[发明专利]一种耐穿刺生物可降解材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种耐穿刺生物可降解材料及其制备方法与应用，所述耐穿刺生物可降解材料包括如下重量份的组分：PLA 60～70份、第一改性剂15～25份和第二改性剂5～12份，所述第一改性剂为线型结构的PCL、星型结构的PCL中的至少一种，所述第二改性剂为PLA和PCL的嵌段共聚物、PLA和PCL的支化共聚物中的至少一种。本发明通过线型和/或星型结构的PCL、PLA和PCL的嵌段和/或支化共聚物共同对PLA进行改性，组分之间的相容性好，可形成有效的物理交联网络结构，显著提升了PLA的耐穿刺性能，扩宽了PLA在食品包装领域的应用。

技术领域

本发明属于生物可降解材料技术领域，具体涉及一种耐穿刺生物可降解材料及其制备方法与应用。

背景技术

塑料具有质量轻、耐腐蚀和易于成型加工等优点，已成为人们日常生活中不可或缺的材料。然而，现今塑料的使用面临着巨大的挑战，塑料在自然界中很难降解，导致使用后产生大量固体废弃物，对环境造成严重污染问题。

为减轻塑料对环境的污染和缓解能源危机，目前最有效的方法是使用生物可降解材料代替普通塑料制品。目前的生物可降解材料主要有聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)等；其中，PLA是以乳酸为原料聚合生成的高分子材料，具有无毒、无刺激性、抗溶剂、易加工成型和优良的生物相容性等优点，而且其商业化程度较早，力学性能也是在现有生物可降解材料中属于较好的。

在食品包装保鲜领域，尤其在颗粒物等固体食品(例如食盐等)的包装保鲜中，为保障包装的阻隔效果和密封效果，避免食品刺穿或划损包装而造成包装袋出现划痕或孔洞等，一般要求包装袋需具备较高的抗穿刺性能。然而，PLA的抗穿刺性较差，由此限制了其在食品包装领域的应用。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种耐穿刺生物可降解材料及其制备方法与应用。

为实现其目的，本发明所采用的技术方案为：

一种耐穿刺生物可降解材料，其包括如下重量份的组分：PLA 60～70份、第一改性剂15～25份和第二改性剂5～12份，所述第一改性剂为线型结构的PCL(聚己内酯)、星型结构的PCL中的至少一种，所述第二改性剂为PLA和PCL的嵌段共聚物、PLA和PCL的支化共聚物中的至少一种。

发明人经研究发现，第一改性剂(即线型结构和/或星型结构的PCL)可与PLA的分子链间产生物理缠结作用，而有效的分子物理缠结可提高薄膜材料的耐穿刺性能，但第一改性剂与PLA的相容性较差，为此，本发明加入第二改性剂(即PLA和PCL的嵌段和/或支化共聚物)共同作用，一方面，第二改性剂可改善第一改性剂与PLA的相容性，使第一改性剂与PLA产生有效的分子物理缠结，另一方面，第一改性剂与第二改性剂可产生协同增效作用，形成更为有效的物理交联网络结构，显著提升薄膜材料的耐穿刺性能。

优选地，所述第一改性剂为星型结构的PCL。星型结构的PCL能更好地与PLA形成分子链缠结。

优选地，所述PLA的重均分子量(M_w)为150000～250000g/mol，熔融指数为3～10g/10min(200℃，5kg)。发明人经研究发现，PLA的临界缠结分子量约为43000g/mol，因此，PLA的分子量大于43000g/mol时才可发生链缠结，而要形成较为有效的缠结，提高材料的耐穿刺强度，PLA的分子量需大于其临界缠结分子量的3倍以上。本发明熔融指数的PLA具有较好的加工性能，若PLA的熔融指数太低，不利于注塑加工，而熔融指数太高则表明PLA的中低分子量过多，一方面会降低材料的性能，另一方面熔融指数太高会导致难以判断PLA在加工过程中是否出现了降解，不利于PLA加工参数的调控。