[发明专利]一种PLA-PBAT共混改性可降解材料

说明书

本发明提供了一种PLA‑PBAT共混改性可降解材料，在PLA‑PBAT共混聚合物中添加了改性淀粉，使得普通改性淀粉中富含环氧基团，环氧基团的引入使得PLA和PBAT之间的相容性更好。通过改性，使得PLA‑PBAT共混物具有较好的力学性能，同时也具备较好的降解性能。更进一步的，选择聚甲基丙烯酸缩水甘油酯来接枝淀粉，两者之间的反应简单，除了必要的少量催化剂以外，不需要额外其他助剂、有毒试剂、或者其他有机溶剂，反应绿色，更贴近于健康的概念。本发明提供了可降解材料中较为实用的可选材料，具有一定的应用广泛性。

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种PLA-PBAT共混改性可降解材料。

背景技术

聚乳酸（PLA）因为具有较高的力学强度，还具有良好的机械加工性能，以及优异的生物相容性，越来越受到材料领域的关注。但聚乳酸还存在着一个致命弱点，即其韧性不足，材料质地较脆，结晶缓慢，热加工范围窄，热稳定性低，成本高昂，因此，本领域中常常使用己二酸-对苯二甲酸-丁二醇共聚物（PBAT）来作为聚乳酸的复合材料，依次加强聚乳酸的韧性。聚乳酸也是一种降解材料，PBAT也是一种可完全降解的脂肪族芳香族共聚酯，因此研究PLA-PBAT共混改性材料的可降解性也是一项热门的趋势。提高PBAT的含量可以有效提高材料的延展性，因此，使得PLA-PBAT材料作为工业和包装材料提供了可能。

与纯PLA相比，PLA和PBAT的共混物表现出改性的加工性能，具有更高的断裂伸长率，但拉伸强度和模量更低，因此，向PLA-PBAT共混物中添加无机填料使得模量更接近于纯PLA。

现有技术中已有相关研究，通过在PLA-PBAT共混物中添加无机钙（例如碳酸钙），以及采用二氧化碳发泡的方式，制备得到了发泡PLA-PBAT共混物，具有良好的降解性能。现有技术中亦有在PLA-PBAT共混物中添加抗氧化剂，从而改善断裂伸长率。但基于PLA-PBAT共混物的可降解研究，还需要进行进一步的研发，使得这种新型材料能够进一步得到广泛应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种PLA-PBAT共混改性可降解材料，通过改性，使得PLA-PBAT共混物具有较好的力学性能，同时也具备较好的降解性能。

PLA和PBAT之间的相容性较差，一般情况下都需要添加塑料相容剂，有时也称为增容剂，所述塑料相容剂常用的有：高接枝淀粉、马来酸酐接枝聚丙烯、三元乙丙橡胶等。嵌段共聚物可以有效改善PLA和PBAT之间的界面作用。与线性聚合物相比，支链聚合物在分子链中具有大量的活性末端官能团，可实现牢固的氢键结合或者其他分子间结合，除此之外，它们还具有高支化度，可以有效防止分子链之间的缠结并导致低粘度。因此，可以通过使用支链聚合物来增强PLA和PBAT之间的相容性。另一类塑料相容剂是无机填料，例如碳酸钙、火山岩、白炭黑、膨润土、珍珠岩、石墨烯等，尤其是纳米级别的黏土，该纳米粒子可以有效改善PLA和PBAT之间的界面粘附力。还有一类塑料相容剂是天然有机成分，例如油脂，常用的油脂有精油或者其他来自植物或动物的油脂，可以增强混合物之间的融合性能。

适用于本发明的塑料相容剂选自聚甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝淀粉，该有机聚合物是两亲性的，且末端具有环氧基，环氧基具有较高的反应活性。环氧基可与末端羟基之间发生开环反应，可以充当扩链剂，可以使得PLA和PBAT的共混物的韧性以及弹性得到改善。这种微交联相较于氢键或者范德华力这种单纯的弱连接具有更强的改性作用。加之淀粉结构本身的增容作用，使得本发明中的PLA-PBAT共混材料的机械性能更加相得益彰。

本发明中的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝淀粉可以甲基丙烯酸缩水甘油酯、淀粉为反应单体，在水性溶剂中以过硫酸盐为催化剂，反应获得。优选的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝淀粉的环氧接枝率大于60%，环氧值大于4.0mmol/g。环氧值越高，其聚合物的末端活性越高，用作本发明的塑料相容剂效果越佳。