CN101851355A - 一种可降解淀粉基塑料母粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可降解淀粉基塑料母粒及其制备方法。该可降解淀粉基塑料母粒由下述原料按其重量份数比制备而成：淀粉40～70、轻质碳酸钙10～20、石粉2～10、塑材13～25、相容剂1～5、润滑剂1～5、改性剂1～5和降解促进剂1～5。本发明的可降解淀粉基塑料母粒加入了轻质碳酸钙和石粉，大大降低了合成高分子的用量，经合理的工艺条件制备，不仅提高了产品质量，还在保证降解效果的前提下使成本降低了45%。
Description
技术领域
本发明涉及生物降解技术领域，特别涉及一种可降解淀粉基塑料母粒及其制备方法。
背景技术
塑料因其质量轻、强度高、化学性能稳定及廉价等优点在许多领域广泛发展。塑料工业发展很快，而用过的塑料尚没有妥善的处理方法，塑料垃圾就给自然环境带来严重的污染。塑料垃圾的丢弃会污染环境，深埋会侵占土地，烧毁则会污染空气，解决问题的根本方法就是研制可降解塑料，以此来代替非降解塑料。
环境降解塑料是一类新型的塑料品种，国外开发可环境降解的塑料始于70年代，当时主要开发光降解塑料，目的在于解决塑料废弃物，尤其是一次性塑料包装制品带来的环境污染问题，至80年代时，开发研究转向以生物降解塑料为主，而且，也出现了不用石油而用可再生资源，如植物淀粉和纤维素，动物甲壳质等为原料生产的生物降解塑料。中国降解塑料的开发研究基本与世界同步。但是，中国降解塑料的研究开发始于农用地膜。中国是一个农业大国，地膜的消费量占世界第一位，为解决累积在农田的残留地膜对植物根系发育造成的危害而影响作物产量，以及残膜对农机机耕操作的妨碍问题，1990年前后，出现了淀粉填充于通用塑料的生物降解塑料，同时，在光降解塑料的基础上，开发同时填充淀粉的兼具光降解和生物降解功能的地膜。近年来，随着人民生活水平的提高，一次性塑料包装制品的使用量日益增加，由此带来的环境污染问题也日趋严重，为此，根据不同用途及环境条件，开发准时可控性环境降解塑料，已成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可降解淀粉基塑料母粒，该可降解淀粉基塑料母粒以淀粉、轻质碳酸钙、石粉、塑材、相容剂、润滑剂、改性剂和降解促进剂为原料，经合理的工艺条件制备，得到一种易于可控降解、具有符合产品要求的强度和柔韧性且加工成本较低的塑料母粒。
本发明的另一目的在于提供一种可降解淀粉基塑料母粒的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种可降解淀粉基塑料母粒，由下述原料按其重量份数比制备而成：
淀粉 40～70
轻质碳酸钙 10～20
石粉 2～10
塑材 13～25
相容剂 1～5
润滑剂 1～5
改性剂 1～5
降解促进剂 1～5；
所述塑材为聚丙烯、聚丙烯树脂或线性聚乙烯。
进一步地，所述的可降解淀粉基塑料母粒，由下述原料按其重量份数比制备而成：
淀粉 65
轻质碳酸钙 7
石粉 3
塑材 15
相容剂 2
润滑剂 2
改性剂 3
降解促进剂 3。
进一步地，所述的可降解淀粉基塑料母粒，由下述原料按其重量份数比制备而成：
淀粉 40
轻质碳酸钙 20
石粉 3
塑材 25
相容剂 2
润滑剂 2
改性剂 3
降解促进剂 5。
所述淀粉为玉米原淀粉或木薯淀粉。
所述石粉为滑石粉或玉石粉。
所述相容剂为植物油、矿物油、铝酸酯偶联剂中的一种或其混合物。
所述润滑剂为聚乙烯蜡。
所述改性剂为衣康酸。
所述降解促进剂为环氧大豆油。
一种可降解淀粉基塑料母粒的制备方法，其制备步骤如下：
A、按所述原料的重量份数比称取各组份；
B、将淀粉、轻质碳酸钙、石粉置于混合机中，在165-180℃温度条件下混合搅拌20-30分钟；
C、加入改性剂，在140-155℃温度条件下混合搅拌2-6分钟；
D、加入相容剂，在140-160℃温度条件下混合搅拌4-6分钟；
E、加入塑材、降解促进剂和润滑剂，在160-175℃温度条件下混合搅拌10-12分钟，然后将混合物物料置于盛料容器中冷却，得到混合基料；
F、将所得混合基料置于造粒设备中进行造粒，即得所述可降解淀粉基塑料母粒，所述造粒设备的温度为120-170℃。
本发明与现有技术相比有如下优点：
1、本发明的可降解淀粉基塑料母粒以淀粉为生物活性物质，添加光、氧、热降解促进剂，在光、氧、热和微生物作用下，具有多重降解的特性。而且其降解过程为诱导期（可控）过后，母粒及其制品失去其原有使用性能，力学性能急剧下降，继之降解为碎片和粉末，最终与环境同化。与现有技术相比其中的合成高分子的分子量显著降低，在有氧环境下可继续降解，最终生成二氧化碳和水，进入空气和土壤后不会造成二次污染。降解周期（诱导期）可视其需要通过改变复合调节剂和生物活性物质的添加量加以控制。
2、利用本发明的可降解淀粉基塑料母粒所吹制的地膜表面光洁，分散均匀，透光率≥70%；其降解周期可控制在2-8个月。
3、利用本发明的可降解淀粉基塑料母粒所生产的塑料膜，具有更好的柔韧性和符合产品要求的强度。塑料膜的横/纵向拉伸力≥1.2N，断裂伸长率≥115%。
4、本发明的可降解淀粉基塑料母粒加入了轻质碳酸钙和石粉，大大降低了合成高分子（聚丙烯、聚丙烯树脂或或线性聚乙烯）的用量，经合理的工艺条件制备，不仅提高了产品质量，还在保证降解效果的前提下使成本降低了45%。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
一种可降解淀粉基塑料母粒，由下述原料按其重量份数比制备而成：
淀粉 40～70
轻质碳酸钙 10～20
石粉 2～10
塑材 13～25
相容剂 1～5
润滑剂 1～5
改性剂 1～5
降解促进剂 1～5；
所述塑材为聚丙烯、聚丙烯树脂或或线性聚乙烯。
以上所述的各种原料可从生产厂家和化工商店采购，其规格和质量符合国家或行业标准要求。
本发明的上述原料中，所述淀粉可以是玉米原淀粉或木薯淀粉。所述石粉可以是滑石粉或玉石粉；玉石粉通常在制备高档终端产品的塑料母料时使用。所述相容剂可以是植物油（如：蓖麻油）、矿物油（如：白矿物油）、铝酸酯偶联剂中的一种或其混合物；当终端产品用于包装或接触食品时，所述相容剂优选植物油。所述润滑剂为聚乙烯蜡。所述改性剂为衣康酸（ItaconicAcid），学名为亚甲基丁二酸（分子式：C5H6O4）。所述降解促进剂为环氧大豆油。
进一步地，一种可降解淀粉基塑料母粒，由下述原料按其重量份数比制备而成：
淀粉 65
轻质碳酸钙 7
石粉 3
塑材 15
相容剂 2
润滑剂 2
改性剂 3
降解促进剂 3。
实施例1：本实施例的一种可降解淀粉基塑料母粒，由下述原料按其重量份数比制备而成：
玉米原淀粉 65
轻质碳酸钙 7
滑石粉 3
聚丙烯树脂 15
铝酸酯偶联剂 2
聚乙烯蜡 2
衣康酸 3
环氧大豆油 3。
在本实施例中，轻质碳酸钙能够增加产品的柔韧性，用于制造塑料地膜或塑料袋时，可使产品蓬松，具有较好的透光率、延展性和柔软性。
滑石粉能够增加产品的强度，即在保证终端产品轻、薄、有较好的透光率和柔韧性的条件下，具有足够的承载负荷的能力。
所述可降解淀粉基塑料母粒的制备方法，以生产100kg该产品为例，其制备步骤如下：
A、按所述原料的重量份数比称取各组份；其中，玉米原淀粉、轻质碳酸钙、滑石粉的原料水分含量要求低于6%。
B、将玉米原淀粉65kg、轻质碳酸钙7kg、滑石粉3kg置于混合机中，在165-180℃温度条件下混合搅拌20-30分钟。
本实施例的混合机是型号为SRL-230/500A的加热/冷却混合机（规格：热混300L/冷混500L）。
C、加入改性剂衣康酸3kg，在148℃温度条件下混合搅拌4分钟。
D、加入相容剂铝酸酯偶联剂2kg，在150℃温度条件下混合搅拌5分钟。
E、加入聚丙烯树脂15kg、降解促进剂环氧大豆油3kg和润滑剂聚乙烯蜡2kg，在167℃温度条件下混合搅拌12分钟，然后将混合物物料置于盛料容器中冷却，得到混合基料。
F、将所得混合基料置于造粒设备中进行造粒，即得所述可降解淀粉基塑料母粒；产品塑料母粒的直径为2mm,长为3-4mm,呈圆柱型。
本实施例步骤F使用的造粒设备是型号为TE-65的平行双螺杆造粒机组（规格：螺杆长径比为44:1，转速为30-500rpm）；所述平行双螺杆造粒机组的双螺杆各区段温度为120-170℃。
采用本发明的制备方法所得到的可降解淀粉基塑料母粒的参数如下：
（1）水分含量：﹤1%；
（2）熔融指数：1-3g/10min；
（3）比重：1-1.2g/cm3。
本实施例的可降解淀粉基塑料母粒，可按照常规方法用于吹制成农用地膜、包装膜、食品袋、保鲜袋、垃圾袋等。其中，在吹制地膜或包装膜母粒用量可视情况和需要，在合成高分子塑料中加入本发明的可降解淀粉基塑料母粒30wt%，采用普通吹膜设备，在温度为160℃-200℃条件下吹制。所吹制的地膜或包装膜表面光洁，分散均匀，透光率≥70%。经检测，所制备的地膜或包装膜的降解周期可控制在3个月左右，3个月后开始降解，完全降解后无任何残留。
所吹制地膜的各项参数为：
含水量≤1%、密度1.1-1.2g/cm3、熔融指数（熔体流动指数）1.5-8g/10min。
所吹制包装膜的各项参数为：
含水量≤1%、密度1.1-1.2g/cm3、熔融指数（熔体流动指数）1.5-8g/10min。
实施例2：本实施例的一种可降解淀粉基塑料母粒，由下述原料按其重量份数比制备而成：
玉米原淀粉 40
轻质碳酸钙 20
滑石粉 3
聚丙烯树脂 25
铝酸酯偶联剂 2
聚乙烯蜡 2
衣康酸 3
环氧大豆油 5。
所述可降解淀粉基塑料母粒的制备方法，以生产100kg该产品为例，其制备步骤如下：
A、按所述原料的重量份数比称取各组份；其中，玉米原淀粉、轻质碳酸钙、滑石粉的原料水分含量要求低于6%。
B、将玉米原淀粉40kg、轻质碳酸钙20kg、滑石粉3kg置于混合机中，在165-180℃温度条件下混合搅拌20-30分钟。
C、加入改性剂衣康酸3kg，在150℃温度条件下混合搅拌5分钟。
D、加入相容剂铝酸酯偶联剂2kg，在150℃温度条件下混合搅拌5分钟。
E、加入聚丙烯树脂25kg、降解促进剂环氧大豆油5kg和润滑剂聚乙烯蜡2kg，在170℃温度条件下混合搅拌10分钟，然后将混合物物料置于盛料容器中冷却，得到混合基料。
F、将所得混合基料置于造粒设备中进行造粒，即得所述可降解淀粉基塑料母粒；产品塑料母粒的直径为2mm,长为3-4mm,呈圆柱型。
本实施例的可降解淀粉基塑料母粒，可按照常规方法用于吹制成农用地膜、包装膜、食品袋、保鲜袋、垃圾袋等。其中，在吹制地膜或包装膜母粒用量可视情况和需要，在合成高分子塑料中加入本发明的可降解淀粉基塑料母粒20wt%，采用普通吹膜设备，在温度为150℃-200℃条件下吹制。所吹制的地膜或包装膜表面光洁，分散均匀，透光率≥70%。经检测，所制备的地膜或包装膜的降解周期可控制在8个月左右，8个月后开始降解，完全降解后无任何残留。
实施例3：本实施例的一种可降解淀粉基塑料母粒，由下述原料按其重量份数比制备而成：
玉米原淀粉 70
轻质碳酸钙 10
滑石粉 2
聚丙烯树脂 13
铝酸酯偶联剂 1
聚乙烯蜡 1
衣康酸 1
环氧大豆油 2。
所述可降解淀粉基塑料母粒的制备方法，以生产100kg该产品为例，其制备步骤如下：
A、按所述原料的重量份数比称取各组份；其中，玉米原淀粉、轻质碳酸钙、滑石粉的原料水分含量要求低于6%。
B、将玉米原淀粉70kg、轻质碳酸钙10kg、滑石粉2kg置于混合机中，在165-180℃温度条件下混合搅拌20-30分钟。
C、加入改性剂衣康酸1kg，在155℃温度条件下混合搅拌3分钟；
D、加入相容剂铝酸酯偶联剂1kg，在155℃温度条件下混合搅拌3分钟；
E、加入聚丙烯树脂13kg、降解促进剂环氧大豆油2kg和润滑剂聚乙烯蜡1kg，在175℃温度条件下混合搅拌10分钟，然后将混合物物料置于盛料容器中冷却，得到混合基料；
F、将所得混合基料置于造粒设备中进行造粒，即得所述可降解淀粉基塑料母粒；产品塑料母粒的直径为2mm,长为3-4mm,呈圆柱型。
本实施例的可降解淀粉基塑料母粒，可按照常规方法用于吹制成农用地膜、包装膜、食品袋、保鲜袋、垃圾袋等。其中，在吹制地膜或包装膜母粒用量可视情况和需要，在合成高分子塑料中加入本发明的可降解淀粉基塑料母粒40wt%，采用普通吹膜设备，在170℃-200℃温度下吹制。所吹制的地膜或包装膜表面光洁，分散均匀，透光率≥70%。经检测，所制备的地膜或包装膜的降解周期可控制在4个月左右，4个月后开始降解，完全降解后无任何残留。
本发明的可降解淀粉基塑料母粒，可按照常规方法用于制备具有固定形状的容器（如包装瓶等）。制备容器时使用100wt%的可降解淀粉基塑料母粒，根据终端产品的要求，容器的降解周期可控制在6-18个月左右，6-18个月后开始降解，完全降解后无残留。
Claims (10)
1.一种可降解淀粉基塑料母粒，其特征在于，由下述原料按其重量份数比制备而成：
淀粉 40～70
轻质碳酸钙 10～20
石粉 2～10
塑材 13～25
相容剂 1～5
润滑剂 1～5
改性剂 1～5
降解促进剂 1～5；
所述塑材为聚丙烯、聚丙烯树脂或线性聚乙烯。
2.根据权利要求1所述的可降解淀粉基塑料母粒，其特征在于，由下述原料按其重量份数比制备而成：
淀粉 65
轻质碳酸钙 7
石粉 3
塑材 15
相容剂 2
润滑剂 2
改性剂 3
降解促进剂 3。
3.根据权利要求1所述的可降解淀粉基塑料母粒，其特征在于，由下述原料按其重量份数比制备而成：
淀粉 40
轻质碳酸钙 20
石粉 3
塑材 25
相容剂 2
润滑剂 2
改性剂 3
降解促进剂 5。
4.根据权利要求1、2或3所述的可降解淀粉基塑料母粒，其特征在于：所述淀粉为玉米原淀粉或木薯淀粉。
5.根据权利要求1、2或3所述的可降解淀粉基塑料母粒，其特征在于：所述石粉为滑石粉或玉石粉。
6.根据权利要求1、2或3所述的可降解淀粉基塑料母粒，其特征在于：所述相容剂为植物油、矿物油、铝酸酯偶联剂中的一种或其混合物。
7.根据权利要求1、2或3所述的可降解淀粉基塑料母粒，其特征在于：所述润滑剂为聚乙烯蜡。
8.根据权利要求1、2或3所述的可降解淀粉基塑料母粒，其特征在于：所述改性剂为衣康酸。
9.根据权利要求1、2或3所述的可降解淀粉基塑料母粒，其特征在于：所述降解促进剂为环氧大豆油。
10.一种可降解淀粉基塑料母粒的制备方法，其特征在于制备步骤如下：
A、按所述原料的重量份数比称取各组份；
B、将淀粉、轻质碳酸钙、石粉置于混合机中，在165-180℃温度条件下混合搅拌20-30分钟；
C、加入改性剂，在140-155℃温度条件下混合搅拌2-6分钟；
D、加入相容剂，在140-160℃温度条件下混合搅拌4-6分钟；
E、加入塑材、降解促进剂和润滑剂，在160-175℃温度条件下混合搅拌10-12分钟，然后将混合物物料置于盛料容器中冷却，得到混合基料；
F、将所得混合基料置于造粒设备中进行造粒，即得所述可降解淀粉基塑料母粒，所述造粒设备的温度为120-170℃。
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