本發明公開了一種高相容性生物基降解高分子復合材料的制備方法，屬于高分子復合材料技術領域。

背景技術：

社會的進步和經濟的發展，給人類社會創造了前所未有的物質財富，而科技的進步則加速推進了文明歷史發展的進程。合成高分子材料——塑料，作為20世紀最偉大的發明之一，對人類社會發展的推動作用是無可替代的。隨著高分子材料研究的突飛猛進，大量的高分子材料在不同領域中得到廣泛應用，給人類的現實生活帶來的很大的便利。但是同樣它給環境帶來的污染問題也日益顯著，最重要的就是廢棄的高分子材料進入自然界后很難被自然環境分解而成為白色污染。傳統上主要利用土壤、集中燃燒及回收利用對廢棄高分子材料進行處理，但是這些方法都有明顯的弊端。合成高分子材料難以在自然環境下自然分解，如果回收處理不當，會對環境造成污染。處理廢棄高分子材料的常規方法有：焚燒、掩埋、再造粒后與新料摻混使用、化學降解、回收利用等，這些方法或對環境帶來嚴重污染，或回收成本高，都有一定的局限性。但是傳統降解復合材料存在基體與材料之間附著性、相容性不佳，容易出現脫層、質硬、質脆的現象，使用過程中其沖擊強度低，加工可塑性能差的缺陷。近年來，可在自然條件下分解的新型生物基降解高分子材料的研發，成為科學界和產業界關注的熱門課題。

技術實現要素：

本發明主要解決的技術問題：針對目前傳統降解復合材料存在基體與材料之間附著性、相容性不佳，容易出現脫層的現象，使用過程中其沖擊強度低，加工可塑性能差的缺陷，本發明先將木醋桿菌接種至由葡萄糖、酵母粉等制得的斜面培養基中，再轉移至蛋白胨、磷酸氫二鈉等混合制備的生物培養基上恒溫培養，收集細菌纖維素膜和培養基濾液，將纖維素膜與氫氧化鈉攪拌反應得細菌纖維素和培養基液加玉米淀粉改性所得改性淀粉顆粒、白炭黑等混合出料即得高相容性生物基降解高分子復合材料，本發明通過培養基中的微生物成分與淀粉大分子交聯，黏附在復合高分子材料表面，高分子復合材料受到黏附在其表面微生物分泌的酶的作用，經過氧化和水解等反應使高分子鏈斷裂成相對分子質量低的小分子化合物，被微生物吸收或消化，最終產生二氧化碳和水，經實例證明，所得的生物基降解高分子材料基體與材料之間的相容性較佳，可長期使用性質穩定，具有優良的使用價值。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

（1）稱量100～105g葡萄糖、10～12g酵母粉、18～20g碳酸鈣、25～30g瓊脂和950～1100mL去離子水置于燒杯中，在100～105℃下滅菌10～15min，隨后靜置冷卻至室溫制備得斜面培養基；再按重量份數計，分別稱量35～40份葡萄糖、15～20份蛋白胨、5～10份酵母粉、2～3份磷酸氫二鈉、3～5份硫酸鎂置于燒杯中，攪拌混合并置于100～110℃下滅菌15～20min，隨后靜置冷卻至室溫，制備得生物培養基；

（2）將木醋桿菌接種至上述制備的斜面培養基上，在30℃下振蕩培養20～24h，控制搖床轉速為175～200r/min，待培養完成后，按接種量10%，在搖床轉速680～700r/min下，將斜面培養基上的木醋桿菌接種至上述制備的生物培養基上，隨后在30℃下恒溫培養7～8天；

（3）待培養完成后用鑷子收集上層細菌纖維素膜，并過濾收集得培養基濾液，按質量比1:5，將細菌纖維素膜與1mol/L氫氧化鈉溶液攪拌混合，在65～70℃下水浴加熱45～60min，隨后過濾并收集濾餅，用去離子水洗滌至洗滌液至中性后，再在65～70℃下干燥6～8h，制備得細菌纖維素備用；

（4）按質量比1:5，將玉米淀粉與上述收集的培養基濾液攪拌混合并置于28～30℃下水浴加熱68～72h，隨后抽濾并收集濾餅，在65～70℃下干燥6～8h，制備得得改性淀粉顆粒，再按質量比1:5，將上述細菌纖維素與改性淀粉顆粒攪拌混合，在350～400r/min下球磨3～5h，隨后過95～100目篩，制備得混合改性粉末；

（5）按重量份數計，分別稱量25～30份聚乳酸樹脂顆粒、15～20份聚丁二酸丁二醇酯、5～8份白炭黑、8～10份上述制備的混合改性粉末和3～5份偶聯劑KH-550攪拌混合并置于雙螺桿擠出機中，控制機頭溫度為165～170℃，螺桿轉速為50r/min，隨后擠出切料，靜置冷卻至室溫，即可制備得一種高相容性生物基降解高分子復合材料。

本發明的應用方法是：將本發明制得的高相容性生物基降解高分子復合材料加入丙酮中清洗，于功率為50～450W的條件下超聲分散20～60min，隨后在65～70℃下干燥6～8h，在165～180℃下吹膜成型，控制薄膜的厚度為5～300μm，隨后裁剪、包裝并用于蔬果棚的覆蓋，經檢測，拉伸強度較傳統復合降解材料提高10～15%。

本發明的有益效果是：

（1）本發明方增加了高分子材料與生物基體樹脂的相容性，分散均勻，有效改善共混物薄膜和片材撕裂強度較低的問題；

（2）制備的高相容性生物基降解高分子復合材料的沖擊強度可達100～110J/m，拉伸強度達到28～34MPa，彎曲強度達到45～50MPa，適合大規模生產應用。

具體實施方式

稱量100～105g葡萄糖、10～12g酵母粉、18～20g碳酸鈣、25～30g瓊脂和950～1100mL去離子水置于燒杯中，在100～105℃下滅菌10～15min，隨后靜置冷卻至室溫制備得斜面培養基；再按重量份數計，分別稱量35～40份葡萄糖、15～20份蛋白胨、5～10份酵母粉、2～3份磷酸氫二鈉、3～5份硫酸鎂置于燒杯中，攪拌混合并置于100～110℃下滅菌15～20min，隨后靜置冷卻至室溫，制備得生物培養基；將木醋桿菌接種至上述制備的斜面培養基上，在30℃下振蕩培養20～24h，控制搖床轉速為175～200r/min，待培養完成后，按接種量10%，在搖床轉速680～700r/min下，將斜面培養基上的木醋桿菌接種至上述制備的生物培養基上，隨后在30℃下恒溫培養7～8天；待培養完成后用鑷子收集上層細菌纖維素膜，并過濾收集得培養基濾液，按質量比1:5，將細菌纖維素膜與1mol/L氫氧化鈉溶液攪拌混合，在65～70℃下水浴加熱45～60min，隨后過濾并收集濾餅，用去離子水洗滌至洗滌液至中性后，再在65～70℃下干燥6～8h，制備得細菌纖維素備用；按質量比1:5，將玉米淀粉與上述收集的培養基濾液攪拌混合并置于28～30℃下水浴加熱68～72h，隨后抽濾并收集濾餅，在65～70℃下干燥6～8h，制備得得改性淀粉顆粒，再按質量比1:5，將上述細菌纖維素與改性淀粉顆粒攪拌混合，在350～400r/min下球磨3～5h，隨后過95～100目篩，制備得混合改性粉末；按重量份數計，分別稱量25～30份聚乳酸樹脂顆粒、15～20份聚丁二酸丁二醇酯、5～8份白炭黑、8～10份上述制備的混合改性粉末和3～5份偶聯劑KH-550攪拌混合并置于雙螺桿擠出機中，控制機頭溫度為165～170℃，螺桿轉速為50r/min，隨后擠出切料，靜置冷卻至室溫，即可制備得一種高相容性生物基降解高分子復合材料。

實例1

稱量100g葡萄糖、10g酵母粉、18g碳酸鈣、25g瓊脂和950mL去離子水置于燒杯中，在100℃下滅菌10min，隨后靜置冷卻至室溫制備得斜面培養基；再按重量份數計，分別稱量35份葡萄糖、15份蛋白胨、5份酵母粉、2份磷酸氫二鈉、3份硫酸鎂置于燒杯中，攪拌混合并置于100℃下滅菌15min，隨后靜置冷卻至室溫，制備得生物培養基；將木醋桿菌接種至上述制備的斜面培養基上，在30℃下振蕩培養20h，控制搖床轉速為175r/min，待培養完成后，按接種量10%，在搖床轉速680r/min下，將斜面培養基上的木醋桿菌接種至上述制備的生物培養基上，隨后在30℃下恒溫培養7天；待培養完成后用鑷子收集上層細菌纖維素膜，并過濾收集得培養基濾液，按質量比1:5，將細菌纖維素膜與1mol/L氫氧化鈉溶液攪拌混合，在65℃下水浴加熱45min，隨后過濾并收集濾餅，用去離子水洗滌至洗滌液至中性后，再在65℃下干燥6h，制備得細菌纖維素備用；按質量比1:5，將玉米淀粉與上述收集的培養基濾液攪拌混合并置于28℃下水浴加熱68h，隨后抽濾并收集濾餅，在65℃下干燥6h，制備得得改性淀粉顆粒，再按質量比1:5，將上述細菌纖維素與改性淀粉顆粒攪拌混合，在350r/min下球磨3h，隨后過95目篩，制備得混合改性粉末；按重量份數計，分別稱量25份聚乳酸樹脂顆粒、15份聚丁二酸丁二醇酯、5份白炭黑、8份上述制備的混合改性粉末和3份偶聯劑KH-550攪拌混合并置于雙螺桿擠出機中，控制機頭溫度為165℃，螺桿轉速為50r/min，隨后擠出切料，靜置冷卻至室溫，即可制備得一種高相容性生物基降解高分子復合材料。

本發明的應用方法是：將本發明制得的高相容性生物基降解高分子復合材料加入丙酮中清洗，于功率為50W的條件下超聲分散20min，隨后在65℃下干燥6h，在165℃下吹膜成型，控制薄膜的厚度為5μm，隨后裁剪、包裝并用于蔬果棚的覆蓋，經檢測，拉伸強度較傳統復合降解材料提高10%。

稱量105g葡萄糖、12g酵母粉、20g碳酸鈣、30g瓊脂和1100mL去離子水置于燒杯中，在105℃下滅菌15min，隨后靜置冷卻至室溫制備得斜面培養基；再按重量份數計，分別稱量40份葡萄糖、20份蛋白胨、10份酵母粉、3份磷酸氫二鈉、5份硫酸鎂置于燒杯中，攪拌混合并置于110℃下滅菌20min，隨后靜置冷卻至室溫，制備得生物培養基；將木醋桿菌接種至上述制備的斜面培養基上，在30℃下振蕩培養24h，控制搖床轉速為200r/min，待培養完成后，按接種量10%，在搖床轉速700r/min下，將斜面培養基上的木醋桿菌接種至上述制備的生物培養基上，隨后在30℃下恒溫培養8天；待培養完成后用鑷子收集上層細菌纖維素膜，并過濾收集得培養基濾液，按質量比1:5，將細菌纖維素膜與1mol/L氫氧化鈉溶液攪拌混合，在70℃下水浴加熱60min，隨后過濾并收集濾餅，用去離子水洗滌至洗滌液至中性后，再在70℃下干燥8h，制備得細菌纖維素備用；按質量比1:5，將玉米淀粉與上述收集的培養基濾液攪拌混合并置于30℃下水浴加熱72h，隨后抽濾并收集濾餅，在70℃下干燥8h，制備得得改性淀粉顆粒，再按質量比1:5，將上述細菌纖維素與改性淀粉顆粒攪拌混合，在400r/min下球磨5h，隨后過100目篩，制備得混合改性粉末；按重量份數計，分別稱量30份聚乳酸樹脂顆粒、20份聚丁二酸丁二醇酯、8份白炭黑、10份上述制備的混合改性粉末和5份偶聯劑KH-550攪拌混合并置于雙螺桿擠出機中，控制機頭溫度為170℃，螺桿轉速為50r/min，隨后擠出切料，靜置冷卻至室溫，即可制備得一種高相容性生物基降解高分子復合材料。

本發明的應用方法是：將本發明制得的高相容性生物基降解高分子復合材料加入丙酮中清洗，于功率為250W的條件下超聲分散40min，隨后在67℃下干燥7h，在170℃下吹膜成型，控制薄膜的厚度為200μm，隨后裁剪、包裝并用于蔬果棚的覆蓋，經檢測，拉伸強度較傳統復合降解材料提高12%。

實例3

稱量103g葡萄糖、11g酵母粉、19g碳酸鈣、27g瓊脂和1000mL去離子水置于燒杯中，在103℃下滅菌13min，隨后靜置冷卻至室溫制備得斜面培養基；再按重量份數計，分別稱量37份葡萄糖、17份蛋白胨、7份酵母粉、2.5份磷酸氫二鈉、4份硫酸鎂置于燒杯中，攪拌混合并置于105℃下滅菌17min，隨后靜置冷卻至室溫，制備得生物培養基；將木醋桿菌接種至上述制備的斜面培養基上，在30℃下振蕩培養22h，控制搖床轉速為185r/min，待培養完成后，按接種量10%，在搖床轉速690r/min下，將斜面培養基上的木醋桿菌接種至上述制備的生物培養基上，隨后在30℃下恒溫培養7.5天；待培養完成后用鑷子收集上層細菌纖維素膜，并過濾收集得培養基濾液，按質量比1:5，將細菌纖維素膜與1mol/L氫氧化鈉溶液攪拌混合，在67℃下水浴加熱53min，隨后過濾并收集濾餅，用去離子水洗滌至洗滌液至中性后，再在67℃下干燥7h，制備得細菌纖維素備用；按質量比1:5，將玉米淀粉與上述收集的培養基濾液攪拌混合并置于29℃下水浴加熱70h，隨后抽濾并收集濾餅，在67℃下干燥7h，制備得得改性淀粉顆粒，再按質量比1:5，將上述細菌纖維素與改性淀粉顆粒攪拌混合，在370r/min下球磨4h，隨后過97目篩，制備得混合改性粉末；按重量份數計，分別稱量27份聚乳酸樹脂顆粒、17份聚丁二酸丁二醇酯，7份白炭黑、9份上述制備的混合改性粉末和4份偶聯劑KH-550攪拌混合并置于雙螺桿擠出機中，控制機頭溫度為167℃，螺桿轉速為50r/min，隨后擠出切料，靜置冷卻至室溫，即可制備得一種高相容性生物基降解高分子復合材料。

本發明的應用方法是：將本發明制得的高相容性生物基降解高分子復合材料加入丙酮中清洗，于功率為450W的條件下超聲分散60min，隨后在70℃下干燥8h，在180℃下吹膜成型，控制薄膜的厚度為300μm，隨后裁剪、包裝并用于蔬果棚的覆蓋，經檢測，拉伸強度較傳統復合降解材料提高15%。