[发明专利]一种全生物降解角蛋白纤维增强及耐热改性聚乳酸材料及其制备方法

说明书

 

技术领域

    本发明涉及一种聚乳酸材料及其制备方法，具体涉及一种全生物降解角蛋白纤维增强及耐热改性聚乳酸材料及其制备方法。

背景技术

    目前国内外对聚乳酸改性塑料的研究主要集中于耐热改性、增强改性及共混改性以降低生产成本。

毛发角蛋白是一种蕴涵量十分巨大的可再生天然蛋白质及生物纤维资源，我国每年仅产自于猪、牛、羊、鸡、鸭、鹅等家养动物毛羽的角蛋白即高达几十万吨，还有大量包括动物角、蹄甲以及人类毛发等其它来源，在自然界产量仅次于纤维素、甲壳素、淀粉等高分子材料，是除动物肉类之外最大的蛋白质资源。目前绝大部分角蛋白都是作为废弃物弃于自然环境，由于角蛋白极难水解降解，仅被少数微生物分解，因而造成越来越大的环境压力，对角蛋白进行加工处理势在必行。

角蛋白具有很高的高分子量、机械强度、优良的加工性质、可降解性和良好的生物兼容性，是一类新型的生物材料，在可降解材料、分离膜和生物纤维、生物医学材料等领域都有很好的应用前景。

一般情况下，角蛋白分子内的二硫键使肽链内部和肽链之间发生交联，形成立体网状结构，天然角蛋白难以溶解，不能熔融，结构十分稳定。利用角蛋白纤维作为塑料填充及改性添加物具有十分重要的应用价值与开发前景。

同时，聚乳酸作为一种来源于可再生植物资源的人工合成高分子材料，拥有可完全生物降解性，良好的加工成型能力及优良的力学性能，作为可降解塑料，已经受到广泛的关注与重视。在发达国家，已经将聚乳酸高分子材料作为新一代可再生的环境友好材料，展开深入研究与开发利用。预计在不久的将来，聚乳酸将作为源自石油资源的一系列高分子材料如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯醇（PVC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氨酯（PU）、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物（ABS）等的替代材料广泛应用于工程塑料与日常生活用品、包装材料、医用材料等相关领域。

但是，聚乳酸作为一种热塑性高分子材料，由于具有相对较高的玻璃化转变温度，较高的结晶度及较长的结晶时间，表现为低温或常温下脆性大，高温下热稳定性不强，热变形温度低、容易水解、机械强度不足、热加工窗口窄等缺陷，难以直接使用。因而，对聚乳酸进行各种改性以提高其综合性能，已成为影响该材料大规模推广应用的瓶颈。近年来，对聚乳酸进行改性的相关研究十分活跃，取得了很多成果，已经有效拓展了聚乳酸的应用领域。然而，相关改性技术往往依赖合成添加剂，在聚乳酸材料基础之上添加较多的非降解石油基合成成分，一方面极大程度地降低了其环境友好性能，与绿色塑料概念背道而驰。同时，导致该改性材料的生产成本大幅度地提高，致使现有的改性聚乳酸材料失去了与石油基高分子材料的竞争优势。

本发明着眼于利用资源量极其丰富的动物毛发或角蹄等废弃物制备角蛋白纤维，结合角蛋白纤维、长链脂肪族酰胺化合物类、生物基的紫外光稳定剂、天然抗氧化剂、全天然植物颜料实现对聚乳酸材料进行增强、耐热及改性，经改性后的聚乳酸材料其性能可满足诸如片材、板材管材、型材或其它塑料制品的发泡、挤塑、吹膜、吹塑、吸塑、注塑和滚塑等加工性能要求，并可采用通用设备规模化生产各类环境友好的全生物降解塑料制品，具有较为广泛的应用前景。

经查阅国家知识产权局专利文献数据库及相关公开发表的论文等资料，与本发明技术密切相关的中国专利技术有：ZL200810050603.7：一种耐热聚乳酸基体树脂的制备方法；200710023111.4：耐热聚乳酸共混物成型制品；200910100148.1：一种耐热聚乳酸复合材料及其制备方法；200910247344.1：一种全降解耐热聚乳酸复合材料及其制备方法；201010104222.X：一种耐温聚乳酸及其制备方法；201010138717.4：一种玻璃纤维增强的阻燃耐热聚乳酸复合材料的制备方法。

其它相关专利技术见下表：