[发明专利]可生物降解的增强复合材料

说明书

本公开涉及一种复合材料，其包含玻璃纤维和含有聚乳酸(PLA)与聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的聚合物共混物，其中复合材料包含约10wt‑％至约80wt‑％的玻璃纤维，并且其中聚合物共混物包含约20wt‑％至约60wt‑％的PLA和约40wt‑％至约80wt‑％的PBS。本发明还涉及包含该增强复合材料的制品。

技术领域

本发明涉及一种可生物降解的增强复合材料。更具体地，本发明涉及一种具有优良耐热性及韧性的基于聚乳酸的增强复合材料。本发明进一步涉及包含所述复合材料的制品。

背景技术

近年来，由于在日常使用的塑料废品的强烈影响而导致的环境污染已引起人们的高度关注。解决此问题的一种可能方法是用易于受水解和生物作用影响的生物可降解聚合物替代市售的合成聚合物。聚乳酸(PLA)和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)是环保型生物可降解聚合物的实例，其旨在替代市售合成的石油基聚合物。

PLA是一种由可再生资源生产的可生物降解的热塑性脂肪族聚酯。PLA具有优良的机械性能，因此是用于各种终端用途应用的优良聚合物。但是，在如耐用品等应用中，PLA的其他性能例如冲击强度、热变形温度(HDT)、气体渗透性、加工熔体黏度、韧性等尚显不足。由于作为原料的PLA非常昂贵并且PLA的生产速度非常低，因此在日常使用中将PLA用作消耗品或耐用品的材料在经济上是不可行的。

例如，可以通过将PLA与另一种具有相对更好的耐温性、冲击强度和熔体加工性能(melt processability)的适宜生物可降解聚合物混合来改善PLA的各种性能。该方法可能由于两种聚合物(产生中间性质所需)的不相容性而不起作用，并且可能降低材料的可再生含量(renewable content)和可堆肥性(compostability)。已将PLA与具有高柔韧性(flexibility)、中等冲击强度以及耐热性和耐化学性的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)共混在一起。

WO 2015/000081 A1公开了一种包含聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯和可堆肥聚酯(compostable polyester)的耐热组合物。

将PLA和PBS共混在一起的问题是这些共混物的混溶性，并且混溶程度尚不完全清楚。据报道，PLA的Tg没有随着加入PBS而变化，因此认为，该共混物是不混溶的，尽管他们发现，当PBS含量低于20重量％(wt-％)时，流变性结果显示出相容性。另一方面，已经观察到PBS可与PLA混溶，直至添加量为10wt-％。但是，也有报道说PBS和PLA在热动力学上是不相容的，并且共混物表现出不互溶的相结构，且在PLA/PBS比率为50/50时该共混体系具有相变点。

文献中报道的依靠与PBS共混而提高PLA的韧性的结果有些令人失望。在PBS含量达到90wt-％之前，观察不到PLA/PBS共混物的延展性(断裂应变)的改善。拉伸强度则减小，直至PBS的含量达到80wt-％，然后在PBS含量超过80wt-％时略有增大。在杨氏模量中发现了相同类型的表现。

提高PLA的机械性能和耐热性的另一种方法是通过添加可增大材料刚度的填料来构建复合材料。但是，这种方法也可能降低材料的抗冲击性，使其更脆并且无法适用于许多应用。提高PLA的HDT的另一种方法是增大结晶度，减少在玻璃化转变温度下软化的非晶材料的体积，从而使产品在较高温度下保持其形状。然而，增大结晶度通常需要在挤出后的下游工艺(downstream after extrusion)或模制期间增加冷却时间，这降低了制造工艺的效率，即生产速度。作为纯聚合物的PLA结晶缓慢且需要成核剂、高结晶温度(例如，高模制温度(mold temperature))以加速结晶，即使有成核剂的辅助，与市售合成的石油基聚合物PP和ABS相比，其结晶时间长并且生产速度也过低。而且，这样的高模制温度不是工业标准，并且需要投资。

尚需这样的可生物降解的和可堆肥的基于PLA的材料，其在商业上可行，具有高的生物基材料含量，并表现出优良的机械性能，例如优良的抗冲击性、高抗变形性，特别是在高温下，具有用于注塑(injection molding)的优良熔体流动特性且成本低廉。