[发明专利]一种全降解蓝藻基生物塑料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全降解蓝藻基生物塑料及其制备方法，属于生物高分子材料技术领域。

背景技术

据申请人了解，被人们广泛应用的石油基塑料，由于化学稳定性很好，在自然界中几乎不能被降解。当塑料工业发展到一定程度时，被抛弃的塑料垃圾就越来越多，几乎到了随处可见的程度，成为白色污染的重要来源，给自然环境造成了不可忽视的影响。随着人们环保意识的提高，开发生物降解塑料作为解决塑料废弃物问题的有效方法，越来越受重视。生物可降解塑料在使用时具有优良性能，废弃后又能被微生物完全分解，通过堆肥处理，最终回归自然界，减少了 随意丢弃对自然环境造成的危害。

随着经济和人口的快速增长，水体富营养化现象日益严重，蓝藻水华现象频繁发生，为了避免用水危机，政府每年都出巨资打捞蓝藻，运输藻泥，并租用堆场耗时堆肥处理藻泥。水华蓝藻作为湖泊富营养化的产物，含有丰富的蛋白质、多糖等高分子聚合物，被作为生产生物塑料的原料，既可以高效利用打捞蓝藻这种湖泊废弃物，又可以解决常规石油基塑料难降解的问题，为水华蓝藻的变废为宝提供一条新出路。目前，利用水华蓝藻制备生物塑料技术主要集中在三个方面：一是以蓝藻为培养基通过微生物发酵法生产乳酸，再通过聚合反应制得聚乳酸，最终制备成生物材料，大大提高蓝藻的利用价值，然而这种方法不仅程序繁琐，还存在乳酸转化率不高以及蓝藻培养后的废渣难以处理等问题；二是提取蓝藻中的蛋白质生产生物塑料，该技术仅仅针对藻蛋白，增加了蛋白碱提和浓缩的工艺，工艺繁琐，并且其他占藻类比重较大的成分随藻渣被舍弃；三是采用热塑性塑料对蓝藻进行增塑，例如公开号为CN105001489A的中国专利申请公开了采用低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、均聚聚丙烯、共聚聚丙烯等聚烯烃作为基体生产塑料，虽然这种技术是针对全细胞蓝藻的利用，但是仅通过蓝藻体的加入一定程度上减少了石油基塑料基体的使用量，仍然采用了聚乙烯、聚丙烯等石油基作为塑料基体，致使成品中仍然含有较多难以降解的聚烯烃，是白色污染的主要来源，塑料不能被完全降解。另外，公开号为CN105001489A的中国专利申请是利用乙酸酐、马来酸酐、琥珀酸酐、正辛酰氯作为蓝藻改性剂的，乙酸酐、马来酸酐、琥珀酸酐、正辛酰氯在塑料工业中常被用来作为接枝剂使用，低毒，且具有一定腐蚀性，因此必须在接枝改性后使用丙酮洗去未参加反应的改性剂，并进行烘干，步骤繁琐。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提出一种全降解蓝藻基生物塑料，同时给出了其制备方法，该方法利用蓝藻全细胞作为主要原料制备可生物降解的塑料，该塑料的拉伸强度和断裂伸长率能够完全达到农用聚乙烯棚膜的标准。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种全降解蓝藻基生物塑料，所述生物塑料由以下重量份配比原料制成：蓝藻粉末0.01～80份，水0.025～1600份，增塑剂5～35份，改性剂0.001～50份，增韧剂0～40份，聚乙烯醇20～99.9份，偶联剂0.00025～40份。

本发明可直接利用含有蛋白质、脂类、淀粉、糖类、聚β羟丁酸和灰分等成分的蓝藻全细胞，以蓝藻全细胞与聚乙烯醇为基体制备生物塑料，聚乙烯醇是唯一能被细菌降解的乙烯基聚合物，是一种生物可降解高分子材料，由非石油路线大规模生产合成，同时聚乙烯醇是迄今发现的唯一具有水溶性的高分子聚合物，与聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯这类常见的水不溶性的石油基塑料相比，在理化性质上存在显著差异，进而确定了石油基塑料与本发明采用聚乙烯醇与蓝藻相容增塑的塑料在配方及机理方面存在显著差异。然而，蓝藻全细胞是一个含有复杂成分的有机体，虽然有机体与聚乙烯醇具有一定的相容性，但是由于其本身存在大量的次级键，在次级键作用下会形成二级和三级结构，以及蓝藻全细胞的有机大分子与聚乙烯醇分子之间存在微相分离现象，导致蓝藻全细胞与聚乙烯醇简单复合而成的塑料在拉伸强度和断裂伸长率方面很不理想，需要进一步添加增塑剂、改性剂、增韧剂和偶联剂等材料来增加复合塑料的拉伸强度和断裂伸长率。

上述技术方案中，所述增塑剂为多元醇，优选甘油、低相对分子量聚乙二醇、柠檬酸三乙酯、二乙二醇乙醚醋酸酯、四乙二醇、季戊四醇、三羟甲基乙烷、木糖醇、山梨醇中的至少一种。

上述技术方案中，所述聚乙二醇的相对分子量为200～6000。

本发明的增塑剂能够渗透到蓝藻有机大分子与聚乙烯醇大分子之间，破坏有机大分子内部和有机大分子之间的氢键，以减少相邻大分子聚合链之间的分子相互作用，增加了分子内部空间以及链的运动，提升了分子分布的均一性，从而有效提高生物塑料的断裂伸长率。