[發明專利]一種可完全生物降解的CTS/PHB共混物的制備方法

有效

• 申請號: 201310190164.0
• 申請日: 2013-05-21
• 公開（公告）號: CN103232693A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 康紅梅;郗文燦;李華;劉河洲;陶文燕
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L5/08;B29B7/00;B29B7/56;B29B7/72
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術領域

本發明屬于熱塑性聚酯的加工領域，尤其是涉及一種可完全生物降解的CTS/PHB共混物及其制備方法。

背景技術

聚羥基烷基脂肪酸酯(PHA)是一類由細菌合成、具有良好生物相容性和生物可降解性的環境友好高分子，聚(3-羥基丁酸酯)(PHB)是PHA大家族中發現最早、研究最廣泛、且被成功商業化的一類高分子。它具有與石油塑化產品(如PE)幾乎相媲美的機械力學性能，因此，有望替代常規PE制品，為從源頭上減少和消除白色污染，并減少人類社會對石油的高度依賴提供了新的解決思路。

PHB結晶度高，但結晶速率較慢，這種過慢的結晶過程導致以下方面的缺陷：(1)緩慢結晶導致PHB晶粒尺寸較大，因此，PHB材料脆性大、斷裂伸長率低；(2)結晶過程緩慢致使在實際加工過程中，PHB高分子難以一次完全結晶，因此，不僅導致加工過程中PHB粘度過大，導致脫模困難，同時，也使得PHB制品在存放或使用過程中，發生緩慢結晶，并釋放大量結晶熱，從而導致制品力學性能改變，甚至引起制品變形。因此，提高PHB的結晶速率是迫切需要解決的問題。對此，很多研究采用滑石粉、氮化硼和酰肼類物質作為成核劑以促進結晶；也有研究利用α-環糊精所具有的特殊籠狀結構，使之單獨作為PHB的成核促進劑，或者使之與一定鏈長的PHB形成絡合物，并以該絡合物作為PHB本體高分子的成核促進劑。從促進結晶的機理分析：成核劑的作用在于促進PHB分子的快速有序排列，使之形成結晶原核，其他PHB分子鏈則以此原核為結晶核心，快速誘導PHB本體高分子的有序排列，并實現晶體生長，從而完成結晶。因此，除了上述具有籠狀結構的α-環糊精“捕捉”PHB分子鏈以形成原核的方法外，利用分子間氫鍵作用，使PHB快速成核，也是一種新穎的促進PHB結晶的方法。

本文介紹殼聚糖對PHB的結晶促進作用，殼聚糖是甲殼素脫乙酰化后的產物，而甲殼素是地球上儲量僅次于纖維素的第二大天然高分子，它廣泛存在于多種生物體內。甲殼素在一定條件下脫乙酰化，即：分子鏈中的-NHCOCH₃轉化為-NH₂，從而由甲殼素轉變為殼聚糖，脫乙酰化程度越高，殼聚糖分子中所含-NH₂比例也就越高。殼聚糖具有良好的生物相容性及生物可降解性，分子鏈中不僅含有數量眾多的-NH₂，而且每個重復單元均含有多個-OH。利用這些基團與PHB中-COO-間的氫鍵作用，有望獲得相容性好、生物降解性和生物相容性優良的殼聚糖/PHB二元共混體系。更為重要的是，因H鍵作用而導致的殼聚糖對PHB的結晶促進作用將極大地推動PHB的成核，并最終加速其結晶過程。

本發明介紹了在PHB中引入殼聚糖以制備可完全生物降解二元共混材料的方法，該體系中，殼聚糖與PHB間的氫鍵作用不僅有助于促進后者的快速成核，同時，也更好地促進了兩者的相容性，使得共混體系具有更為優異的力學性能和加工性能。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種力學性能優良的可完全生物降解的CTS/PHB共混物及其制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種可完全生物降解的CTS/PHB共混物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將殼聚糖CTS和聚(3-羥基丁酸酯)PHB按重量比為1∶9～9∶1比例混合均勻，采用高速攪拌機攪拌分散2-5min，得到CTS/PHB共混物；

(2)將上述共混物在雙輥開煉機上開煉，雙輥溫度設置為155～175℃，開煉時間為3-8min，使共混物完全熔化并共混均勻；

(3)調節開煉機的雙輥間隙為0.3mm，將(2)所獲得的熔體取出，自然冷卻至室溫，得到CTS/PHB二元共混材料；并按需將二元共混材料制成啞鈴型，以測定其力學性能及熱學性能。

所述的殼聚糖CTS在1％醋酸水溶液中的粘度介于100～500mPa.s，殼聚糖CTS的脫乙酰度為55％-95％，脫乙酰度是指殼聚糖分子中，含有-NH₂基團的鏈節單元占所有重復單元的百分比。

所述的聚(3-羥基丁酸酯)PHB的摩爾質量范圍在10萬～80萬g/mol熔融溫度為155-175℃。

步驟(1)所述的高速攪拌機的攪拌速度為4000rpm。