CN101003645A

CN101003645A - 用淀粉基物系直接制造全降解材料或成型品的方法

Info

Publication number: CN101003645A
Application number: CNA2006101305553A
Authority: CN
Inventors: 刘津平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-12-25
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2007-07-25

Abstract

本发明提供了一种低制造成本即原料物系低廉的、能赋予成型制品良好的柔性、机械强度、透明度和/或表面光滑性能的用淀粉基物系直接制造全降解材料或成型品的方法，整个制造过程是连续一步的。

Description

用淀粉基物系直接制造全降解材料或成型品的方法

技术领域

本发明属于生物降解材料制造成型领域，涉及一种生物降解材料或成型品的制造方法，特别涉及用淀粉基物系直接制造全降解材料或成型品的方法。

背景技术

当前，生物技术高速发展，生物产业正在全世界范围内迅速成长，预测2020年世界将进入生物经济时代，生物经济正在成为网络经济之后的又一个新经济增长点。淀粉是工业生物产业的原料，淀粉深加工的大多数产品又是采用生物技术形成的生物产业，淀粉及淀粉深加工产品在开发生物能源、生物化工和食品工业、发展绿色制造业、绿色GDP方面将大有作为，可以成为淀粉工业的一个新的经济增长点，为我国发展生物经济做出较大贡献。

用淀粉与通用热塑性高分子材料组合可制造低成本的热塑性高分子材料或成型品，但这类热塑性高分子材料或成型品不可全降解。用淀粉与可生物降解高分子材料组合可制造低成本的生物全降解材料或成型品。这类生物全降解材料或成型品广泛用作包装材料、农用薄膜和纺织材料等。在合适的条件下——适当的温度和湿度——就可以在几个月内被分解，溶解成二氧化碳和水。

中国专利公开说明书CN20410081265.5公开了一种完全生物降解淀粉/聚酯塑料的制造方法，然而所涉及的起始原料之一是粒径为1-9μm的热塑性淀粉，即该公开方法并非直接从淀粉与其它助剂制成淀粉/聚酯塑料。

中国专利ZL94192753.9公开了一种热塑性淀粉的生产方法，即由可再生原料为基础的一种热塑性淀粉的生产方法，该方法包括了将可再生的原料与添加剂混合、加热至两种不同粘度阶段后，挤出成板，干燥，破碎等，制造工艺繁琐。

中国专利ZL01138290.2公开了一种淀粉基生物全降解材料及其制造方法，该材料由65-95％植物淀粉、1-15％反应型助剂和1-30％生物降解高分子化合物组成；制造方法包括：将植物淀粉和反应型增塑剂加入到高速混合机内混合，当温度升至80-130℃时加入可生物降解高分子化合物，降温出料得到粉料，将该粉料加入到螺杆挤出机然后在120--230℃加入反应型增容剂，挤出片材，压光，冷却及定型。因此，所公开的淀粉基生物全降解材料是一种挤出片材。然而，该专利申请人在中国专利公开说明书CN200510018734.3公开了这种生物全降解材料中有的弹性和柔性好，但刚性和韧性不够，有的刚性和韧性好，但其它性能又不能满足要求，一般只适合用于一次性餐具。

中国专利公开说明书CN200410025024.9公开了一种疏水性可完全生物降解材料及其制备方法，其原料物系包括30-70％重量比的淀粉，引发剂等物。中国专利公开说明书CN200510018734.3公开了一种生物降解淀粉塑料的制备方法，原料物系由植物淀粉，脂肪族聚脂和反应型助剂组成，其中淀粉含量为10-85％。制备方法包括：将含增塑剂物系投入啮合同向旋转双螺杆挤出机进行淀粉改性反应，升温至135-175℃时投入脂肪族聚脂共混，升温至150-180℃时加入引发剂，引发聚合反应，制得熔体。所用双螺杆挤出机的长径比大于等于48。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种低制造成本即原料物系低廉的、能赋予成型制品良好的柔性、机械强度、透明度和/或表面光滑性能的淀粉基生物全降解材料的制造方法，克服现有淀粉基生物全降解材料及其制造技术存在的缺陷。

本发明的目的之二在于提供一种低制造成本，即从价格低廉的淀粉基原料物系，直接制造具有优良的柔性、机械强度、透明度和/或表面光滑性能的生物全降解成型品的制造方法，以克服现有淀粉基生物全降解成型制品及其制造技术存在的缺陷。

本发明涉及的方法是：用淀粉基物系，即用来自任何一种或多种可再生物的淀粉、增塑剂、可生物降解聚合物和/或添加剂的组合物系，直接制造生物全降解材料或成型品。其中，可再生物优选为淀粉质农作物。整个制造过程是连续一步的。

其方法包括：在同向旋转双螺杆挤出机达到所设定的温度及螺杆转速后，按重量百分比，先将淀粉50-98％，增塑剂2-40％，添加剂0-10％，同时连续地加入设置在该机器第一区的主进料口；在该物系到达同向旋转双螺杆挤出机的副进料口区时/后，再将可生物降解聚合物0-50％，增塑剂0-20％，添加剂0-20％，同时连续地加入该机器的副进料口，使整个物系在螺杆旋转作用下混合、塑化、熔融均化后，通过具有至少一个截面为圆形、椭圆形、方形或长方形的通道的机头后被造粒、切条或切片，或通过具有至少一个截面为圆形、椭圆形、方形或长方形的通道的机头模具离开挤出机后被直接送入线材、单层或多层复合薄膜、单层或多层复合片材、中空制品、模塑品或压制品成型设备成型为成型品。

按照本发明制造出的粒料、切条或切片可供现有成型设备及采用现有技术制造线材、单层或多层复合薄膜、单层或多层复合片材、中空制品、模塑品或压制品。

本发明所涉及的同向旋转双螺杆挤出机的副进料口设置在对应于螺杆长径比为10至45的机筒区间上。副进料口所在区的后面区段不包含或包含至少一个供连接抽真空装置的抽真空口。主进料口与副进料口之间不包含或包含一个供连接抽真空装置的抽真空口。抽真空装置的工作真空度控制在50MPa-0.005MPa。

副进料口可以设置在挤出机机筒/机身上方，即在挤出机上方进料口上设置加料斗/加料装置，通过它将第二组物系加入挤出机；也可以将副进料口设置在挤出机机筒/机身侧面，通过侧面喂料装置将第二组物系喂入挤出机，或通过螺杆挤出机将第二组物系熔融/混合均匀后从侧面喂入挤出机。从产品质量而言，较佳的是采用侧面喂料装置，最佳的是采用螺杆挤出机，尤其是双螺杆挤出机。

本发明所涉及的同向旋转双螺杆挤出机的主进料口区工作温度低于100℃，其它各区工作温度为80-245℃，机头温度为90-245℃。

本发明所采用的淀粉是来自任何一种可再生物的淀粉或多种淀粉的混合物。

本发明所采用的增塑剂是含至少一个羟基官能团的有机物或聚合物。优选为甘油，乙醇，多元醇或聚乙二醇。

本发明所采用的可生物降解聚合物包括聚乙烯醇，聚丙交酯，聚乙交酯，脂肪族聚脂，芳香族聚酯，D/L型乳酸共聚物，聚己内酯，聚乳酸，聚酯酰胺，脂肪聚酰亚胺，脂肪族-芳香族共聚脂或它们的混合物/共聚物。

本发明所采用的添加剂包括乳化剂、稳定剂、光泽剂、阻燃剂、交联剂、偶联剂、扩链剂、填充剂、改性剂、尿素及其衍生物、加工助剂或着色剂中的一种或多种。其中乳化剂优选为甘油单硬酯酸酯，金属硬脂酸酯。

本发明的显著特点是，按照本发明用淀粉基物系直接制造出的全降解材料或成型品具有优良的柔性、机械强度、透明度和/或表面光滑性能，而且它们的制造成本十分低廉。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明，但本发明并不限于在这些实施例说明范围内。

实施方式1：

将第一组物系：淀粉50-98％，增塑剂2-40％，添加剂0-10％，按比例通过高速混合机混合后，或分别按比例直接计量连续加入达到所设定的操作温度及螺杆转速的同向旋转双螺杆挤出机的主进口。

在齿轮箱驱动下，挤出机的双螺杆同向旋转，将该物系边混合边塑化，不断地朝机头方向输送。

在该物系到达同向旋转双螺杆挤出机的副进料口区时/后，再将按比例通过高速混合机混合后的第二组物系：可生物降解聚合物0-50％，增塑剂0-20％，添加剂0-20％，或分别按比例将第二组物系直接计量，连续加入副进料口，使整个物系在螺杆旋转作用下混合、塑化、熔融均化后，通过具有至少一个截面为圆形、椭圆形、方形或长方形的通道的机头后被造粒、切条或切片。

或使整个物系在螺杆旋转作用下混合、塑化、熔融均化后，通过具有至少一个截面为圆形、椭圆形、方形或长方形的通道的机头模具离开挤出机后被直接送入线材、单层或多层复合薄膜、单层或多层复合片材、中空制品、模塑品或压制品成型及辅助成型设备成型为成型品。

实施方式2(实施例1)：

将50公斤马铃薯淀粉，0.5公斤金属(镁)硬脂酸酯投入高速混合机，转速1200转/分搅拌下，混合8分钟后，出料连续输入到双螺杆挤出机(德国JP工业技术设备有限公司，型号JSK26，螺杆长径比：25)的一区加料口内，当物料到达第三区后，从该区的副进料口计量连续地加入乙二醇，进料量为主进料口进料量的33％，螺杆转速为140转/分，温度在室温-110℃。制成热塑性淀粉材料。

实施方式3(实施例2)：

将25公斤玉米淀粉，0.2公斤甘油单硬脂酸酯，8公斤甘油投入高速混合机，转速1200转/分搅拌下，混合8分钟后，出料连续输入到双螺杆挤出机(德国JP工业技术设备有限公司，型号JSK26，螺杆长径比：35)的一区加料口内，当物料到达第四区后，从该区的副进料口计量连续地，加入经高速混合机混合的5公斤聚乳酸和2公斤甘油的混合物，整个物系在螺杆旋转作用下混合、塑化、熔融均化后，通过具有2个圆形通道的机头模具离开挤出机，在风冷中被切成圆柱形粒料。加料口(一区)温度为30℃，其它各区工作温度为100-220℃，机头温度为180℃。

实施方式4(实施例3)：

将30公斤玉米淀粉，0.22公斤甘油单硬脂酸酯，8.5公斤乙二醇，0.08公斤硬脂酸投入高速混合机，转速1200转份搅拌下，混合8分钟后，出料连续输入到双螺杆挤出机(德国JP工业技术设备有限公司，型号JSK26，螺杆长径比：40)的一区加料口内，当物料到达第四区后，从该区的副进料口计量连续地，加入经高速混合机混合的5.5公斤聚乳酸和2.1公斤甘油的混合物，整个物系在螺杆旋转作用下混合、塑化、熔融均化后，通过一个T型机头离开挤出机进入一个二辊压片机，经该机压片后，压光，冷却成1毫米厚的表面光滑的片材，该片材具有良好的柔性和力学性能。双螺杆挤出机的抽真空装置的工作真空度控制在0.5MPa-0.4MPa。

Claims

1、用淀粉基物系直接制造全降解材料或成型品的方法，其特征在于该方法包括：

1)按重量百分比，将

淀粉50-98％、

增塑剂2-40％、

添加剂0-10％

同时连续加入同向旋转双螺杆挤出机第一区的主进料口；

2)将

可生物降解聚合物0-50％、

增塑剂0-20％、

添加剂0-20％，

在由1)组成的物系到达该机器的副进料口区时/后，连续加入该机器的副进料口，使整个物系在螺杆旋转作用下混合、塑化、熔融均化后，通过具有至少一个圆形、椭圆形、方形或长方形截面通道的机头后被造粒、切条或切片，或通过至少一个圆形、椭圆形、方形、长方形或适当形截面的通道被直接送入线材、单层或多层复合薄膜、单层或多层复合片材、中空制品、模塑品或压制品成型及辅助成型设备成型为成型品。

2、根据权利要求1所述的用淀粉基物系直接制造全降解材料或成型品的方法，其特征在于：所述的同向旋转双螺杆挤出机的副进料口设置在对应于螺杆长径比为10至45的机筒区间上。

3、根据权利要求1所述的用淀粉基物系直接制造全降解材料或成型品的方法，其特征在于：所述的同向旋转双螺杆挤出机的副进料口所在区的后面区段不包含或包含至少一个供连接抽真空装置的抽真空口。

4、根据权利要求1所述的用淀粉基物系直接制造全降解材料或成型品的方法，其特征在于：所述的同向旋转双螺杆挤出机的主进料口与副进料口之间不包含或包含一个供连接抽真空装置的抽真空口。

5、根据权利要求1所述的用淀粉基物系直接制造全降解材料或成型品的方法，其特征在于：所述的同向旋转双螺杆挤出机的主进料口区工作温度低于100℃；其它各区工作温度为80-245℃，机头温度为90-245℃。

6、根据权利要求3或4所述的用淀粉基物系直接制造全降解材料或成型品的方法，其特征在于：所述的抽真空装置的工作真空度控制在50MPa-0.005MPa。

7、根据权利要求1所述的用淀粉基物系直接制造全降解材料或成型品的方法，其特征在于：所述的淀粉是来自任何一种可再生物的淀粉或多种淀粉的混合物。

8、根据权利要求1所述的用淀粉基物系直接制造全降解材料或成型品的方法，其特征在于：所述的增塑剂是含至少一个羟基官能团的有机物或聚合物。

9、根据权利要求1所述的用淀粉基物系直接制造全降解材料或成型品的方法，其特征在于：所述的可生物降解聚合物包括聚乙烯醇，聚丙交酯，脂肪族聚脂，芳香族聚酯，D/L型乳酸共聚物，聚酯酰胺，脂肪聚酰亚胺，脂肪族-芳香族共聚脂或它们的混合物/共聚物。

10、根据权利要求1所述的用淀粉基物系直接制造全降解材料或成型品的方法，其特征在于：所述的添加剂包括乳化剂、稳定剂、光泽剂、阻燃剂、交联剂、偶联剂、扩链剂、填充剂、改性剂、尿素及其衍生物、加工助剂或着色剂中的一种或多种。