一種高相容性淀粉基全生物降解樹脂及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物降解樹脂制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高相容性淀粉基全生物降 解樹脂及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)石油的需求量越來越大，但石油 是不可再生的資源，石油資源隨著各國的大量使用必將面臨枯竭，同時(shí)不可降解的石油基 塑料廢棄物所造成的如污染土壤水源、占用土地資源、威脅生態(tài)環(huán)境等一系列問題不斷惡 化，引起世界各國組織的極大關(guān)注，可生物降解材料的研究成為世界范圍的熱點(diǎn)。
[0003] 植物淀粉是一種天然生物高分子材料，具有可完全降解、來源豐富和價(jià)格低廉等 特點(diǎn)。在生物基高分子材料的應(yīng)用中，淀粉通常作為填料使用，大大降低了生產(chǎn)成本，改善 了材料的生物降解性能。
[0004]但是，由于淀粉本身具有多羥基結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致淀粉與其它合成樹脂相容性差，限制了 其在生物降解材料中的應(yīng)用。
[0005] 因此，開發(fā)一種新高相容性淀粉基全生物降解樹脂的制備方法，不但具有迫切的 研究價(jià)值，也具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和工業(yè)應(yīng)用潛力，這正是本發(fā)明得以完成的動(dòng)力所在和 基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服上述所指出的現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明人對(duì)此進(jìn)行了深入研究，在付出 了大量創(chuàng)造性勞動(dòng)后，從而完成了本發(fā)明。
[0007] 具體而言，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種高相容性淀粉基全生物降解 樹脂及其制備方法，以解決目前淀粉與合成樹脂相容性差的技術(shù)問題。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0009] -種高相容性淀粉基全生物降解樹脂，由包括以下重量份的組分制備而成：
[0010] 植物淀粉30-60，反應(yīng)助劑：1 一10，聚酯類樹脂40-70，塑化劑：2-5，脫模劑： 0.2-1 〇
[0011] 本發(fā)明中，作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述植物淀粉為玉米原淀粉、玉米淀粉和木 薯淀粉的混合物、玉米淀粉和小麥淀粉的混合物中的一種。
[0012] 本發(fā)明中，作為進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，所述玉米淀粉和木薯淀粉的混合物中兩 者重量比例為1:1。
[0013] 本發(fā)明中，作為進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，所述玉米淀粉和小麥淀粉的混合物中兩 者重量比例為1:1。
[0014] 本發(fā)明中，作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述反應(yīng)助劑包括引發(fā)劑、馬來酸酐、硬脂 酸的混合物，還包括偶聯(lián)劑、辛烯基琥珀酸酐、醋酸乙烯酯、丙烯酸中的一種或幾種。
[0015] 本發(fā)明中，作為進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，所述引發(fā)劑為硫酸亞鐵、硝酸鈰銨、雙氧 水、過硫酸銨中的一種或幾種混合物。
[0016]本發(fā)明中，作為進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，所述偶聯(lián)劑為鋁酸酯偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián) 劑、硅烷偶聯(lián)劑中的一種或幾種混合物。
[0017]本發(fā)明中，作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述聚酯類樹脂為PLA和PBAT混合物，其中 PLA和PBAT的質(zhì)量比為（1 -3): 1。
[0018] PLA即聚乳酸，熱穩(wěn)定性好，加工溫度170~230°C，有好的抗溶劑性，可用多種方式 進(jìn)行加工，如擠壓、紡絲、雙軸拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的產(chǎn)品除能生物降解外，生物 相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性好，還具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，因此 用途十分廣泛，可用作包裝材料、纖維和非織造物等，目前主要用于服裝（內(nèi)衣、外衣）、產(chǎn)業(yè) (建筑、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、造紙)和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。
[0019] PBAT屬于熱塑性生物降解塑料，是己二酸丁二醇酯和對(duì)苯二甲酸丁二醇酯的共聚 物，兼具PBA和PBT的特性，既有較好的延展性和斷裂伸長率，也有較好的耐熱性和沖擊性 能;此外，還具有優(yōu)良的生物降解性，是目前生物降解塑料研究中非常活躍和市場應(yīng)用最好 降解材料之一。
[0020] 本發(fā)明中，作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述塑化劑為乙?；鶛幟仕崛□?、環(huán)氧硬 酯酸辛酯、環(huán)氧大豆油中的一種或幾種。
[0021] 本發(fā)明中，作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述脫模劑為聚乙烯蠟、硬脂酰胺、硅油、聚 乙二醇中的一種或幾種。
[0022] -種高相容性淀粉基全生物降解樹脂的制備方法，首先通過物理、化學(xué)的方法將 所述植物淀粉進(jìn)行改性處理，屏蔽淀粉羥基，然后再與聚酯類樹脂、塑化劑、脫模劑共混改 性、造粒后制得尚相容性淀粉基全生物降解樹脂。
[0023] -種高相容性淀粉基全生物降解樹脂的制備方法，包括如下步驟：
[0024] (1)植物淀粉的改性處理
[0025]將植物淀粉投入到溫度為75-85Γ的干法反應(yīng)器內(nèi)，加入反應(yīng)助劑，反應(yīng)時(shí)間為 0.5-3小時(shí)，得到改性淀粉；
[0026] (2)改性淀粉與聚酯類樹脂共混
[0027]向步驟（1)得到的改性淀粉中加入所述聚酯類樹脂，保持溫度在40-85Γ，攪拌速 率為50-200r/min，進(jìn)行共混改性0.5-2小時(shí);然后降溫至25-30°C，并向其中加入PLA和PBAT 混合物，低速攪拌，攪拌速率為50-100r/min，得到粉料；
[0028] (3)造粒
[0029] 將步驟(2)得到的粉料加入至平行同向雙螺桿擠出造粒機(jī)組，溫度110-175°C，模 頭溫度100-150°C，螺桿機(jī)轉(zhuǎn)速50-150rpm，擠出冷卻后造粒。
[0030] 采用了上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的有益效果是：
[0031] 發(fā)明人經(jīng)過大量反復(fù)的試驗(yàn)，采用了混合式的淀粉，尤其是采用了玉米淀粉和木 薯淀粉、玉米淀粉和小麥淀粉，且重量比例均采用1:1。采用混合淀粉可有利于提高樹脂中 淀粉的比重，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本，縮短終端產(chǎn)品的降解時(shí)間。
[0032]發(fā)明人首先將淀粉進(jìn)行了改性，即將植物淀粉投入到溫度為75-85Γ的干法反應(yīng) 器內(nèi)，加入反應(yīng)助劑，反應(yīng)時(shí)間為0.5-3小時(shí);反應(yīng)助劑包括引發(fā)劑、馬來酸酐、硬脂酸的混 合物，還包括偶聯(lián)劑、辛烯基琥珀酸酐、醋酸乙烯酯、丙烯酸中的一種或幾種。發(fā)明人在長期 的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，采用上述反應(yīng)助劑，同時(shí)采用如上的處理方法時(shí)，反應(yīng)助劑能夠?qū)Φ矸圻M(jìn)行 改性，對(duì)淀粉分子的羥基進(jìn)行屏蔽，大大提高淀粉的疏水性能及與樹脂的相容性。
[0033] 本發(fā)明中，加入的環(huán)氧硬酯酸辛酯和環(huán)氧大豆油可作為聚合物PBAT和PLA的分子 橋，有利于增強(qiáng)大分子聚合物的鏈接，進(jìn)而加強(qiáng)其與改性淀粉的相容性，最終形成高相容性 的均相體系，增強(qiáng)物料的拉伸強(qiáng)度，而且，在加入改性淀粉后，能夠保證降解樹脂的強(qiáng)度。
[0034] 綜上所述，本發(fā)明的淀粉基全生物降解樹脂淀粉含量高，物料相容性好，力學(xué)性能 優(yōu)，可完全生物降解，可適用于吹塑、吹膜等塑料加工工藝，制品表面光滑、分散均勻、透光 率高，力學(xué)強(qiáng)度符合相關(guān)要求。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。但這些例舉性實(shí)施方式的用途和目 的僅用來例舉本發(fā)明，并非對(duì)本發(fā)明的實(shí)際保護(hù)范圍構(gòu)成任何形式的任何限定，更非將本 發(fā)明的保護(hù)范圍局限于此。
[0036] 實(shí)施例1
[0037] -種高相容性淀粉基全生物降解樹脂，由包括以下重量份的組分制備而成:植物 淀粉30，反應(yīng)助劑：1，聚酯類樹脂40，塑化劑:2，脫模劑:0.2。其中，所述植物淀粉為玉米原 淀粉。所述反應(yīng)助劑為硫酸亞鐵、硝酸鈰銨、馬來酸酐、硬脂酸、辛烯基琥珀酸酐的混合物。 所述聚酯類樹脂為PLA和PBAT混合物，其中PLA和PBAT的質(zhì)量比為1:1。所述塑化劑為乙?；?檸檬酸三丁酯。所述脫模劑為聚乙烯蠟、硬脂酰胺的混合物。
[0038] 本實(shí)施例的制備方法包括如下步驟：
[0039] (1)植物淀粉的改性處理
[0040]將植物淀粉投入到溫度為75°C的干法反應(yīng)器內(nèi)，加入反應(yīng)助劑，反應(yīng)時(shí)間為0.5小 時(shí)，得到改性淀粉；
[0041 ] (2)改性淀粉與聚酯類樹脂共混
[0042]向步驟(1)得到的改性淀粉中加入所述聚酯類樹脂，保持溫度在40°C，攪拌速率為 50r/min，進(jìn)行共混改性0.5小時(shí);然后降溫至25°C，并向其中加入PLA和PBAT混合物，低速攪 拌，攪拌速率為500r/min，得到粉料；
[0043] (3)造粒
[0044] 將步驟(2)得到的粉料加入至平行同向雙螺桿擠出造粒機(jī)組，溫度110°C，模頭溫 度100 °C，螺桿機(jī)轉(zhuǎn)速50rpm，擠出冷卻后造粒。
[0045] 母粒顏色為白色或淡黃色，細(xì)膩、有光澤。
[0046] 實(shí)施例2
[0047] -種高相容性淀粉基全生物降解樹脂，由包括以下重量份的組分制備而成:植物 淀粉60，反應(yīng)助劑：10，聚酯類樹脂70，塑化劑:5，脫模劑:1。其中，所述植物淀粉為玉米淀粉 和木薯淀粉的混合物，所述玉米淀粉和木薯淀粉的混合物中兩者重量比例為1:1。所述反應(yīng) 助劑為硫酸亞鐵、硝酸鈰銨、雙氧水、過硫酸銨、馬來酸酐、硬脂酸、鋁酸酯偶聯(lián)劑、醋酸乙烯 酯、丙烯酸的混合物。所述聚酯類樹脂為PLA和PBAT混合物，其中PLA和PBAT的質(zhì)量比為3:1。 所述塑化劑為環(huán)氧硬酯酸辛酯、環(huán)氧大豆油的混合物。所述脫模劑為聚乙烯蠟、硬脂酰胺、 硅油、聚乙二醇的混合物。
[0048]本實(shí)施例的制備方法包括如下步驟：
[0049] (1)植物淀粉的改性處理
[0050]將植物淀粉投入到溫度為85°C的干法反應(yīng)器內(nèi)，加入反應(yīng)助劑，反應(yīng)時(shí)間為3小 時(shí)，得到改性淀粉；
[0051 ] (2)改性淀粉與聚酯類樹脂共混
[0052]向步驟(1)得到的改性淀粉中加入所述聚酯類樹脂，保持溫度在85°C，攪拌速率為 200r/min，進(jìn)行共混改性2小時(shí)；然后降溫至30°C，并向其中加入PLA和TOAT混合物，低速攪 拌，攪拌速率為l〇〇r/min，得到粉料；
[0053] (3)造粒
[0054] 將步驟(2)得到的粉料加入至平行同向雙螺桿擠出造粒機(jī)組，溫度175°C，模頭溫 度150 °C，螺桿機(jī)轉(zhuǎn)速150rpm，擠出冷卻后造粒。
[0055] 母粒顏色為白色或淡黃色，細(xì)膩、