[发明专利]一种高力学性能PHBV的制备方法

说明书

本发明属于生物可降解塑料领域，具体涉及一种高力学性能PHBV的制备方法。其具体步骤如下：将PHBV原料真空干燥后加入挤出机或注塑机通过挤出加工或注塑加工方式制备得到PHBV制品，将PHBV制品进行热处理，制备得到高力学性能PHBV制品；所述PHBV原料的重均分子量为10000‑800000，HV含量为0.1％‑40％；所述热处理是将所述PHBV制品加热至150‑180℃等温1‑10分钟，然后降温到100‑160℃等温结晶0.2‑4小时。制备得到的PHBV制品性能如下：拉伸强度大于40Mpa、断裂伸长率大于40％、冲击强度大于2000J/M²。

技术领域

本发明属于生物可降解塑料领域，具体涉及一种高力学性能PHBV的制备方法。

技术背景

生物降解塑料来自自然，使用废弃后又回归自然界，随着科学的发展和环保意识的增强，生物降解材料行业拥有巨大的发展机遇。聚(β-羟基丁酸酯-β-羟基戊酸酯)(PHBV)是基于可再生天然资源，主要以淀粉为原料，运用微生物发酵技术得到的一种热塑性脂肪族聚酯。作为一种细菌发酵生产的完全生物降解的新型高分子材料，PHBV不仅具有良好的生物降解性和生物相容性，而且具有与聚丙烯相似的力学性能和热性能，在生物医药、农业以及日常生活中都有广泛的应用前景。但是由于PHBV结晶度高、结晶速度慢而且容易生成有较大尺寸的球晶，导致其具有质地较脆、抗冲击差等缺点，因此严重影响其大范围应用。HV含量的增加对PHBV的韧性有少许提高，但仍然表现为脆性断裂。因此，有必要对PHBV进行改性，从而提高该材料的应用性能。目前针对PHBV结构和性能的缺陷的主要改性方法包括在PHBV基体中添加成核剂、增塑剂以及与其它高分子材料共混得到复合材料。Bhardwaj用再生纤维素纤准改性PHBV，虽然韧性有所提高，断裂伸长率达到10％(Biomacromolecules2006，7，2044-2051)，但依然不满足应用。中国专利CN 109593333 A提出用聚乳酸增韧PHBV，虽然断裂伸长率提高，但是降低了断裂强度。

高分子材料的力学性能很大程度上取决于其聚集态结构，而聚集态结构随加工工艺而变化，所以掌握PHBV加工制备过程中聚集态结构变化的规律并实现有效调控，就能有效提升PHBV的力学性能。PHBV作为一种无规共聚物，其中的共聚单元HB和HV具有相似构型、构象和体积，因此HV单元可以排入HB单元的晶相中，形成共晶，具有独特的结晶行为。具有可共晶链结构的PHBV结晶行为非常复杂，而且其结晶动力学效应十分显著。如果不对PHBV的结晶动力学效应进行有效调控，PHBV制品制备过程中，HV单元随机排入PHB的晶格中，造成晶体缺陷，影响整体力学性能。因此需要通过对PHBV制备中聚集态结构的精细调控，提升PHBV的韧性和强度。

背景技术部分所公开的信息仅用于帮助理解本发明的背景，不应当理解为承认或以任何方式暗示该信息形成了本领域技术人员以公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是解决现有PHBV塑料制品的力学性能缺陷，针对现有技术的不足，提供一种高力学性能PHBV制品的制备方法。

本发明通过对PHBV制品进行热处理的方式，将制备过程中形成的PHBV晶体在熔融温度进行部分熔融，即晶体中含有大量HV单元的、较薄的PHBV不完善晶体熔融，并使其在较高温度下重新结晶，使PHBV再结晶过程中大部分HV排除在HB晶体外，生成厚度大的高熔点的完善晶体，并使制品内部晶体更加均匀；同时通过热处理过程加速无定形区域分子链的运动，减少非晶区的缠结点，同时将不能进入晶区的缠结链集中在侧面扩张的层状无序区，使非晶区的分子链长度分布更均匀，提高了非结晶区的有序性，从而调控PHBV的聚集态结构，提升PHBV制品的力学性能。

发明人通过深入研究，最终发现，通过控制PHBV制品的特定的热处理温度和时间，就可以调控可共晶PHBV的聚集态结构，使制品内部晶体和非晶层更加完善，有效提升PHBV材料的韧性，同时提高制品的强度，从而完成本发明。

本发明采用的技术方案如下：