[發明專利]聚（4-羥基丁酸酯）生物可降解包裝薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202010846227.3
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN111961322B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 李志波;闞澤;沈勇
• 申請（專利權）人: 青島科技大學;青島博遠高分子材料研究院有限公司
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L1/02;C08L97/00;C08L5/08;C08L3/02;C08L5/16;C08L5/04;C08K13/02;C08K3/34;C08K5/20;C08K5/25;C08J5/18
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 郝團代

本發明屬于生物可降解高分子材料技術領域，提供了一種新型高性能、生物基可降解包裝薄膜的制備方法。解決了現有生物可降解材料制備包裝薄膜存在的成膜性差、薄膜性能差、成本高等技術難題。所述可降解包裝薄膜包含如下組份：聚(4?羥基丁酸酯)(P4HB)70～90份、填充劑10?20份、相容劑3?5份、成核劑0.3?2份、擴鏈劑0.5?3份、潤滑劑2?5份、抗氧劑0.5?2份。同時采用合適的工藝和剪切條件制備得到P4HB吹塑薄膜，該P4HB包裝薄膜具有易降解、易加工、抗撕裂、強度高、韌性好、成本適中等優勢，可真正代替聚烯烴材料用于塑料袋、快遞包裝等。

技術領域

本發明涉及一種生物可降解聚(4-羥基丁酸酯)包裝薄膜的制備方法，屬于生物可降解高分子材料技術領域。

背景技術

近年來，不可降解塑料導致的污染的治理和石化資源問題已經成為全世界關注的焦點，解決塑料導致的污染是當前世界各國面臨的重大科學與技術問題。我國高度重視塑料污染治理工作，將制定“白色污染”綜合治理方案列為重點改革任務，并于2020年初審議通過《關于進一步加強塑料污染治理的意見》(發改環資〔2020〕80號)。《意見》明確，到2020年，率先在部分地區、部分領域禁止、限制部分塑料制品的生產、銷售和使用。到2022年，一次性塑料制品消費量明顯減少，替代產品得到推廣，塑料廢棄物資源化能源化利用比例大幅提升。同時還提出要加大研發推廣綠色環保的塑料制品及替代產品，探索培育有利于規范回收和循環利用、減少塑料污染的新業態新模式。因此，基于全球范圍內的禁塑倡導和立法，以生物質和天然資源為原料的可持續發展的生物可降解高分子材料已成為全球共同矚目的研究與應用發展方向。全球生物塑料產能預計將從2019年的210萬噸增至2024年的240萬噸。其中，包裝薄膜仍然是生物塑料最大的應用領域，2019年占生物塑料總市場的53％(114萬噸)。

其中聚乳酸(PLA)是生物降解高分子材料的標志性品種，也是目前生物可降解材料中性價格比最高的品種。但聚乳酸抗沖擊性能較差、質脆，在使用加工前一般要對其進行增韌改性。如發明專利CN110079063A、CN109553944A、 CN108690336A和CN109354844A等通過對聚乳酸改性改善了其成膜性及薄膜的性能。目前市場上多采用PLA/PBAT/淀粉共混體系以達到包裝薄膜的綜合性能要求。但是，近年來由于國內丙交酯技術壁壘，導致原料短缺，市場供應緊張，其價格也隨之一路攀升。因此，出于供應和成本考量，在生物降解制品行業中，有些公司已開始尋找其它生物降解材料來替代PLA。

聚己內酯(PCL)由ε-己內酯開環聚合而成，力學性能與聚乙烯(PE)相當，斷裂伸長率300％～600％。在室溫下具有良好的柔韌性，加工性和熱穩定性。但 PCL熔點只有65℃左右，加工困難，基本不單獨作為材料使用，同時由于PCL 的生產成本較高導致了PCL的價格一直居高不下。如發明專利CN102924893A 中采用木質素改性PCL制備可降解薄膜，不僅提高了PCL的力學性能，同時降低成本。另外，深圳光華偉業有限公司利用改性淀粉在PCL中構筑物理網絡結構對PCL吹膜性能及成本問題進行了優化，制備了全生物降解包裝薄膜，目前正在推向市場。

聚(4-羥基丁酸酯)(P4HB)是一類特點突出，理化性質接近傳統塑料制品的高分子聚合物，并可在適當環境條件下快速降解，被認為是聚烯烴類塑料的最佳替代物。美國Tepha公司率先通過生物發酵法實現P4HB的大規模生產，但生物發酵法具有工藝流程復雜、成本高，所得產物純化困難、穩定性差等缺點。P4HB 也可以由化學合成法得到，具有工藝簡單、副產物少、合成產物分子量高、分子量及其分布可控、可用于合成嵌段共聚物等優點，并且其所用原料γ-丁內酯 (γ-butyrolactone，γ-BL)是丁二酸的重要下游產品，而丁二酸可從糖類等可再生生物質得到，在2004年被美國能源部列為十二種生物基平臺化合物之首。發明人在此領域開展了大量的研究，利用有機磷腈堿/脲二元催化體系實現了高分子量聚(γ-丁內酯)的合成，與生物發酵法得到的P4HB有近似的力學性質。