[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)度和高韌性的全生物降解材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010800566.8
• 申請(qǐng)日: 2020-08-11
• 公開（公告）號(hào): CN111849139A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李勇進(jìn);陳佳麗;王亨緹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州師范大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L67/04
• 分類號(hào): C08L67/04;C08L67/02;C08L25/14
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發(fā)明公開一種高強(qiáng)度和高韌性的全生物降解材料及其制備方法。該全生物降解材料包括基體聚乳酸(PLA)、聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBAT)、雙梳齒增容劑；所述雙梳齒增容劑為以線性增容聚合物SG為主鏈，與基體聚乳酸立構(gòu)相反的聚乳酸、聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBAT)為側(cè)鏈的聚合物；上述兩立構(gòu)相反的聚乳酸存在分子間氫鍵作用從而形成界面立構(gòu)復(fù)合晶(SC)，聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBAT)與基體PBAT發(fā)生分子鏈纏結(jié)。本發(fā)明中該材料具有優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度和出色的韌性，可作為母料直接應(yīng)用于食品包裝，農(nóng)業(yè)薄膜等領(lǐng)域，且制備方法僅需使用常用的熔融混煉設(shè)備，工業(yè)制備簡單。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種兼有高強(qiáng)度和高韌性的全生物降解材料及其制備方法，尤其涉及一種通過結(jié)合PLA的共混改性和立構(gòu)復(fù)合晶來實(shí)現(xiàn)PLA/PBAT不相容體系的高性能化。

背景技術(shù)

聚乳酸(PLA)是一種典型的生物降解高分子材料，具有力學(xué)強(qiáng)度高、價(jià)格便宜等特征，受到廣泛關(guān)注。然而由于PLA本身半剛性的骨架結(jié)構(gòu)，其分子運(yùn)動(dòng)能力較差，因此存在韌性差、結(jié)晶速度慢、耐熱溫度低三大性能缺點(diǎn)，使其應(yīng)用范圍受到較大限制。針對(duì)聚乳酸的這三大性能缺點(diǎn)，過去20年大量研究表明：共混改性是增韌PLA和提高其耐熱性能最簡單而有效的途徑。然而根據(jù)熱力學(xué)第二定律，絕大多數(shù)PLA基聚合物共混體系組分間是熱力學(xué)不相容的，通過簡單物理共混會(huì)使材料發(fā)生宏觀尺度的相分離，難以實(shí)現(xiàn)高性能化。因此，提高PLA與其他組分的界面相容性是聚乳酸共混研究的核心科學(xué)問題。

反應(yīng)性共混策略因其能夠有效地改善不相容共混物的界面相容性，受到學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的廣泛關(guān)注。由于PLA分子中含有端羧基，其與環(huán)氧基團(tuán)具有較高的反應(yīng)活性。因此在共混體系中引入反應(yīng)性增容劑或使PLA直接與含環(huán)氧基團(tuán)的組分進(jìn)行共混，在熔融共混過程中能夠在界面原位生成接枝或嵌段共聚物，進(jìn)而有效降低界面張力、提高相間粘合力，起到增容效果。例如，Oyama等人發(fā)現(xiàn)利用反應(yīng)性乙烯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物(E-GMA)與PLA進(jìn)行共混能夠制備超韌PLA復(fù)合材料。這是由于熔融共混中原位生成的(E-GMA)-g-PLLA接枝共聚物有助于增強(qiáng)PLA-彈性體的相間粘合力，因此材料在拉伸形變下能有效地將應(yīng)力從PLA基底傳遞至彈性粒子微區(qū)，從而顯著提高共混物的韌性與沖擊性能。

雖然通過共混改性能夠賦予PLA基共混材料優(yōu)異的力學(xué)性能，然而單純的共混改性不能提高PLA的結(jié)晶速率，在共混物中聚乳酸結(jié)晶度低，因此共混材料仍具有耐熱性差、不耐水解、成型周期長等缺點(diǎn)。

本發(fā)明提出一種在添加少量PDLA的情況下，對(duì)多種PLA基不相容共混物同時(shí)實(shí)現(xiàn)增容改性和對(duì)PLA成核速率的提高。將以SG為主鏈，PLA、PBAT分別為側(cè)鏈的雙梳齒增容劑分子來增容PLLA/PBAT不相容共混體系，由于PDLA與PLLA立構(gòu)相反，存在分子間氫鍵作用從而形成界面立構(gòu)復(fù)合晶(SC)，且SC同時(shí)可以促進(jìn)基體PLA的結(jié)晶速率以提高材料的強(qiáng)度、模量和耐熱性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)、超韌的全生物降解材料，該材料具有優(yōu)異的強(qiáng)度模量和良好的沖擊韌性。

本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種高強(qiáng)、超韌的全生物降解材料，為共混物，包括基體聚乳酸(PLA)、聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBAT)、雙梳齒增容劑；所述雙梳齒增容劑為以線性增容聚合物SG為主鏈，與基體聚乳酸立構(gòu)相反的聚乳酸、聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBAT)為側(cè)鏈的聚合物；上述兩立構(gòu)相反的聚乳酸存在分子間氫鍵作用從而形成界面立構(gòu)復(fù)合晶(SC)，聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBAT)與基體PBAT發(fā)生分子鏈纏結(jié)。

上述共混物各組分的重量份數(shù)如下：基體聚乳酸20～80份重量份，PBAT20～80份重量份，與基體聚乳酸立構(gòu)相反的聚乳酸0.5～15份重量份，SG0.5～15份重量份。