[发明专利]一种高强高韧生物降解塑料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种高强高韧生物降解塑料的制备方法，旨在提供可同时提高低强度生物降解塑料的强度与韧性，或显著提高高强度生物降解塑料韧性同时保持其高强度的方法，其技术方案要点是，包括以下步骤：S1、对生物基多羟基分子进行化学改性，所述改性物可溶于氯仿，含有3个或3个以上的羟基或酰胺基，玻璃化转变温度或熔融温度在0～150℃，分子量在500～10000，经过反应后作为添加剂；S2、将制备的添加剂与生物降解塑料熔融共混在生物降解塑料中构筑多元氢键结构，生物降解塑料为100份，添加剂为1～7份，得到强度和韧性得到提高的生物降解材料。

技术领域

本发明涉及生物降解塑料领域，具体涉及一种高强高韧生物降解塑料的制备方法。

背景技术

传统塑料的大量使用与废弃所造成的白色污染已成为全社会共同关注的焦点，如何解决白色污染是人类面临的重大课题。在一次性难回收用品领域，发展生物降解塑料并逐步替代传统塑料是解决白色污染的有效途径之一。但是，目前大部分生物降解塑料存在刚韧不平衡的问题：聚乳酸(PLA)具有高强度、高模量，但断裂伸长率非常低导致其韧性非常差，因此需要增韧；聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)、聚己内酯(PCL)和聚碳酸亚丙酯(PPC)等具有良好的韧性，但是强度和模量低、质软，难以满足很多应用场景的需求，需要增强。

目前主要通过纳米颗粒复合、聚合物共混来改性生物降解材料，进而改善其刚性或韧性。但是这些方法均难以同时实现生物降解塑料优异的刚韧平衡。(1)使用纳米颗粒复合方法时，为了保持生物降解塑料本身的降解性，添加的填料往往为生物基填料。这些生物基填料亲水性高，与生物降解塑料的极性相差很大，在基体中的分散差，虽然可以提高生物降解塑料的强度和模量，但是往往会降低其韧性。往往通过溶液共混、化学改性相结合的方式才能实现填料的优异分散，进而在一定程度上提高韧性。但这样的加工方式难以推广至工业应用。(2)使用聚合物共混的方法，通常是将两种性能差别较大的生物降解塑料进行共混，实现聚合物合金的刚韧平衡。但是该方法也存在一些问题，如因界面相互作用弱而需引入增容剂，因转变温度差别大且热稳定性不佳而导致的加工困难问题，作为添加剂的聚合物添加量大，聚合物合金综合性能不佳的问题。因此通过熔融共混的方法制备高强高韧的生物降解塑料意义重大。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强高韧生物降解塑料的制备方法，其具有通过对生物基多羟基分子进行改性，制备具有特定结构和性能的添加剂：可溶于生物降解塑料的良溶剂氯仿，含有3个或3个以上的羟基或酰胺基，转变温度在0～150℃之间，分子量在 500～10000。该添加剂可通过熔融共混实现在生物降解塑料中的均匀分散，进而同时提高低强度生物降解塑料的强度与韧性，或显著提高高强度生物降解塑料韧性同时保持其高强度。该方法生产效率高，工艺简单，性能优良，容易实现工业化生产的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种高强高韧生物降解塑料的制备方法，包括以下步骤：

S1、对生物基多羟基分子进行化学改性，所述化学改性方法包含将生物基多羟基分子、改性试剂和催化剂进行混合反应，其中改性试剂为碳酸丙烯酯或环氧丙烷，添加量为生物基多羟基分子质量的5～15倍，催化剂可为Na₂CO₃、NaOH和DBU(1，8-二氮杂二环十一碳-7-烯)，含量为OH摩尔数的5～15％，反应温度为130～170℃，反应时间为 3～10h，反应后通管透析提纯，所述改性物可溶于氯仿，含有3个或3个以上的羟基或酰胺基，玻璃化转变温度或熔融温度在0～150℃，分子量在500～10000，经过反应后作为添加剂；

S2、将制备的添加剂与生物降解塑料熔融共混在生物降解塑料中构筑多元氢键结构，生物降解塑料为100份，添加剂为1～7份，得到强度和韧性得到提高的生物降解材料。

进一步设置：所述S1中的生物基多羟基分子包括单宁酸、肌醇、木糖醇、麦芽糖醇、乳糖醇、山梨醇中的一种。