一種生物降解材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子化合物的組合物，具體涉及一種生物降解材料，以及這種生物降解材料的制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]自20世紀(jì)30年代塑料材料投入使用以來(lái)，以其質(zhì)輕、價(jià)廉、外表光潔美觀、耐腐蝕、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單等卓越特性，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門和人民生活各領(lǐng)域。由于塑料的大量應(yīng)用，廢棄塑料制品與日俱增，而塑料大多性能穩(wěn)定，因此出現(xiàn)了所謂的白色污染，給環(huán)境帶來(lái)了很大的危害。近年來(lái)，人們對(duì)廢棄塑料的治理采取了積極的措施，例如，塑料包裝材料的減量化，多次重復(fù)使用，以及回收再利用等等。然而，對(duì)于那些不易回收、回收價(jià)值不大或者回收利用在經(jīng)濟(jì)上難以運(yùn)行的制品，如購(gòu)物袋、一次性餐具、農(nóng)用地膜、醫(yī)用塑料制品等，采用降解塑料制作則更為有利。
[0003]但是降解塑料是較晚發(fā)展起來(lái)的材料，目前還處于一個(gè)成長(zhǎng)、完善的階段?，F(xiàn)有的降解塑料雖然具有生物可降解性，有利于環(huán)境保護(hù)，但大多不能保持良好的透明性，且/或力學(xué)性能不佳，所制作的制品特別是薄膜類制品容易破損。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種生物降解材料，以及這種生物降解材料的制備方法和應(yīng)用，這種生物降解材料不但具有生物降解性，而且具有優(yōu)異的力學(xué)性能，并保持較好的透明性。采用的技術(shù)方案如下:
一種生物降解材料，其特征在于由下述重量百分比的原料制成:
3-羥基丁酸和4-羥基丁酸共聚物10~35% ；
聚丁二酸丁二醇酯10~35% ；
聚乳酸0~50% ；
植物油5~25% ；
增塑劑Γ?0% ；
反應(yīng)促進(jìn)劑0.02~5%。
[0005]上述3-羥基丁酸和4-羥基丁酸共聚物、聚丁二酸丁二醇酯、植物油、增塑劑和反應(yīng)促進(jìn)劑組合在一起，體現(xiàn)出良好的斷裂伸長(zhǎng)率和良好的拉伸強(qiáng)度，整體力學(xué)性能較好。
[0006]優(yōu)選上述生物降解材料由下述重量百分比的原料制成:
3-羥基丁酸和4-羥基丁酸共聚物15~22% ；
聚丁二酸丁二醇酯15~22% ；
聚乳酸25?50% ;植物油14~25% ；
增塑劑5?10% ；
反應(yīng)促進(jìn)劑1~5%。
[0007]上述重量配比的3-羥基丁酸和4-羥基丁酸共聚物、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、植物油、增塑劑和反應(yīng)促進(jìn)劑組合在一起，體現(xiàn)良好的斷裂伸長(zhǎng)率和優(yōu)異的拉伸強(qiáng)度，綜合性能優(yōu)異。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)選上述生物降解材料由下述重量百分比的原料制成:
3-羥基丁酸和4-羥基丁酸共聚物15~19% ；
聚丁二酸丁二醇酯15~19% ；
聚乳酸37~50% ；
植物油14~18% ；
增塑劑5~7% ；
反應(yīng)促進(jìn)劑1~2%。
[0009]上述重量配比的3-羥基丁酸和4-羥基丁酸共聚物、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、植物油、增塑劑和反應(yīng)促進(jìn)劑組合在一起，具有良好的斷裂伸長(zhǎng)率和非常優(yōu)異的拉伸強(qiáng)度，非常適合于制作購(gòu)物塑料袋等制品。
[0010]上述3-羥基丁酸和4-羥基丁酸共聚物、聚丁二酸丁二醇酯能夠提高本發(fā)明生物降解材料的斷裂伸長(zhǎng)率。
[0011]上述聚乳酸可采用L型聚乳酸、D型聚乳酸或者LD混合型聚乳酸。聚乳酸能夠提高本發(fā)明生物降解材料的強(qiáng)度。
[0012]優(yōu)選上述植物油為菜籽油、蓖麻油、大豆油、花生油、椰子油、棕櫚油、亞麻油、棉籽油、玉米油、葵花籽油、松子油和桐油中的一種或其中多種的組合。加入植物油，通過植物油中的反應(yīng)活性基團(tuán)與基體樹脂(即3-羥基丁酸和4-羥基丁酸共聚物以及聚丁二酸丁二醇酯)中的活性官能團(tuán)的相互作用，以達(dá)到增容目的。
[0013]上述增塑劑為山梨醇、聚乙二醇、乙酰化檸檬酸和甘油中的一種或其中多種的組合。加入增塑劑，能夠提高聚合物鏈的移動(dòng)性能，使生物降解材料的可塑效果得到提高，降低生物降解材料的脆性，提高生物降解材料的柔性。
[0014]優(yōu)選上述反應(yīng)促進(jìn)劑為偶聯(lián)劑和催化劑中的一種或兩者的組合。
[0015]優(yōu)選上述偶聯(lián)劑為硅烷化合物和異氰酸酯化合物中的一種或兩者的組合。作為優(yōu)選，上述偶聯(lián)劑為氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)和聚甲基對(duì)苯異氰酸酯(簡(jiǎn)稱PMDI)中的一種或者其中多種的組合。
[0016]優(yōu)選上述催化劑為有機(jī)酸和無(wú)機(jī)質(zhì)子酸中的一種或兩者的組合。作為優(yōu)選，上述催化劑為檸檬酸、己二酸、丁二酸和鹽酸中的一種或者其中多種的組合。
[0017]上述3-羥基丁酸和4-羥基丁酸共聚物、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、植物油、增塑劑、反應(yīng)促進(jìn)劑(包括偶聯(lián)劑、催化劑)均可在市場(chǎng)上購(gòu)買到，其中3-羥基丁酸和4-羥基丁酸共聚物可選購(gòu)天津國(guó)韻生物材料有限公司生產(chǎn)的P(3HB-co-4HB)共聚酯。
[0018]本發(fā)明還提供上述生物降解材料的一種制備方法，其特征在于包括下述步驟:將3-羥基丁酸和4-羥基丁酸共聚物、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、植物油、增塑劑和反應(yīng)促進(jìn)劑混合均勻，得到混合物料；然后將混合物料加入到雙螺桿擠出機(jī)中熔融共混，形成物料熔體；物料熔體從雙螺桿擠出機(jī)的模頭擠出后進(jìn)行拉條、切粒，得到物料顆粒；物料顆粒經(jīng)干燥處理后，得到生物降解材料。優(yōu)選雙螺桿擠出機(jī)的螺桿長(zhǎng)徑比為35~45:1，熔融共混的溫度為140~175°C。上述拉條、切粒屬現(xiàn)有常規(guī)的造粒技術(shù)手段。上述3-羥基丁酸和4-羥基丁酸共聚物和聚丁二酸丁二醇酯使用前一般需要先進(jìn)行干燥處理。
[0019]上述生物降解材料在制備生物降解薄膜中的應(yīng)用，將所述生物降解材料經(jīng)單螺桿吹膜機(jī)吹膜，得到生物降解薄膜。上述單螺桿吹膜機(jī)的螺桿長(zhǎng)徑比為25~35:1。由于上述生物降解材料具有優(yōu)異的斷裂伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度，并且保持了較好的透明性，因而特別適合制造生物降解薄膜。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果:
本發(fā)明生物降解材料中，主要組分3-羥基丁酸和4-羥基丁酸共聚物、聚丁二酸丁二醇酯、植物油以及聚乳酸，在特定的條件下都可被微生物分解，屬于完全可降解生物材料。此外，3-羥基丁酸和4-羥基丁酸共聚物、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、增塑劑以及反應(yīng)促進(jìn)劑組合在一起，能夠相互作用，具有一定的協(xié)同作用，使得本發(fā)明的生物降解材料體現(xiàn)出優(yōu)異的斷裂伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度，并且保持了較好的透明性，綜合性能優(yōu)異。
[0021]本發(fā)明生物降解材料的制備方法工藝簡(jiǎn)單，易于控制，可操作性強(qiáng)，生產(chǎn)成本低廉；并且將生物降解材料再經(jīng)簡(jiǎn)單的加工后，就可以得到生物降解薄膜，易于工業(yè)化生產(chǎn)并