CN101942118B - 一种植物纤维淀粉完全生物降解材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植物纤维淀粉完全生物降解材料及其制备方法。是由热塑性玉米淀粉、50-60目的针叶木纤维、聚乳酸、无机填料、交联剂、增溶剂混合后经双螺杆挤出机熔融共混挤出得到的产品。所述热塑性玉米淀粉是由玉米淀粉和增塑剂按照玉米淀粉：增塑剂=40~70：2~5混合，通过单螺杆挤出机挤出得到的产品。本发明通过马来酸二辛脂（MOD）接枝到聚乳酸上，得到马来酸二辛脂（MOD）官能化的聚乳酸与热塑性淀粉的羟基反应，使得PLA与TPS界面相溶，从而提高界面结合力。产品的耐水性和机械性能良好，与现有热塑性玉米淀粉复合包装材料比较其拉伸强度提高了30~60%；挺度提高了15~35%；吸水率%降低13~40%，且无毒环保、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种包装材料,尤其涉及一种植物纤维淀粉完全生物降解材料及其制备方法。
背景技术
目前大量使用的包装材料仍是以不能降解的塑料为主，形成了严重的“白色污染”。现有可降解的包装材料主要还是纸制品，但纸制品成本较高。目前已有植物纤维淀粉完全降解材料的研究，植物纤维来源丰富，如花生壳，废纸粉，麦秆，木屑，竹纤维，针叶木，秸秆等。植物纤维的加入可提供一定的机械强度，提高了热塑性淀粉的吸湿性，并且有利于提高材料生物降解性能。但其耐水性也有限，长期在潮湿空气中，容易吸湿，从而使其机械强度下降，影响包装的质量和效果。淀粉是多糖类化合物，在自然环境下由微生物作用而分解，最终分解为无毒的CO2和H2O，因此是目前广泛使用的一类可生物降解的天然高分子原料之一。其来源广泛（玉米淀粉、马铃薯淀粉、地瓜淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉等），且价格低廉等优点。但是淀粉分子链含有大量羟基，容易在分子链内和分子链外形成氢键，因此难溶，难熔，并且耐水性差，一遇水或长期在潮湿空气中，容易吸收水分，其稳定性下降。
发明内容
本发明的目的在于克服现有完全生物降解材料的缺点,提供一种植物纤维淀粉完全生物降解材料，以实现提高其耐水性，提高其机械强度。
本发明的植物纤维淀粉完全生物降解材料，是由热塑性玉米淀粉、50-60目的针叶木纤维、聚乳酸、无机填料、交联剂、增溶剂混合后经双螺杆挤出机熔融共混挤出得到的产品，所述热塑性玉米淀粉是由玉米淀粉和增塑剂按照玉米淀粉：增塑剂=40~70：2～5混合，通过单螺杆挤出机挤出得到的产品。
所述增塑剂是水和甘油的混合物，其水∶甘油=5～10：3～8。
所述针叶木纤维是将针叶木经过粉碎，过50~60目筛，浸泡在30℃~35℃的重量百分浓度为8%~12%的氯化锂/二甲基乙酰胺的溶液中10~30min；再放置在50℃～70℃的恒温烘干箱中经过36h～48h干燥所得的产品。
所述交联剂为氢氧化钙，所述增溶剂为马来酸二辛脂，所述无机填料是碳酸钙。
其制备方法包括以下步骤：
（1）将玉米淀粉与增塑剂按照玉米淀粉：增塑剂=40~70：2～5混合，通过单螺杆挤出机挤出得到热塑性淀粉，待用；
（2）将针叶木在植物粉碎机中粉碎，过50～60目筛，浸泡在温度30℃～35℃的重量百分比为8～12%的氯化锂/二甲基乙酰胺溶液中10~30分钟；再放置在50℃～70℃的恒温烘干箱中经过36h～48h干燥；
（3）按照热塑性玉米淀粉为42～75份；50～60目的针叶木纤维10～20份；聚乳酸5～10份；无机填料5～10份；交联剂5～10份；增溶剂3～7份备料；
（4）将热塑性淀粉42~75份、处理好的针叶木纤维10～20份、热稳定剂聚乳酸5～10份、增溶剂3～7份，在高速混合机中混合8～10min，再加入无机填充剂5～10份和交联剂5～10份，在高速混合机中10～15min；
（5）通过双螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度为120~140℃，螺杆转速100~120r/min。
本发明充分利用了植物纤维和淀粉的可生物降解、对环境友好、资源丰富，价格低廉等优点，在材料性能上起到有效的协调作用和互补作用。采用增塑剂水和甘油将玉米淀粉与增塑剂通过单螺杆挤出机挤出得到热塑性淀粉，由于水和甘油都是小分子，可以与淀粉中的羟基形成氢键，从而使水和甘油起到增塑玉米淀粉的作用。又添加全降解热稳定剂聚乳酸，可以显著改变材料的吸湿性，降低对环境的湿度敏感性，并且与亲水性的纤维素有很好的粘接力，因此可以作为粘合剂和增强剂，有效改善植物纤维与淀粉之间的均匀混合，提高材料的力学性能。无机填料碳酸钙化学性质不活泼，具有耐化学药品性和电绝缘性，因此一方面可以起到调节材料的稳定性、刚性和硬度，从而提高材料的机械性能和耐热性；另外一方面，可提高材料的耐水性和外观白度，大大地降低成本。增溶剂马来酸二辛脂（MOD）可以解决亲水性的热塑性淀粉与斥水性的聚乳酸界面相容性差的问题，通过自由基反应马来酸二辛脂（MOD）接枝到聚乳酸上，得到马来酸二辛脂（MOD）官能化的聚乳酸的与热塑性淀粉的羟基反应，使得PLA与TPS界面相溶，从而提高界面结合力。氢氧化钙可以作为材料的交联剂，少量加入可以提高材料的耐水性，尺寸稳定性。产品的耐水性和机械性能良好，且无毒环保、成本低。与现有热塑性玉米淀粉复合包装材料比较其拉伸强度提高了30~60%；挺度提高了15~35%；吸水率%降低13~40%。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
（1）将玉米淀粉18千克，与增塑剂甘油0.5千克，水0.7千克混合，通过单螺杆挤出机挤出得到热塑性淀粉19.2千克，待用；
（2）将针叶木在植物粉碎机中粉碎，经过筛选，取50~60目的纤维4.5千克，在温度为30℃～35℃下，浸泡在浓度为8%～12%的25千克的氯化锂/二甲基乙酰胺溶液中10~30分钟；再放置在50℃～70℃的恒温烘干箱中经过36h～48h干燥；
（3）将热塑性淀粉19.2千克、处理好的针叶木纤维以及热稳定剂聚乳酸1.2千克，增溶剂马来酸二辛脂0.5千克，在高速混合机中搅拌8~10min，再加入无机填充剂碳酸钙0.5千克和交联剂氢氧化钙0.6千克，在高速混合机中10~15min。最后在机头温度120~140℃，螺杆转速100~120r/min的双螺杆挤出机挤出造粒，本实施例的产品性能与现有热塑性玉米淀粉复合包装材料性能的比较列于表1：
实施例2：
（1）将玉米淀粉25千克，与增塑剂甘油1千克，水1.5千克混合，通过单螺杆挤出机挤出得到热塑性淀粉27.5千克，待用；
（2）将针叶木在植物粉碎机中粉碎，经过筛选，取50~60目的纤维10千克，在温度为30℃～35℃下，浸泡在浓度为8%～12%的33千克的氯化锂/二甲基乙酰胺溶液中10~30分钟；再放置在50℃～70℃的恒温烘干箱中经过36h～48h干燥；
（3）将热塑性淀粉27.5千克、处理好的针叶木纤维以及热稳定剂聚乳酸3.5千克，增溶剂马来酸二辛脂1.8千克，在高速混合机中搅拌8~10min，再加入无机填充剂碳酸钙1.2千克和交联剂氢氧化钙1千克，在高速混合机中10~15min。最后在机头温度120~140℃，螺杆转速100~120r/min的双螺杆挤出机挤出造粒。本实施例的产品性能与现有热塑性玉米淀粉复合包装材料性能的比较列于表2：
实施例3：
（1）将玉米淀粉40千克，与增塑剂甘油1.2千克，水3千克混合，通过单螺杆挤出机挤出得到热塑性淀粉44.2千克，待用；
（2）将针叶木在植物粉碎机中粉碎，经过筛选，取50~60目的纤维20千克，在温度为30℃～35℃下，浸泡在浓度为8%～12%的50千克的氯化锂/二甲基乙酰胺溶液中10~30分钟；再放置在50℃～70℃的恒温烘干箱中经过36h～48h干燥；
（3）将热塑性淀粉42千克、处理好的针叶木纤维以及热稳定剂聚乳酸8千克，增溶剂马来酸二辛脂2千克，在高速混合机中搅拌8~10min，再加入无机填充剂碳酸钙1千克和交联剂氢氧化钙1千克，在高速混合机中10~15min。最后在机头温度120~140℃，螺杆转速100~120r/min的双螺杆挤出机挤出造粒。本实施例的产品性能本实施例的产品性能与现有热塑性玉米淀粉复合包装材料性能的比较列于表3：
。
Claims (1)
1. 一种植物纤维淀粉完全生物降解材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将玉米淀粉与增塑剂按照玉米淀粉：增塑剂=40~70：2~5比例混合，通过单螺杆挤出机挤出得到热塑性淀粉，待用；
（2）将针叶木在植物粉碎机中粉碎，过50～60目筛，浸泡在温度30℃～35℃的重量百分比为8～12%的氯化锂/二甲基乙酰胺溶液中10~30分钟；再放置在50℃～70℃的恒温烘干箱中经过36h～48h干燥所得的产品；
（3）按照热塑性玉米淀粉为42～75份；50～60目的针叶木纤维10～20份；聚乳酸5份～10份；无机填料5～10份；交联剂5～10份；增容剂3～7份备料；
（4）将热塑性淀粉42～75份、处理好的针叶木纤维10～20份、热稳定剂聚乳酸5～10份、增容剂3～7份，在高速混合机中混合8～10min，再加入无机填料5～10份和交联剂5～10份，在高速混合机中混合10～15min；
（5）通过双螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度为120~140℃，螺杆转速为100~120r/min。
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