CN101250385B

CN101250385B - 一种生物全降解环保热熔胶的制备方法

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Publication number: CN101250385B
Application number: CN2008100355836A
Authority: CN
Inventors: 任天斌; 王永涛; 朱金鑫; 何土垚; 付宏业; 吴杰; 任杰
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2028-04-03
Also published as: CN101250385A

Abstract

本发明属于高分子材料加工技术领域，具体涉及一种生产生物全降解环保型热熔胶的方法。通过玉米淀粉改性和共混挤出的加工工艺，制造出生物全降解环保型热熔胶，具体步骤如下：将玉米淀粉与增塑剂、阻隔剂、增强剂、润滑剂、填料按比例配合加入搅拌机内，在50～80℃温度下，1000～3000rpm进行搅拌，制备出改性淀粉。再将改性淀粉、生物可降解聚酯、增黏剂、黏度调节剂、增塑剂、抗氧化剂、填料混合后，利用双螺杆挤出机进行共混挤出，挤出机温度为100～180℃，螺杆转数40～200rpm。改性淀粉为40～60％，生物可降解聚酯为0～30％，增黏剂为20～30％，黏度调节剂为5～10％，增塑剂为0～10％，抗氧化剂为0.5～1％，填料为0～10％。本发明得到的热熔胶相容性良好，产物均一，具有成本低、初粘强度好并且生物全降解的优点，可广泛用于纸盒、书籍无线装订、无纺布制作等领域。

Description

一种生物全降解环保热熔胶的制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料加工技术领域，具体涉及一种生物全降解环保热熔胶的制备方法。

背景技术

在热熔胶的生产中，过去一般只考虑其粘接性能，而不考虑其降解性。近年来，随着热熔胶的用量的大幅增长，其引发的问题也日益凸现。生产热熔胶的基体树脂最常用的有乙烯及其共聚物、聚烯烃、苯乙烯及其嵌段共聚物等高分子有机物，由于其结构特性，使得其不能为环境中的微生物降解或水解，因此会对环境的保护及材料循环利用带来许多不利因素。随着环保法规的日趋健全和人们环保意识的增强，生产粘接强度好并且可降解的环保型热熔胶已成为胶粘剂行业的重要发展方向。

专利JP2003020463以淀粉糊浆为天然高分子基料，与适量增塑剂、稳定剂等其它助剂共聚合成生物降解热熔胶。该热熔胶在制箱、制纸包装装订作业中可有效解决废纸再生处理的环保问题。专利JP4145181通过在含氧化烯基团的聚乙烯醇PVA树脂(组分A)中加入淀粉(组分B：最好是玉米淀粉)混合制成海岛型A、B双组分结构的天然高分子型生物降解热熔胶。专利EP0609952用淀粉、尿素为天然高分子基料，按3/1-3/97的淀粉/尿素比例混合，在无需氧化处理条件下制备可生物降解的热熔胶，制作方法简单，成本低廉，该热熔胶可广泛用于纸张和无纺布织物包装材料上。专利WO9222606利用含有从淀粉、麦芽糖糊精衍生得到的如烷基配糖物、多聚糖等可溶性糖，它能有效地提高热熔胶的流动熔融性能，提高了一般淀粉基热熔胶的性能。专利US5498224以淀粉或其磺化酯产物为基体，添加含有极性的蜡质合成含极性的，对水敏感的热熔胶，它能在水作用下发生水解，进而在废弃物处理中来降低或消除环境污染。另外专利US5454862用改性酯化淀粉作为天然高分子聚合物基料来制备生物降解热熔胶，将0-20％的淀粉或其改性产物与聚乳酸及其他助剂组分进行共混，制得天然高分子可生物降解的热熔胶。专利US5312850在聚乳酸基料中加入0-20％的淀粉进行复合，也制成了一种可生物降解热熔胶。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物全降解环保型热熔胶的制备方法。

本发明提出的生物全降解环保型热熔胶的制备方法，通过玉米淀粉改性工艺获得改性淀粉，再将得到的改性淀粉与生物可降解的聚酯、增黏剂、黏度调节剂、增塑剂和抗氧剂按比例配合后进行共混挤出，制造出生物全降解环保型热熔胶；具体步骤如下：

(1)将玉米淀粉与增塑剂、阻隔剂、增强剂、润滑剂和填料按配比混合后，加入搅拌机内，在50～80℃温度下，在1000～3000rpm转速下搅拌50-80分钟，制备得到改性淀粉；组分的重量百分比为：

淀粉为78～82wt％，增塑剂为1～5wt％，阻隔剂为1～4wt％，增强剂为2～5wt％，润滑剂为1～5wt％，填料为0～5wt％，其总重量满足100％；

(2)将步骤(1)得到的改性淀粉与生物可降解聚酯、增黏剂、黏度调节剂、增塑剂、抗氧化剂、填料按比例混合均匀；组分的重量百分比为：

改性淀粉为40～60wt％，生物可降解聚酯为0～30wt％，增黏剂为20～30wt％，黏度调节剂为5～10wt％，增塑剂为0～10wt％，抗氧化剂0.5～1wt％，填料为0～10wt％，其总重量满足100％；

(3)将步骤(2)得到的合料加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，加料口到机头温度为100～180℃，螺杆转数40～200rpm，物料的停留时间为2～4分钟；

(4)将步骤(3)得到的挤出产物经冷却，造粒和包装，即得所需产品。

本发明中，步骤(1)中所述增塑剂为水、尿素、甘油、聚乙二醇400或聚乙二醇4000中任一种；所述阻隔剂为钠基蒙脱土、镍基蒙脱土、镁基蒙脱土或烷基季胺盐有机化改性蒙脱土中任一种；所述增强剂为乙基纤维素、甲基纤维素、乙酸苯二甲酸纤维素或乙酸丁二酸纤维素中任一种；所述润滑剂一般为硬脂酸类物质，如硬脂酸钙、硬脂酸镁或硬脂酸钠等中一至多种复合使用；所述填料有轻质碳酸钙或滑石粉等中一至多种。

本发明中，步骤(2)中所述热塑性生物可降解聚酯为PLA、PCL或PBAT中任一种；所述增黏剂为松香树脂、萜烯树脂或二者的改性衍生物之中任一种；所述黏度调节剂为烷烃石蜡、微晶石蜡或合成蜡中任一种；所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯之中任一种；所述抗氧剂为2，6-二叔丁基对甲苯酚或4，4’硫代双(3-甲基-6-叔丁基)苯酚之中任一种。调节淀粉与上述各组份的相对含量，可对产品的性能进行控制，生产出符合不同使用条件的产品。

本发明中，PLA重均分子量为3～8万，PCL重均分子量为6～14万，PBAT重均分子量为6～12万。

利用本发明方法得到的热熔胶各组份之间相容性良好，产物均一，具有成本低、初粘强度好并且生物全降解的优点，可广泛应用于纸盒、书籍无线装订、无纺布制作等领域。

本发明的有益效果

1.利用本发明方法制备出的环保型热熔胶产品，以改性的玉米淀粉为主要基体材料，大幅降低产品的成本。在玉米淀粉中加入特定助剂，运用高温高搅的方法进行改性淀粉的生产方法简便易行，适宜工业化大规模生产；

2.利用本发明方法生产得到的环保型热熔胶产品，产品物相均匀，性能稳定，生产设备投资小，生产成本低。同时产品的粘接性能可以通过淀粉、生物可降解聚酯和增粘剂的相对加入量进行调节，得到的系列化产品可广泛运用于纸盒、书籍无线装订、无纺布制作等诸多领域。

3、利用本发明方法生产得到的热熔胶产品为生物全降解环保型热熔胶，可运用于可降解材料及需要回收利用的材料的粘接，根据实际使用要求调节配方，可控制胶体材料的降解时间，有利于环境保护和资源的循环利用。

具体实施方式

实施例1

玉米淀粉410克加入高搅机内，再加入甘油20克、PEG(400)5克、钠基蒙脱土20克、乙基纤维素20克、硬脂酸钙25克，在温度80℃下，3000rpm高速搅拌1小时出料。在制得的改性淀粉当中加入PLA树脂200克，萜烯树脂150克，聚乙烯蜡100克，邻苯二甲酸二辛酯40克，2，6-二叔丁基对甲苯酚10克，然后低速搅拌混合均匀，加入预热的挤出机料斗中，设定加料口到机头温度为120～180℃，螺杆转速80rpm条件下进行挤出，挤出产物造粒，即得热熔胶产品。

实施例2

玉米淀粉320克加入高搅机内，再加入甘油10克、镍基蒙脱土15克、甲基纤维素10克、单硬脂酸甘油酯20克、碳酸钙25克，在温度80℃下，1000rpm高速搅拌约30分钟出料。在制得的改性淀粉当中加入PCL 300克，萜烯树脂240克，聚乙烯蜡50克，4，4’硫代双(3-甲基-6-叔丁基)苯酚10克，然后低速搅拌混合均匀，加入预热的挤出机料斗中，设定挤出温度为100～150℃，螺杆转速200rpm条件下进行挤出，挤出产物造粒，即得热熔胶产品。测得熔点为160～165℃，初始剪切强度为25N/5.0cm。

实施例3

玉米淀粉400克加入高搅机内，再加入尿素10克、水20克、单硬脂酸甘油酯5克、镁基蒙脱土15克、乙酸丁二酸纤维素25克、轻质碳酸钙25克，在温度50℃下，3000rpm高速搅拌约50分钟出料。在制得的改性淀粉当中加入PBAT树脂200克，萜烯树脂200克，聚乙烯蜡100克，4，4’硫代双(3-甲基-6-叔丁基)苯酚5克，然后低速搅拌混合均匀，加入预热的挤出机料斗中，设定挤出机温度为130～170℃，螺杆转速80rpm条件下进行挤出，挤出产物造粒，即得热熔胶产品。

实施例4

玉米淀粉480克加入高搅机内，再加入PEG-4000 20克、水10克、单硬脂酸甘油酯10克、烷基季胺盐有机化改性蒙脱土20克、乙酸苯二甲酸30克、滑石粉30克，在温度70℃下，2000rpm高速搅拌约1小时出料。在制得的改性淀粉当中加入萜烯树脂200克，聚乙烯蜡90克，邻苯二甲酸二丁酯100克，4，4’硫代双(3-甲基-6-叔丁基)苯酚10克，然后低速搅拌混合均匀，加入预热的挤出机料斗中，设定挤出机温度为100～135℃，螺杆转速40rpm条件下进行挤出，挤出产物造粒，即得热熔胶产品。

实施例5

玉米淀粉440克加入高搅机内，再加入甘油15克、尿素10克、钠基蒙脱土25克、乙基纤维素15克、硬脂酸钠20克、滑石粉25克，在温度60℃，3000rpm条件下高速搅拌约1小时出料。在制得的改性淀粉当中加入PCL树脂100克，松香树脂200克，聚乙烯蜡100克，邻苯二甲酸二丁酯50克，2，6-二叔丁基对甲苯酚5克，然后低速搅拌混合均匀，加入预热的挤出机料斗中，设定加料口到机头温度为130～160℃，螺杆转速100rpm条件下进行挤出，挤出产物造粒，即得热熔胶产品。

Claims

1.一种生物全降解环保型热熔胶的制备方法，其特征在于通过玉米淀粉改性工艺获得改性淀粉，再将得到的改性淀粉与生物可降解的聚酯、增黏剂、黏度调节剂、增塑剂和抗氧剂按比例配合后进行共混挤出，制造出生物全降解环保型热熔胶；具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的生物全降解环保型热熔胶的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述增塑剂为甘油、聚乙二醇400或聚乙二醇4000中任一种；所述阻隔剂为钠基蒙脱土、镍基蒙脱土、镁基蒙脱土或烷基季铵盐有机化改性蒙脱土中任一种；所述增强剂为乙基纤维素、甲基纤维素、乙酸苯二甲酸纤维素或乙酸丁二酸纤维素中任一种；所述润滑剂为硬脂酸类物质，所述填料有轻质碳酸钙或滑石粉中一至多种。

3.根据权利要求2所述的生物全降解环保型热熔胶的制备方法，其特征在于所述硬脂酸类物质为硬脂酸钙、硬脂酸镁或硬脂酸钠中一至多种。

4.根据权利要求1所述的生物全降解环保型热熔胶的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述热塑性生物可降解聚酯为PLA、PCL或PBAT中任一种；所述增黏剂为松香树脂、萜烯树脂或二者的改性衍生物之中任一种；所述黏度调节剂为烷烃石蜡、微晶石蜡或合成蜡中任一种；所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯之中任一种；所述抗氧剂为2，6-二叔丁基对甲苯酚或4，4’硫代双(3-甲基-6-叔丁基)苯酚之中任一种。

5.根据权利要求4所述的生物全降解环保型热熔胶的制备方法，其特征在于PLA重均分子量为3～8万，PCL重均分子量为6～14万，PBAT重均分子量为6～12万。