CN101323678A - 一种全生物降解塑料薄膜 - Google Patents

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彭英利
程爱军
雷伟现
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Abstract

本发明公开了一种本全生物降解塑料薄膜由以下重量份数的各原料：玉米或豆类、薯类淀粉40－60份、改性淀粉20－30份、聚乙烯醇10－30份、聚乳酸5－20份为主要成份充分混合后，经造粒机制得粒状材料，再在吹膜设备上经螺杆直径为60－120mm，长径比L/D＝(20－25)∶1，温度为110－130℃的双螺杆挤出机挤出后吹膜即可。本发明的薄膜产品制备工艺简便，而且所形成的互穿网络结构的均质聚合物透明度好、热塑性强、拉伸强度高，可制出满足吹塑要求。终产品具有很好的生物降解性。

Description

一种全生物降解塑料薄膜
技术领域
本发明涉及一种生物降解材料，具体地说是一种全生物降解塑料薄膜。
背景技术
为了解决当前石油塑料薄膜难降解问题，20世纪80年代后就出现以淀粉为原料的可降解塑料制品。现有技术中，以淀粉为主要原料或以淀粉和其它可降解材料为主要原料制成的生物全降解材料具有吹膜性能差的缺陷，利用现有设备无法制成满足使用要求的膜产品。
发明内容
本发明的目的就是提供一种全生物降解塑料薄膜，以降低环境污染，满足市场需求。
本发明是这样实现的：本全生物降解塑料薄膜由以下重量份数的各原料：玉米或豆类、薯类淀粉40～60份、改性淀粉20～30份、聚乙烯醇10～30份、聚乳酸5～20份为主要成份经高速混合机充分混合后，经造粒机制得粒状材料，再在吹膜设备上经螺杆直径为60～120mm，长径比L/D＝(20-25)∶1，温度为110～130℃双螺杆挤出机挤出后吹膜即可。
所述改性淀粉是将粒径为4-26μm的玉米淀粉在温度为64-72℃下进行糊化，制得。本改性淀粉的DSC谱图在110-160℃之间出现明显的熔融吸热峰，说明淀粉分子间的氢键作用被削弱破坏，分子键的扩散能力提高，材料的玻璃化转变温度降低，所以在分解前实现了微晶的熔融，由双螺旋构象转变为无规线团构象，从而使淀粉具备了热塑性加工的可能性。这种改性淀粉与玉米淀粉或豆类淀粉、薯类淀粉、聚乙烯醇(PVA)和聚乳酸(PLA)按上述用量复合共混后，在挤压和热熔过程中，淀粉分子结构发生变异，得到进一步改性。由于选择了适当的原料和适宜的配比，本发明的四种原料共混后经挤压和热熔所形成的互穿网络结构的均质聚合物，在低剪切速率下，未看到牛顿平坦区，而是表现出粘度快速上升。这种行为表明产生屈服应力，即被克服的使熔解聚合物流动的应力。这种具有宾汉流体特性的熔体仅在施加高于屈服应力的剪切力时开始流动。该类材料的加工行为类似于合成聚合物。由于以淀粉为基础的聚合物，在较高温度下急剧降解，因此在加工时加工温度范围要小，加工时停留时间要短。因此，本发明根据该均质聚合物性质对吹膜设备做了降低长径比、减少加工时间的改进，其余步骤按现有技术中的已有设备和工艺执行。经上述吹膜设备按上述工艺条件即可制得符合企业标准的全生物降解塑料薄膜产品。
除上述四种主要原料外，助剂使用现有技术中已有的常用助剂即可。增塑剂可用柠檬酸酯、乳酸酯、甘油或月桂酸酯或其混合物，添加量0.5-10份。柔韧改性剂可用聚乙二醇(PEG)、PEO，添加量为0.5-10份，交联剂可用甲醛以破坏淀粉的团粒结构，添加量为0.5-2.0份。另外，可根据需要添加适当的增色剂如酞青兰等来调整终产品的颜色。
本发明的薄膜产品制备工艺简便，不需要对聚乙烯醇和聚乳酸进行改性，所选用的四种原料经高温挤压所制成的互穿网络结构的均质聚合物透明度好、热塑性强、拉伸强度高，可满足吹塑、注塑的要求。又由于所使用的四种主要原料均为可生物降解材料，因此，终产品具有很好的生物降解性。检测结果显示，24个月内按产品性能要求，在自然环境下可完全降解，且通过对相关土壤进行检测，没有发现有害物质产生。
具体实施方式
实施例1
按以下重量称取各原料：玉米淀粉40公斤、改性淀粉30公斤、聚乙烯醇10公斤、聚乳酸10公斤、柠檬酸酯2公斤、柔韧剂PEO 2公斤、甘油5公斤、酞青兰1公斤。
将称好的各原料在混合罐中充分混合，混合机转速为1050r/min，混合时间为10min。经混合后的原料，置造粒机中进行挤压造粒，转速为80r/min，温度为120-150℃，经高压高温挤出造粒，挤出后冷却成粒。
将上述造粒机制得的母粒进行吹塑制得塑料薄膜产品。
挤出机为单螺杆挤出机，具体工艺条件为：
吹出区段        一         二
温度(℃)        100        110
模头            模头一     模头二
温度(℃)        110        120
螺杆转速        160-37r/min
螺杆直径        70mm
螺杆长度        1300mm
经测试所制膜产品的技术指标如下：
  项目   数据   项目   数据
  相对密度颜色厚度(mm)平整度塑化程度粘闭性吸水率(％)水抽出物(％)破裂穿孔完全降解时间(月)   0.91无0.05二级三级三级0.600.56无24   晶点块耐热度(℃)耐寒度(℃)强度纵向拉伸/Mpa强度横向拉伸/Mpa伸长率纵向断裂/％伸长率横向断裂/％强度纵向撕裂/N/cm强度横向撕裂/N/cm   基本无135低于-151218420440760700
实施例2
按以下重量称取各原料：豆类淀粉60公斤、改性淀粉20公斤、聚乙烯醇10公斤、聚乳酸4公斤、月桂酸酯1公斤、甘油2公斤、聚乙二醇2公斤、酞青兰1公斤。
制备工艺同实施例1
所制得产品技术指标如下表
  相对密度颜色厚度(mm)平整度塑化程度粘闭性吸水率(％)水抽出物(％)破裂穿孔完全降解时间(月)   1.06无0.07二级三级三级0.600.56成品无24   晶点块耐热度(℃)耐寒度(℃)强度纵向拉伸/Mpa强度横向拉伸/Mpa伸长率纵向断裂/％伸长率横向断裂/％强度纵向撕裂/N/cm强度横向撕裂/N/cm   基本无135低于-151513420410720680
实施例3
按以下重量称取各原料：土豆淀粉40公斤、改性淀粉20公斤、聚乙烯醇30公斤、聚乙烯醇4公斤、月桂酸酯1公斤、甘油2公斤、聚乳酸2公斤、酞青兰1公斤。
制备工艺同实施例1
所制得产品技术指标如下表
  相对密度颜色厚度(mm)平整度塑化程度粘闭性吸水率(％)水抽出物(％)破裂穿孔完全降解时间(月)   1.06无0.07二级三级三级0.600.56成品无24   晶点块耐热度(℃)耐寒度(℃)强度纵向拉伸/Mpa强度横向拉伸/Mpa伸长率纵向断裂/％伸长率横向断裂/％强度纵向撕裂/N/cm强度横向撕裂/N/cm   基本无135低于-151513410420710690
实施例4
按以下重量称取各原料：薯类淀粉45公斤、改性淀粉20公斤、聚乙烯醇10公斤、聚乳酸20公斤、月桂酸酯1公斤、甘油2公斤、聚乙二醇1公斤、酞青兰1公斤。
制备工艺同实施例1
所制得产品技术指标如下表
  相对密度颜色厚度(mm)平整度塑化程度粘闭性吸水率(％)水抽出物(％)破裂穿孔完全降解时间(月)   1.06无0.07二级三级三级0.550.56成品无24   晶点块耐热度(℃)耐寒度(℃)强度纵向拉伸/Mpa强度横向拉伸/Mpa伸长率纵向断裂/％伸长率横向断裂/％强度纵向撕裂/N/cm强度横向撕裂/N/cm   基本无135低于-151715430420720700
实施例5
按以下重量称取各原料：玉米淀粉50公斤、改性淀粉25公斤、聚乙烯醇15公斤、聚乳酸5公斤、月桂酸酯1公斤、甘油2公斤、聚乙二醇1公斤、酞青兰1公斤。
制备工艺同实施例1
所制得产品技术指标如下表
  相对密度颜色厚度(mm)平整度塑化程度粘闭性吸水率(％)水抽出物(％)破裂穿孔完全降解时间(月)   1.06无0.07二级三级三级0.600.56成品无24   晶点块耐热度(℃)耐寒度(℃)强度纵向拉伸/Mpa强度横向拉伸/Mpa伸长率纵向断裂/％伸长率横向断裂/％强度纵向撕裂/N/cm强度横向撕裂/N/cm   基本无130低于-151513120210650680
实施例6
按以下重量称取各原料：大米淀粉40公斤、改性淀粉20公斤、聚乙烯醇20公斤、聚乳酸10公斤、月桂酸酯2公斤、甘油5公斤、聚乙二醇2公斤、酞青兰1公斤。
制备工艺同实施例1
所制得产品技术指标如下表
  相对密度颜色厚度(mm)平整度塑化程度粘闭性吸水率(％)水抽出物(％)破裂穿孔完全降解时间(月)   1.06无0.07二级三级三级0.600.56成品无24   晶点块耐热度(℃)耐寒度(℃)强度纵向拉伸/Mpa强度横向拉伸/Mpa伸长率纵向断裂/％伸长率横向断裂/％强度纵向撕裂/N/cm强度横向撕裂/N/cm   基本无130低于-1516.514.570120680702

Claims (3)

1、一种全生物降解塑料薄膜，其特征在于由以下重量份数的各原料：玉米或豆类、薯类淀粉40-60份、改性淀粉20-30份、聚乙烯醇10-30份、聚乳酸5-20份为主要成份充分混合后，经造粒机制得粒状材料，再在吹膜设备上经螺杆直径为60-120mm，长径比L/D＝(20-25)∶1，温度为110-130℃的双螺杆挤出机挤出后吹膜即可。
2、根据权利要求1所述的全生物降解塑料薄膜，其特征在于改性淀粉是将粒径为4-26μm的玉米或豆类、薯类淀粉在温度为64-72℃下进行糊化和接枝共聚所得。
3、根据权利要求2所述的全生物降解塑料薄膜，其特征在于各原料的重量份数为玉米或豆类、薯类淀粉40份、改性淀粉20份、聚乙烯醇20份、聚乳酸10份。
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