;王如寅;張勇;張隱西
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C08J3/22
• 分類號: C08J3/22;C08L67/02;C08L67/04;C08L97/00;B29B7/72;B29B7/28
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 羅蔭培

技術領域

本發明涉及一種聚合物復合材料的制備方法，特別是一種高強高韌全生物降解復合材料的制備方法。

背景技術

近年來由于全球石油價格上漲和大量塑膠制品的不可降解性所帶來的環境的壓力，使得生物降解材料受到人們廣泛關注。生物降解材料主要分為三類，一是天然材料，如天然植物纖維、淀粉等；二類是石油基材料如聚己內酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)等；第三類是生物合成方法制備的熱塑性材料，如聚羥基烷酸酯(PHA)、聚β-羥基丁酸酯-co-β-羥基戊酸酯(PHBV)、聚乳酸(PLA)等。其中聚β-羥基丁酸酯-co-β-羥基戊酸酯(PHBV)是通過細菌發酵生成的一類熱塑性脂肪族的聚酯材料，它具有良好的生物降解性和生物相容性，比較好的氣體阻隔性能和耐溫性。由細菌發酵得到的PHBV純度和立構規整度高，容易結晶，隨著其中羥基戊酸酯(HV)的含量越少，其結晶度越高，并且晶體尺寸比較大，當材料受到拉伸等作用力時，裂紋就容易增長，使得其是一種非常脆的材料。當PHBV中HV含量較高時，材料的韌性也會提高，但是生產HV含量高的PHBV的材料成本高，生產實用價值較低。因此研究低HV含量的PHBV材料的增韌增強方法，有實際的生產意義。

目前國內外對PHBV的增韌的主要方法有：在PHBV中加入彈性體、增塑劑、成核劑以及其他生物降解材料共混。由于其生物降解性的限制，所以常使用其他生物降解材料如聚乳酸(PLA)、聚己內酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)等，同時為提高PHBV的強度常加入其他天然材料如天然植物纖維、淀粉、碳酸鈣及白炭黑等作為增強填料。

當采用聚β-羥基丁酸酯-co-β-羥基戊酸酯(PHBV)與天然纖維共混時，可以提高其耐熱性能、模量和降低材料的成本，但是卻降低了材料的沖擊性能Biomacromolecules?2006年第7卷2044-2051文章指出，當加入10份纖維時，PHBV的沖擊強度由47焦耳/米下降到20焦耳/米，同時由于天然纖維的極性很強，在體系當中容易團聚造成分散不均，不能均勻分散在體系中。

中國專利CN1948374A公開了一種生物質全生物降解材料及其制備工藝，提供了PHBV基和PBS基與淀粉復合材料制備方法，但其制備的材料其拉伸強度只有10MPa，不能滿足應用要求。

發明內容

本發明的目的是采用聚β-羥基丁酸酯-co-β-羥基戊酸酯(PHBV)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、天然纖維三元體系制備一種高強高韌全生物降解復合材料，該三元共混體系不單改善聚β-羥基丁酸酯-co-β-羥基戊酸酯(PHBV)的韌性，提高材料的強度和耐熱性能，更能降低材料的成本；同時采用預先制備聚丁二酸丁二醇酯(PBS)與天然纖維母料，使得天然纖維在體系中更容易均勻分散，也使得熔融共混加料時更加容易。

本發明一種高強高韌全生物降解復合材料的制備方法如下：

將聚β羥基丁酸酯-co-β-羥基戊酸酯、聚丁二酸丁二醇酯在50-70℃真空干燥8-12小時，天然纖維在80-100℃真空干燥5-8小時；將聚丁二酸丁二醇酯與天然纖維在雙輥開煉機上以1：1～1：2的重量比熔融共混做成母料，控制輥筒的溫度為120-130℃，共混時間為5-10分鐘，然后在高速捏合機中破碎；將50-80重量份聚β-羥基丁酸酯-co-β-羥基戊酸酯、50-20重量份聚丁二酸丁二醇酯和5-20重量份母料放入高速攪拌機中混合均勻，加入到密煉機熔融共混，共混溫度為160-175℃，轉子轉速為30-60轉/分，共混時間為4-6分鐘，得到一種高強高韌全生物降解復合材料。

本發明中使用聚β-羥基丁酸酯-co-β-羥基戊酸酯粘均分子量在1×10⁵～1×10⁶，聚β-羥基丁酸酯-co-β-羥基戊酸酯中β-羥基戊酸酯的含量小于4mol％。

本發明中使用的聚丁二酸丁二醇酯的熔融指數為8-15g/min。

本發明中使用的天然纖維的纖維素含量為80wt％，其平均長度為1100微米，平均直徑為45微米。