[發明專利]一種高力學性能PHBV的制備方法

有效

• 申請號: 202110288306.1
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN112980027B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 王宗寶;施丹;李奕國
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: C08J7/00
• 分類號: C08J7/00;C08L67/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于生物可降解塑料領域，具體涉及一種高力學性能PHBV的制備方法。其具體步驟如下：將PHBV原料真空干燥后加入擠出機或注塑機通過擠出加工或注塑加工方式制備得到PHBV制品，將PHBV制品進行熱處理，制備得到高力學性能PHBV制品；所述PHBV原料的重均分子量為10000?800000，HV含量為0.1％?40％；所述熱處理是將所述PHBV制品加熱至150?180℃等溫1?10分鐘，然后降溫到100?160℃等溫結晶0.2?4小時。制備得到的PHBV制品性能如下：拉伸強度大于40Mpa、斷裂伸長率大于40％、沖擊強度大于2000J/M²。

技術領域

本發明屬于生物可降解塑料領域，具體涉及一種高力學性能PHBV的制備方法。

技術背景

生物降解塑料來自自然，使用廢棄后又回歸自然界，隨著科學的發展和環保意識的增強，生物降解材料行業擁有巨大的發展機遇。聚(β-羥基丁酸酯-β-羥基戊酸酯)(PHBV)是基于可再生天然資源，主要以淀粉為原料，運用微生物發酵技術得到的一種熱塑性脂肪族聚酯。作為一種細菌發酵生產的完全生物降解的新型高分子材料，PHBV不僅具有良好的生物降解性和生物相容性，而且具有與聚丙烯相似的力學性能和熱性能，在生物醫藥、農業以及日常生活中都有廣泛的應用前景。但是由于PHBV結晶度高、結晶速度慢而且容易生成有較大尺寸的球晶，導致其具有質地較脆、抗沖擊差等缺點，因此嚴重影響其大范圍應用。HV含量的增加對PHBV的韌性有少許提高，但仍然表現為脆性斷裂。因此，有必要對PHBV進行改性，從而提高該材料的應用性能。目前針對PHBV結構和性能的缺陷的主要改性方法包括在PHBV基體中添加成核劑、增塑劑以及與其它高分子材料共混得到復合材料。Bhardwaj用再生纖維素纖準改性PHBV，雖然韌性有所提高，斷裂伸長率達到10％(Biomacromolecules2006，7，2044-2051)，但依然不滿足應用。中國專利CN 109593333 A提出用聚乳酸增韌PHBV，雖然斷裂伸長率提高，但是降低了斷裂強度。

高分子材料的力學性能很大程度上取決于其聚集態結構，而聚集態結構隨加工工藝而變化，所以掌握PHBV加工制備過程中聚集態結構變化的規律并實現有效調控，就能有效提升PHBV的力學性能。PHBV作為一種無規共聚物，其中的共聚單元HB和HV具有相似構型、構象和體積，因此HV單元可以排入HB單元的晶相中，形成共晶，具有獨特的結晶行為。具有可共晶鏈結構的PHBV結晶行為非常復雜，而且其結晶動力學效應十分顯著。如果不對PHBV的結晶動力學效應進行有效調控，PHBV制品制備過程中，HV單元隨機排入PHB的晶格中，造成晶體缺陷，影響整體力學性能。因此需要通過對PHBV制備中聚集態結構的精細調控，提升PHBV的韌性和強度。

背景技術部分所公開的信息僅用于幫助理解本發明的背景，不應當理解為承認或以任何方式暗示該信息形成了本領域技術人員以公知的現有技術。

發明內容

本發明的目的是解決現有PHBV塑料制品的力學性能缺陷，針對現有技術的不足，提供一種高力學性能PHBV制品的制備方法。

本發明通過對PHBV制品進行熱處理的方式，將制備過程中形成的PHBV晶體在熔融溫度進行部分熔融，即晶體中含有大量HV單元的、較薄的PHBV不完善晶體熔融，并使其在較高溫度下重新結晶，使PHBV再結晶過程中大部分HV排除在HB晶體外，生成厚度大的高熔點的完善晶體，并使制品內部晶體更加均勻；同時通過熱處理過程加速無定形區域分子鏈的運動，減少非晶區的纏結點，同時將不能進入晶區的纏結鏈集中在側面擴張的層狀無序區，使非晶區的分子鏈長度分布更均勻，提高了非結晶區的有序性，從而調控PHBV的聚集態結構，提升PHBV制品的力學性能。

發明人通過深入研究，最終發現，通過控制PHBV制品的特定的熱處理溫度和時間，就可以調控可共晶PHBV的聚集態結構，使制品內部晶體和非晶層更加完善，有效提升PHBV材料的韌性，同時提高制品的強度，從而完成本發明。

本發明采用的技術方案如下：