[發(fā)明專利]一種可完全生物降解的PHA/PCL共混物及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310190162.1
• 申請日: 2013-05-21
• 公開（公告）號: CN103224697A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 康紅梅;郗文燦;李華;劉河洲;陶文燕;王珮;張洋洋
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08K13/06;C08K9/00;C08K5/1539;C08K5/09;C08K5/11;C08K5/132;C08K3/26;B29C47/92;B29B9/06
• 代理公司: 上?？剖⒅R產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱塑性聚酯的加工領(lǐng)域，尤其是涉及一種可完全生物降解的PHA/PCL共混物及其制備方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)塑料行業(yè)對石油能源的大量消耗以及對環(huán)境造成的“白色污染”日益嚴(yán)重，促使世界各國的眾多科學(xué)家都在尋找生物衍生塑料，尤其是生物可降解塑料。生物可降解塑料可以完全降解成二氧化碳和水，對環(huán)境不會造成任何污染，因此受到了越來越多的關(guān)注。隨著生物科技的不斷進(jìn)步，目前已有多種生物可降解材料問世并進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化，如聚羥基烷基酸酯(PHAs)、聚乳酸(PLA)、聚幾內(nèi)酯(PCL)等。

聚羥基烷基酸酯(PHAs)是原核微生物在碳、氮失衡的情況下，作為碳源和能源貯存而合成的一類熱塑性脂肪族生物聚酯。其分子量一般在幾萬到幾百萬之間，廣泛存在于自然界的多種微生物體內(nèi)。PHA的物理性能與聚丙烯類似，并且可以完全生物降解，由于單體含量以及聚合度的不同，PHAs可實(shí)現(xiàn)從堅(jiān)硬到柔軟再到彈性的變化，因此可以替代幾乎所有的傳統(tǒng)塑料。

其中，聚3-羥基丁酸酯(PHB)是PHA中最常見的一種，它的結(jié)晶性能較好，但由于其脆性較強(qiáng)，故不適于工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。而PHB的一些共聚物的物理性質(zhì)可由硬脆變?yōu)檐涰g，如聚3-羥基丁酸酯-4-羥基丁酸酯(P34HB)，由于直鏈柔性單體4-羥基丁酸的引入，聚合物的韌性、延展性都有了大幅度的提高。隨著4HB含量的增加，共聚物由結(jié)晶性的硬塑料向富有彈性的橡膠態(tài)過渡，當(dāng)4HB含量為18％時，共聚物將不具有結(jié)晶性。由于熱穩(wěn)定性較好，還可加工成薄膜、片材、發(fā)泡材料等，加工性能較好。但是由于4HB為非結(jié)晶態(tài)，隨著4HB含量的增加，共聚物的結(jié)晶度下降，結(jié)晶速度變慢，通常P34HB需要十幾個小時才能完成結(jié)晶，當(dāng)使用傳統(tǒng)的熔融加工設(shè)備加工時，共聚物熔融以后需要很長的時間才能完全冷卻，在冷卻過程中共聚物仍然保持很大的粘性，極易相互粘結(jié)或者粘結(jié)在加工設(shè)備上，這在很大程度上限制了PHA共聚物的加工和應(yīng)用。要想在傳統(tǒng)的聚合物加工設(shè)備上對PHA共聚物進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，必須對其進(jìn)行改性。

聚ε-幾內(nèi)酯(PCL)是美國FDA批準(zhǔn)的藥用輔料，具有優(yōu)良的藥物透過性、優(yōu)異的生物可降解性和生物相容性。其降解產(chǎn)物也為二氧化碳和水，對環(huán)境無任何污染，且具有良好的熱塑性和成型加工性。但線性PCL具有較高的結(jié)晶度，降解速度較慢，影響了其應(yīng)用范圍。因此有必要通過改性降低其結(jié)晶性，提高其生物降解速度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)晶速度快、成型周期短、易于加工的可完全生物降解的PHA/PCL共混物及其制備方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種可完全生物降解的PHA/PCL共混物，其特征在于，包括以下質(zhì)量份含量的組分：PHA1-99，PCL1-99，助劑0-40。

所述的PHA包括但不限于PHB及其共聚物。

所述的PHA包括P34HB，PHBV，PHBH以及這些共聚物或者同聚物的混合物。

所述的助劑包括封端劑、潤滑劑、增塑劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑、抗靜電劑或改性輕質(zhì)碳酸鈣。

所述的助劑包括以下重量份的組分：封端劑0.2-5，潤滑劑0.25-20，增塑劑5-12，抗氧化劑0.25-1.5，紫外線吸收劑0-1，抗靜電劑0-1，改性輕質(zhì)碳酸鈣0.5-15。

所述的封端劑為馬來酸酐，潤滑劑為硬脂肪酸、脂肪醇二酸酯中的一種或多種，增塑劑為檸檬酸酯中的一種或多種，抗氧化劑為亞磷酸酯中的一種或多種，紫外線吸收劑為2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮，抗靜電劑為乙氧基化烷基胺中的一種或多種，改性輕質(zhì)碳酸鈣是經(jīng)過親油改性的輕質(zhì)碳酸鈣，輕質(zhì)碳酸鈣的顆粒大小在700-4000目之間。

一種可完全生物降解的PHA/PCL共混物的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)稱量：根據(jù)產(chǎn)品的最終用途，選擇PHAs中共聚物的種類和含量以及聚合物的比例，稱量相應(yīng)重量的PLC以及助劑中的各組分；

(2)共混：將配好的PHA、PCL和助劑放在高速攪拌機(jī)中在不高于35℃的情況下進(jìn)行冷混：

(3)干燥：將上述共混物放在電熱鼓風(fēng)干燥烘箱中烘干；

(4)塑化：將上述干燥好的共混物用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行塑化，完成共混改性，形成一種新的可降解材料；

(5)造粒：將上述塑化好的共混物利用雙螺桿擠出機(jī)擠出，冷卻之后牽引通過普通切粒機(jī)切成粒料。

步驟(2)中所述的高速攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為500-1500轉(zhuǎn)/分鐘，冷混時間為5-10分鐘。