[发明专利]纳米复合生物降解塑料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及纳米复合生物降解塑料及其制备方法，特别是含有聚乳酸和改型淀粉的纳米复合生物塑料及其制备方法。

背景技术：

随着农用地膜的广泛应用，棉花、烟草、农作物产量明显提高。但由于不可降解塑料残留在农田里，使土壤板结造成了新的“白色污染”。另外，生活购物领域的塑料废弃物数量也逐年上升，已造成了“塑料垃圾”的灾害，造成环境污染影响了生态平衡；同时，以石油为原料的塑料工业，由于石油资源逐渐减少且不能再生，原料日益短缺，国际石油产品一路攀升，使塑料工业的发展受到一定限制。

从九十年代世界塑料产量近2亿吨，塑料废弃物造成的公害已引起了世界各国的广泛关注，世界各国纷纷采取措施予以解决。而降解塑料则是解决塑料废弃物对环境污染和塑料原料短缺的有效途径，它是今后塑料发展的方向，其市场前景非常广阔。但目前世界上只有少数几个发达国家拥有这一生产技术，并垄断着数十亿美元的国际市场。

可降解塑料按其降解机理主要分为光降解塑料、生物降解塑料和光/生物双降解塑料。光降解主要是在烯烃聚合物主链上引入光敏基团，或者在聚合物中添加有光敏作用的化学助剂。对聚乙烯的研究表明，当聚乙烯大分子降解成分子量低于500的低聚物后，可被土壤中的微生物吸收降解，具有较好的环境安全性，但添加型的降解塑料在自然环境中并不能全部降解，同时使用性能上也不能满足要求；而在烯烃聚合物主链上引入光敏基团使生产工艺复杂、成本大大提高。

生物降解塑料是指在自然环境下通过微生物的生命活动能很快降解的高分子材料。按其降解特性可分为完全生物降解塑料和生物破坏性塑料。  据预测，2007年前全球新投产的生物降解聚合物产能将达22.5~30万吨，目前国外的降解产品主要是完全生物降解塑料，这将是今后中长期的产业发展方向。

兼具光、生物双降解功能的光/生物降解塑料是目前主要的开发方向之一。其制备方法是在通用高分子材料(如PE)中添加光敏剂、自动氧化剂、抗氧剂和作为微生物培养基的生物降解助剂等。光/生物降解塑料可分为淀粉型和非淀粉型两种，目前采用淀粉作为生物降解助剂的技术比较普遍。但是由于该技术主要采用光敏剂母料和由淀粉母料混配的复合材料，完全降解性能效果不够理想，为此尚处研发阶段。

生物降解塑料的主要原料为可再生性资源，永不枯竭，主要原料如淀粉仅为石油塑料原料成本的1/6。因此，生物降解塑料已引起人们的极大关注。目前世界发达国家对农业、包装和其它领域内使用的生物降解塑料进行了广泛的研究，并已完成了一系列的工业化和商业化。

目前我国生物分解塑料主要集中在植物纤维如秸秆纤维模塑制品、淀粉模塑制品，能规模化生产的品种主要为PHBV、PPC、PVA、PEG、PHA。典型产品有天津丹海公司的淀粉基生物降解产品，用于制得的薄膜中，改性淀粉等可生物降解成分含量达51％以上，其中育苗钵和注塑制品的淀粉含量可达60％~80％。

因为淀粉属高分子化合物，可完全降解，也可单独成膜，但质脆，而且遇水溶化。为了达到淀粉塑料的强度、韧度，开始研制出一种新的降解塑料，即利用变性淀粉添加聚烯烃类物资，如添加聚乙烯、聚丙烯、EVA、EAA等，以达到塑料的使用性能。由于内含聚烯烃物资，不能完全降解，加上机械设备原因，生产技术的问题，价格高于原石油化工塑料，目前的发展前景并不乐观。

聚乳酸为为一种生物降解性高分子材料，能够经过几级水解然后再通过微生物降解而转变为在土壤中无害的分解产物或水。近来由聚乳酸制得的薄膜、片材和瓶子的研究正在进行当中。与其他可降解的合成聚合物不同，PLA表现有较好的机械特性，因此目前多被选用作一次性和生物可降解塑料的替代物。但是，其普遍存在的问题是当牵伸时，聚乳酸的伸长度只有3-8％，且聚乳酸性为脆性材料，制成薄膜时，如果不经取向性能难以满足需要，PLA的生产成本相对较高、而且与废物堆积速度相比这种聚合物的降解速率仍显较慢。另外，在较高温度下(大于60’(2)PLA易于变软(弹性约降低85％)，从而限制了它的应用。