[发明专利]一种可完全生物降解的CTS/PHB共混物的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于热塑性聚酯的加工领域，尤其是涉及一种可完全生物降解的CTS/PHB共混物及其制备方法。

背景技术

聚羟基烷基脂肪酸酯(PHA)是一类由细菌合成、具有良好生物相容性和生物可降解性的环境友好高分子，聚(3-羟基丁酸酯)(PHB)是PHA大家族中发现最早、研究最广泛、且被成功商业化的一类高分子。它具有与石油塑化产品(如PE)几乎相媲美的机械力学性能，因此，有望替代常规PE制品，为从源头上减少和消除白色污染，并减少人类社会对石油的高度依赖提供了新的解决思路。

PHB结晶度高，但结晶速率较慢，这种过慢的结晶过程导致以下方面的缺陷：(1)缓慢结晶导致PHB晶粒尺寸较大，因此，PHB材料脆性大、断裂伸长率低；(2)结晶过程缓慢致使在实际加工过程中，PHB高分子难以一次完全结晶，因此，不仅导致加工过程中PHB粘度过大，导致脱模困难，同时，也使得PHB制品在存放或使用过程中，发生缓慢结晶，并释放大量结晶热，从而导致制品力学性能改变，甚至引起制品变形。因此，提高PHB的结晶速率是迫切需要解决的问题。对此，很多研究采用滑石粉、氮化硼和酰肼类物质作为成核剂以促进结晶；也有研究利用α-环糊精所具有的特殊笼状结构，使之单独作为PHB的成核促进剂，或者使之与一定链长的PHB形成络合物，并以该络合物作为PHB本体高分子的成核促进剂。从促进结晶的机理分析：成核剂的作用在于促进PHB分子的快速有序排列，使之形成结晶原核，其他PHB分子链则以此原核为结晶核心，快速诱导PHB本体高分子的有序排列，并实现晶体生长，从而完成结晶。因此，除了上述具有笼状结构的α-环糊精“捕捉”PHB分子链以形成原核的方法外，利用分子间氢键作用，使PHB快速成核，也是一种新颖的促进PHB结晶的方法。

本文介绍壳聚糖对PHB的结晶促进作用，壳聚糖是甲壳素脱乙酰化后的产物，而甲壳素是地球上储量仅次于纤维素的第二大天然高分子，它广泛存在于多种生物体内。甲壳素在一定条件下脱乙酰化，即：分子链中的-NHCOCH₃转化为-NH₂，从而由甲壳素转变为壳聚糖，脱乙酰化程度越高，壳聚糖分子中所含-NH₂比例也就越高。壳聚糖具有良好的生物相容性及生物可降解性，分子链中不仅含有数量众多的-NH₂，而且每个重复单元均含有多个-OH。利用这些基团与PHB中-COO-间的氢键作用，有望获得相容性好、生物降解性和生物相容性优良的壳聚糖/PHB二元共混体系。更为重要的是，因H键作用而导致的壳聚糖对PHB的结晶促进作用将极大地推动PHB的成核，并最终加速其结晶过程。

本发明介绍了在PHB中引入壳聚糖以制备可完全生物降解二元共混材料的方法，该体系中，壳聚糖与PHB间的氢键作用不仅有助于促进后者的快速成核，同时，也更好地促进了两者的相容性，使得共混体系具有更为优异的力学性能和加工性能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种力学性能优良的可完全生物降解的CTS/PHB共混物及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种可完全生物降解的CTS/PHB共混物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将壳聚糖CTS和聚(3-羟基丁酸酯)PHB按重量比为1∶9～9∶1比例混合均匀，采用高速搅拌机搅拌分散2-5min，得到CTS/PHB共混物；

(2)将上述共混物在双辊开炼机上开炼，双辊温度设置为155～175℃，开炼时间为3-8min，使共混物完全熔化并共混均匀；

(3)调节开炼机的双辊间隙为0.3mm，将(2)所获得的熔体取出，自然冷却至室温，得到CTS/PHB二元共混材料；并按需将二元共混材料制成哑铃型，以测定其力学性能及热学性能。

所述的壳聚糖CTS在1％醋酸水溶液中的粘度介于100～500mPa.s，壳聚糖CTS的脱乙酰度为55％-95％，脱乙酰度是指壳聚糖分子中，含有-NH₂基团的链节单元占所有重复单元的百分比。

所述的聚(3-羟基丁酸酯)PHB的摩尔质量范围在10万～80万g/mol熔融温度为155-175℃。

步骤(1)所述的高速搅拌机的搅拌速度为4000rpm。