本公开涉及高分子材料领域，具体地，涉及一种全生物基可降解材料及其制备方法和车辆内饰及车辆。
背景技术：
当前全球社会经济发展面临着化石资源短缺和环境污染两大问题。一方面，化石资源形成时间极其漫长，而现在工业发展开采过度，致使能源危机逐渐迫近。另一方面，化石资源的大量使用引发严重的环境污染问题。形势和政策对汽车节能减排的要求日益严格，在达到使用工况要求的前提下，减少汽车全生命周期碳排放以及使用后回收处理难度加大。新世纪以来，生物基材料受到各国的广泛重视，呈现快速发展的势头，逐步成为石油基材料的升级替代产品，正朝着以绿色资源化利用为特征的高效、高附加值、定向转化、功能化、综合利用、环境友好化、标准化等方向发展。
目前生物基材料的应用主要有三类：第一类是利用天然纤维改性传统热塑性塑料，可以提高产品性能，减少化石资源的使用，同时减少相应产品全生命周期的碳排放；第二类应用来源于生物可降解材料，如聚乳酸(PLA)，在特定的条件下(如堆肥)处理可被微生物等完全分解为二氧化碳和水，既减少化石资源的使用，同时解决固体废弃物的污染问题；第三类是利用无机填料如短切玻纤、滑石粉等改性生物可降解材料如聚乳酸等，以改善部分性能。
但是，上述几类生物基材料各存在一定的问题：第一类和第三类在一定程度上减少化石资源使用，产品使用结束后无法完全降解，环境污染问题依然存在，不能有效减少汽车全生命周期碳排放，回收处理依然很难；第二类的PLA等生物可降解材料脆性高、耐热性能低、抗冲击性能差，并且使用成本非常高等，其性能与成本均很难满足大量生产的汽车内饰使用要求。
技术实现要素：
本公开的目的是提供一种全生物基可降解材料及其制备方法和车辆内饰及车辆，以解决传统纯生物可降解材料脆性高、耐热性能低及抗冲击性能差、成本高的问题。
为了实现上述目的，本公开第一方面：提供一种全生物基可降解材料，该材料包括基料、淀粉基塑料和竹纤维，所述基料包括聚乳酸和己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物，以100重量份的所述聚乳酸为基准，所述己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物的含量为10-150重量份，所述淀粉基塑料的含量为10-100重量份，所述竹纤维的含量为10-100重量份。
优选地，以100重量份的所述聚乳酸为基准，所述己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物的含量为30-80重量份，所述淀粉基塑料与竹纤维的含量加和为30-60重量份。
优选地，所述材料还包括助剂，以100重量份的所述基料为基准，所述助剂的含量为0.5-9重量份。
优选地，所述助剂包括增容剂、偶联剂和润滑剂中的至少一种，所述增容剂为选自聚乙二醇、马来酸酐和丁二酸酐中的至少一种，所述偶联剂为选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的至少一种，所述润滑剂为选自硬脂酸、硬脂酸锌和硬脂酸钙中的至少一种。
优选地，所述助剂包括增容剂、偶联剂和润滑剂，以100重量份的所述聚乳酸为基准，所述增容剂的含量为0.3-3重量份，所述偶联剂的含量为0.3-3重量份，所述润滑剂的含量为0.3-3重量份。
优选地，所述聚乳酸的重均分子量为150000-300000，所述聚乳酸为选自聚D-乳酸、聚L-乳酸和聚D,L-乳酸中的至少一种。
优选地，所述己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物的重均分子量为40000-150000。
优选地，所述淀粉基塑料的淀粉含量为85-100重量％。
优选地，所述竹纤维的细度为90-110目。
本公开第二方面：提供一种制备全生物基可降解材料的方法，该方法包括：将基料、淀粉基塑料和竹纤维混合均匀后挤出造粒，得到全生物基可降解材料，所述基料包括聚乳酸和己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物，其中，以100重量份的所述聚乳酸为基准，所述己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物的用量为10-150重量份，所述淀粉基塑料的用量为10-100重量份，所述竹纤维的用量为10-100重量份。
优选地，该方法还包括，将所述基料、淀粉基塑料、竹纤维与助剂混合均匀后挤出造粒，得到全生物基可降解材料，以100重量份的所述基料为基准，所述助剂的用量为0.5-9重量份。
优选地，所述助剂包括增容剂、偶联剂和润滑剂，以100重量份的所述聚乳酸为基准，所述增容剂的用量为0.3-3重量份，所述偶联剂的用量为0.3-3重量份，所述润滑剂的用量为0.3-3重量份。
优选地，该方法还包括，将所述基料、淀粉基塑料、竹纤维与助剂混合前，先对所述基料、淀粉基塑料和竹纤维进行干燥预处理，所述干燥预处理的条件为：温度为50-70℃，时间为2-4h。
优选地，所述挤出造粒的条件为：挤出的温度为180-210℃，螺杆转速为120-200r/min，喂料转速为20-40r/min，切粒长度为2-5mm。
本公开第三方面：提供一种由本公开第二方面所述的方法制备的全生物基可降解材料。
本公开第四方面：提供一种车辆内饰，该车辆内饰由本公开第一方面或第三方面所述的全生物基可降解材料制成。
本公开第五方面：提供一种车辆，该车辆包括本公开第四方面所述的车辆内饰。
通过上述技术方案，本公开采用聚乳酸和己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物为基料，将特定比例的竹纤维和淀粉基塑料与上述基料混合联用，可以显著提高复合材料的强度，改善其脆性，提高其刚度及耐冲击性能、热变形温度等，并降低体整体生产成本。同时，本公开提供的全生物基可降解材料所采用的各原材料均是生物可降解材料，不含不可降解化石类材料，在产品生命周期结束后可以完全生物降解，既降低了使用产品全生命周期的碳排放，又解决了废弃物所造成的环境问题；而且竹纤维无毒无害、可再生，其本身具有优良的抑菌性能，增加了材料的应用场景。本公开提供的全生物基可降解材料可广泛应用于汽车内饰领域以及家居、玩具等。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
本公开第一方面：提供一种全生物基可降解材料，该材料包括基料、淀粉基塑料和竹纤维，所述基料包括聚乳酸和己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物，以100重量份的所述聚乳酸为基准，所述己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物的含量为10-150重量份，所述淀粉基塑料的含量为10-100重量份，所述竹纤维的含量为10-100重量份。本公开采用聚乳酸(PLA)和己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物(PBAT)为基料，将特定比例的竹纤维和淀粉基塑料与上述基料混合联用，可以显著提高复合材料的强度，改善其脆性，提高其刚度及耐冲击性能、热变形温度等，并降低体整体生产成本。
根据本公开，所述聚乳酸的重均分子量可以在很大范围内变化，例如，所述聚乳酸的重均分子量可以为150000-300000。本公开对形成所述聚乳酸的乳酸单体的旋光性没有限制，例如，所述聚乳酸可以为选自聚D-乳酸、聚L-乳酸和聚D,L-乳酸中的至少一种。所述己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物是由1,4-丁二醇、己二酸和对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯为原料，通过直接酯化或酯交换的方法合成的共聚酯，所述己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物的重均分子量可以在很大范围内变化，例如，所述己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物的重均分子量可以为40000-150000。本公开所述的聚乳酸和己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物均可以通过商购得到。
为了进一步提高所述材料的强度和耐冲击性能，优选地，以100重量份的所述聚乳酸为基准，所述己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物的含量可以为30-80重量份，所述淀粉基塑料与竹纤维的含量加和可以为30-60重量份。其中，所述淀粉基塑料是对淀粉进行改性后得到的物质。为了得到可以完全生物降解的材料，所述淀粉基塑料优选为全淀粉型淀粉基塑料，所述淀粉基塑料的淀粉含量可以为85-100重量％，水分含量不高于1.5重量％。所述竹纤维的细度可以为90-110目。
为了进一步提高所述材料的性能，所述材料还可以包括助剂，以100重量份的所述基料为基准，所述助剂的含量可以为0.5-9重量份。所述助剂可以包括增容剂、偶联剂和润滑剂中的至少一种。所述增容剂可以为各种促使聚合物结合并提高共混物稳定性的物质，例如，所述增容剂可以为选自聚乙二醇、马来酸酐和丁二酸酐中的至少一种。所述偶联剂可以为各种改善材料间界面作用并提高复合材料性能的物质，例如，所述偶联剂可以为选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的至少一种。所述润滑剂可以为各种降低材料间摩擦损伤的物质，例如，所述润滑剂可以为选自硬脂酸、硬脂酸锌和硬脂酸钙中的至少一种。
根据本公开第一方面的一种具体实施方式，所述助剂可以包括增容剂、偶联剂和润滑剂，以100重量份的所述基料为基准，所述增容剂的含量可以为0.3-3重量份，所述偶联剂的含量可以为0.3-3重量份，所述润滑剂的含量可以为0.3-3重量份。通过加入该比例下的助剂可以进一步改善复合材料的性能。进一步地，以100重量份的所述聚乳酸为基准，所述增容剂的含量可以为0.8-2重量份，所述偶联剂的含量可以为0.8-2重量份，所述润滑剂的含量可以为0.8-2重量份。
本公开提供的全生物基可降解材料相比传统塑料性能优异，具有较好的强度和韧性，且加工性能良好，所采用的各原材料均是生物可降解材料，不含不可降解化石类材料，在产品生命周期结束后可以完全生物降解，既降低了使用产品全生命周期的碳排放，又解决了废弃物所造成的环境问题；而且竹纤维无毒无害、可再生，其本身具有优良的抑菌性能，增加了材料的应用场景。本公开提供的全生物基可降解材料可广泛应用于汽车内饰领域以及家居、玩具等。
本公开第二方面：提供一种制备全生物基可降解材料的方法，该方法包括：将基料、淀粉基塑料和竹纤维混合均匀后挤出造粒，得到全生物基可降解材料，所述基料包括聚乳酸和己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物，其中，以100重量份的所述聚乳酸为基准，所述己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物的用量为10-150重量份，所述淀粉基塑料的用量为10-100重量份，所述竹纤维的用量为10-100重量份。优选地，以100重量份的所述聚乳酸为基准，所述己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物的用量为30-80重量份，所述淀粉基塑料与竹纤维的用量加和为30-60重量份。本公开提供的制备所述材料的方法，与传统方法相比，无需变更加工工艺或设备，其中混合的步骤可采用通用的共混设备，如双螺杆挤出机等。
根据本公开的第二方面，该方法还可以包括，将所述基料、淀粉基塑料、竹纤维与助剂混合均匀后挤出造粒，得到全生物基可降解材料，以100重量份的所述基料为基准，所述助剂的用量可以为0.5-9重量份。所述助剂可以包括增容剂、偶联剂和润滑剂中的至少一种。所述增容剂可以为各种促使聚合物结合并提高共混物稳定性的物质，例如，所述增容剂可以为选自聚乙二醇、马来酸酐和丁二酸酐中的至少一种。所述偶联剂可以为各种改善材料间界面作用并提高复合材料性能的物质，例如，所述偶联剂可以为选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的至少一种。所述润滑剂可以为各种降低材料间摩擦损伤的物质，例如，所述润滑剂可以为选自硬脂酸、硬脂酸锌和硬脂酸钙中的至少一种。根据本公开第二方面的一种具体实施方式，所述助剂可以包括增容剂、偶联剂和润滑剂，以100重量份的所述基料为基准，所述增容剂的用量可以为0.3-3重量份，所述偶联剂的用量可以为0.3-3重量份，所述润滑剂的用量可以为0.3-3重量份。进一步地，以100重量份的所述聚乳酸为基准，所述增容剂的用量可以为0.8-2重量份，所述偶联剂的用量可以为0.8-2重量份，所述润滑剂的用量可以为0.8-2重量份。
根据本公开的第二方面，该方法还可以包括，将所述基料、淀粉基塑料、竹纤维与助剂混合前，先对所述基料、淀粉基塑料和竹纤维进行干燥预处理，所述干燥预处理的条件为：温度为50-70℃，时间为2-4h。所述干燥预处理可以为本领域的常规干燥方法，例如可以为真空干燥。
根据本公开的第二方面，所述挤出造粒的条件可以为：挤出的温度为180-210℃，螺杆转速为120-200r/min，喂料转速为20-40r/min，切粒长度为2-5mm。
本公开第三方面：提供一种由本公开第二方面提供的方法制备的全生物基可降解材料。
本公开第四方面：提供一种车辆内饰，该车辆内饰由本公开第一方面或第三方面提供的全生物基可降解材料制成。
本公开第五方面：提供一种车辆，该车辆包括本公开第四方面提供的车辆内饰。
以下通过实施例进一步详细说明本公开，并不用于限制本公开。
实施例中，聚乳酸购自Natureworks公司，牌号为4032D，重均分子量为约17万；己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物购自巴斯夫，牌号为Ecoflex；淀粉基塑料购自华丽环保科技有限公司，牌号为HL-303，淀粉含量为90％；竹纤维购自奇竹科技发展有限公司，细度为100目；聚乙二醇购自陶氏，牌号为PEG6000，；马来酸酐购自润洋化工有限公司；丁二酸酐购自武汉远成共创科技有限公司；硅烷偶联剂购自日本信越公司，牌号为KBM-403；钛酸酯偶联剂购自重庆市嘉世泰化工有限公司，牌号为L-4；铝酸酯偶联剂购自重庆市嘉世泰化工有限公司，牌号为F-2；硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙购自杭州油脂化工有限公司。
实施例1
将聚乳酸、己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物、淀粉基塑料和竹纤维在60℃下进行真空干燥预处理3h后，取65重量份的聚乳酸、32重量份的己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物、15重量份的淀粉基塑料、15重量份的竹纤维、1重量份的马来酸酐、1重量份的钛酸酯偶联剂和1重量份的硬脂酸锌加入到双螺杆挤出机中熔融共混后挤出造粒，双螺杆挤出机的条件为：挤出温度为200℃，主螺杆转速为150r/min，喂料转速为30r/min，切粒长度为5mm，得到本实施例制备的全生物基可降解材料。
实施例2
将聚乳酸、己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物、淀粉基塑料和竹纤维在60℃下进行真空干燥预处理3h后，取65重量份的聚乳酸、32重量份的己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物、10重量份的淀粉基塑料、20重量份的竹纤维、1重量份的聚乙二醇、1重量份的硅烷偶联剂和1重量份的硬脂酸加入到双螺杆挤出机中熔融共混后挤出造粒，双螺杆挤出机的条件为：挤出温度为200℃，主螺杆转速为150r/min，喂料转速为30r/min，切粒长度为5mm，得到本实施例制备的全生物基可降解材料。
实施例3
将聚乳酸、己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物、淀粉基塑料和竹纤维在60℃下进行真空干燥预处理3h后，取65重量份的聚乳酸、32重量份的己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物、20重量份的淀粉基塑料、10重量份的竹纤维、1重量份的丁二酸酐、1重量份的铝酸酯偶联剂和1重量份的硬脂酸钙加入到双螺杆挤出机中熔融共混后挤出造粒，双螺杆挤出机的条件为：挤出温度为200℃，主螺杆转速为150r/min，喂料转速为30r/min，切粒长度为5mm，得到本实施例制备的全生物基可降解材料。
实施例4
将聚乳酸、己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物、淀粉基塑料和竹纤维在60℃下进行真空干燥预处理3h后，取54重量份的聚乳酸、42重量份的己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物、16重量份的淀粉基塑料、16重量份的竹纤维、1.5重量份的丁二酸酐、1.5重量份的铝酸酯偶联剂和1重量份的硬脂酸钙加入到双螺杆挤出机中熔融共混后挤出造粒，双螺杆挤出机的条件为：挤出温度为200℃，主螺杆转速为150r/min，喂料转速为30r/min，切粒长度为5mm，得到本实施例制备的全生物基可降解材料。
实施例5
将聚乳酸、己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物、淀粉基塑料和竹纤维在60℃下进行真空干燥预处理3h后，取74重量份的聚乳酸、23重量份的己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物、12重量份的淀粉基塑料、12重量份的竹纤维、0.8重量份的丁二酸酐、0.8重量份的铝酸酯偶联剂和1.4重量份的硬脂酸钙加入到双螺杆挤出机中熔融共混后挤出造粒，双螺杆挤出机的条件为：挤出温度为200℃，主螺杆转速为150r/min，喂料转速为30r/min，切粒长度为5mm，得到本实施例制备的全生物基可降解材料。
实施例6
将聚乳酸、己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物、淀粉基塑料和竹纤维在60℃下进行真空干燥预处理3h后，取42重量份的聚乳酸、51重量份的己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物、30重量份的淀粉基塑料、30重量份的竹纤维、2重量份的丁二酸酐、2.5重量份的铝酸酯偶联剂和2.5重量份的硬脂酸钙加入到双螺杆挤出机中熔融共混后挤出造粒，双螺杆挤出机的条件为：挤出温度为200℃，主螺杆转速为150r/min，喂料转速为30r/min，切粒长度为5mm，得到本实施例制备的全生物基可降解材料。
实施例7
将聚乳酸、己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物、淀粉基塑料和竹纤维在60℃下进行真空干燥预处理3h后，取80重量份的聚乳酸、18.5重量份的己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物、10重量份的淀粉基塑料、10重量份的竹纤维、0.5重量份的丁二酸酐、0.5重量份的铝酸酯偶联剂和0.5重量份的硬脂酸钙加入到双螺杆挤出机中熔融共混后挤出造粒，双螺杆挤出机的条件为：挤出温度为200℃，主螺杆转速为150r/min，喂料转速为30r/min，切粒长度为5mm，得到本实施例制备的全生物基可降解材料。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，本对比例不加入淀粉基塑料和竹纤维。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，本对比例不加入竹纤维，且淀粉基塑料的用量为30重量份。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于，本对比例不加入淀粉基塑料，且竹纤维的用量为30重量份。
测试实施例
本测试实施例用于测试实施例1-7和对比例1-3所制备的全生物基可降解材料的拉伸强度、冲击性能和热变形温度。结果见表1。
拉伸强度的测试方法为：GBT 1040-2006。
冲击性能的测试方法为：GB/T 1043-2008。
热变形温度的测试方法为：ISO 75-2013。
表1
由表1可见，本公开将特定比例的竹纤维和淀粉基塑料与聚乳酸和己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物混合联用，所制备的全生物基可降解材料具有较高的拉伸强度以及较好的抗冲击性能和耐热性，与不含竹纤维和淀粉基塑料、或仅含有竹纤维和淀粉基塑料其中一种所制备的材料相比各性能均有显著提升。
以上详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。