一種生物降解材料及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發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用。
【背景技術】
[0002]自20世紀30年代塑料材料投入使用以來，以其質輕、價廉、外表光潔美觀、耐腐蝕、生產工藝簡單等卓越特性，廣泛應用于國民經濟各部門和人民生活各領域。由于塑料的大量應用，廢棄塑料制品與日俱增，而塑料大多性能穩定，因此出現了所謂的白色污染，給環境帶來了很大的危害。近年來，人們對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，多次重復使用，以及回收再利用等等。然而，對于那些不易回收、回收價值不大或者回收利用在經濟上難以運行的制品，如購物袋、一次性餐具、農用地膜、醫用塑料制品等，采用降解塑料制作則更為有利。
[0003]但是降解塑料是較晚發展起來的材料，目前還處于一個成長、完善的階段。現有的降解塑料雖然具有生物可降解性，有利于環境保護，但大多不能保持良好的透明性，且/或力學性能不佳，所制作的制品特別是薄膜類制品容易破損。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術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用，這種生物降解材料不但具有生物降解性，而且具有優異的力學性能，并保持較好的透明性。采用的技術方案如下:
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% ；
反應促進劑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、增塑劑和反應促進劑組合在一起，體現出良好的斷裂伸長率和良好的拉伸強度，整體力學性能較好。
[0006]優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% ；
反應促進劑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、增塑劑和反應促進劑組合在一起，體現良好的斷裂伸長率和優異的拉伸強度，綜合性能優異。
[0008]進一步優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% ；
反應促進劑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、增塑劑和反應促進劑組合在一起，具有良好的斷裂伸長率和非常優異的拉伸強度，非常適合于制作購物塑料袋等制品。
[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明生物降解材料的斷裂伸長率。
[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明生物降解材料的強度。
[0012]優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活性基團與基體樹脂(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)中的活性官能團的相互作用，以達到增容目的。
[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]優選上述反應促進劑為偶聯劑和催化劑中的一種或兩者的組合。
[0015]優選上述偶聯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。作為優選，上述偶聯劑為氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)和聚甲基對苯異氰酸酯(簡稱PMDI)中的一種或者其中多種的組合。
[0016]優選上述催化劑為有機酸和無機質子酸中的一種或兩者的組合。作為優選，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、反應促進劑(包括偶聯劑、催化劑)均可在市場上購買到，其中3-羥基丁酸和4-羥基丁酸共聚物可選購天津國韻生物材料有限公司生產的P(3HB-co-4HB)共聚酯。
[0018]本發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、增塑劑和反應促進劑混合均勻，得到混合物料；然后將混合物料加入到雙螺桿擠出機中熔融共混，形成物料熔體；物料熔體從雙螺桿擠出機的模頭擠出后進行拉條、切粒，得到物料顆粒；物料顆粒經干燥處理后，得到生物降解材料。優選雙螺桿擠出機的螺桿長徑比為35~45:1，熔融共混的溫度為140~175°C。上述拉條、切粒屬現有常規的造粒技術手段。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用，將所述生物降解材料經單螺桿吹膜機吹膜，得到生物降解薄膜。上述單螺桿吹膜機的螺桿長徑比為25~35:1。由于上述生物降解材料具有優異的斷裂伸長率和拉伸強度，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]本發明與現有技術相比，具有如下有益效果:
本發明生物降解材料中，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、增塑劑以及反應促進劑組合在一起，能夠相互作用，具有一定的協同作用，使得本發明的生物降解材料體現出優異的斷裂伸長率和拉伸強度，并且保持了較好的透明性，綜合性能優異。
[0021]本發明生物降解材料的制備方法工藝簡單，易于控制，可操作性強，生產成本低廉；并且將生物降解材料再經簡單的加工后，就可以得到生物降解薄膜，易于工業化生產并