CN102161780B - 一种硫酸钙玉米淀粉聚乳酸复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种硫酸钙玉米淀粉聚乳酸复合材料及其制备方法，该复合材料由以下重量份数的原料制成：玉米淀粉30－60份、聚乳酸20－50份、无机填料硫酸钙5－15份、增塑剂乙二醇5－20份、增溶剂马来酸二辛脂10－20份。其制备方法是，将玉米淀粉、增塑剂乙二醇和无机填充剂硫酸钙，加入高速混合机中，在常温下混合8－15min；将聚乳酸与增溶剂马来酸二辛脂混合，在常温下反应30－65min，再加入高速混合机中，与所得玉米淀粉、乙二醇和硫酸钙的混合物于常温下混合20－45min；将所得混合物通过双螺杆挤出机挤出，造粒。本发明之硫酸钙玉米淀粉聚乳酸复合材料，强度高，耐水性好，成本低，可生物降解。
Description
技术领域
本发明涉及一种硫酸钙玉米淀粉聚乳酸复合材料及其制备方法。
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是纸制品和热塑性淀粉，但纸制品易吸水，一旦吸水，就容易腐烂而失去力学强度，热塑性淀粉材料较脆，同样也容易吸水，尺寸稳定性差，热塑性加工性能也较差，因此成本较高。植物淀粉价格低，来源丰富（如玉米淀粉、马铃薯淀粉、地瓜淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉等），并且在自然环境下可完全生物分解，因此应用于生产可降解材料的研究和生产中，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（即热塑性加工性能差），并且耐水性差，一遇水或长期存放在潮湿环境中，容易吸收水分，导致其稳定性下降。总体来说，当前可完全生物降解材料还存在着生产成本高，难以加工，且力学性能不够等缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种强度高，耐水性好，成本低，可生物降解的硫酸钙玉米淀粉聚乳酸（PLA）复合材料及其制备方法。
本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是：
本发明之硫酸钙玉米淀粉聚乳酸复合材料由以下重量份数的原料制成：玉米淀粉30－60份、聚乳酸（PLA） 20－50份、无机填料硫酸钙5－15份、增塑剂乙二醇5－20份、增溶剂马来酸二辛脂（MOD）10－20份。
改进力学性能优选的重量配比为：玉米淀粉30份、聚乳酸（PLA） 30份、无机填料硫酸钙5份、增塑剂乙二醇20份、增溶剂马来酸二辛脂（MOD）15份。
改进降解性优选的配比为：玉米淀粉60份、聚乳酸（PLA） 20份、无机填料硫酸钙5份、增塑剂乙二醇5份、增溶剂马来酸二辛脂（MOD）10份。
本发明之硫酸钙玉米淀粉聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将玉米淀粉、增塑剂乙二醇和无机填充剂硫酸钙，加入高速混合机中，在常温下混合8－15min（优选10 min），得玉米淀粉、增塑剂乙二醇和无机填充剂硫酸钙的混合物；
（2）将聚乳酸与增溶剂马来酸二辛脂（MOD）混合，在常温下反应30－65min（优选60min），再加入高速混合机中，与步骤（1）所得混合物于常温下混合20－45min（优选40min），得玉米淀粉、增塑剂乙二醇、无机填充剂硫酸钙、聚乳酸和增溶剂马来酸二辛脂的混合物；
（3）将步骤（2）所得混合物通过双螺杆挤出机挤出，造粒，控制机头温度为90－150℃（优选120℃），螺杆转速为100－120r/min（优选110r/min）。
本发明采用的玉米淀粉可生物降解，对环境友好，资源丰富，价格低廉，有利于加速材料在自然环境中的降解。本发明通过自由基反应将马来酸二辛脂（MOD）接枝到聚乳酸上，得到的马来酸二辛脂（MOD）官能化的聚乳酸能与玉米淀粉的羟基反应，聚乳酸与亲水性的玉米淀粉有很好的粘接力，能够提高界面结合力，因此可以作为粘合剂和增强剂，有效改善其与淀粉之间的均匀混合，提高材料的力学性能。无机填料硫酸钙化学性质不活泼，具有耐化学药品性和电绝缘性，因此一方面可以调节材料的稳定性、刚性和硬度，从而提高材料的力学性能和耐热性；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。由于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，加入增塑剂乙二醇，乙二醇是小分子物质，渗透力强，分子中的羟基可以与淀粉中的羟基形成氢键，从而使玉米淀粉具有很好的热塑性加工性能。
本发明之硫酸钙玉米淀粉聚乳酸复合材料，强度高，耐水性好，成本低，可生物降解。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本实施例原料重量配比：玉米淀粉6Kg、聚乳酸（PLA）6Kg、无机填料硫酸钙1Kg、增塑剂乙二醇4Kg、增溶剂马来酸二辛脂（MOD）3Kg。
制备方法：
（1）将玉米淀粉、增塑剂乙二醇和无机填充剂硫酸钙，加入高速混合机中，在常温下混合10min，得玉米淀粉、增塑剂乙二醇和无机填充剂硫酸钙的混合物；
（2）将聚乳酸与增溶剂马来酸二辛脂（MOD）混合，在常温下反应60min，再加入高速混合机中，与步骤（1）所得混合物于常温下混合40min，得玉米淀粉、增塑剂乙二醇、无机填充剂硫酸钙、聚乳酸和增溶剂马来酸二辛脂的混合物；
（3）将步骤（2）所得混合物通过双螺杆挤出机挤出，造粒，控制机头温度为120℃，螺杆转速为110r/min。
本实施例产品性能检测，拉伸强度按GB/T12914－2008规定方法进行，断裂伸长率按GB/T12914－2008规定方法进行，材料降解性能的评价采用土埋生物降解实验（本生物降解实验采用比较简单的室内土埋法，环境温度18士5℃，所用土壤为普通户外土壤，降解实验开始后每隔10天加一定量的水，保持潮湿。间隔30天后，取出试样，冲洗掉表面泥土并放于50℃烘箱中烘干24小时，然后计算失重率）,其实验结果如表1。
实施例2
本实施例原料重量配比：玉米淀粉10Kg、聚乳酸（PLA）6Kg、无机填料硫酸钙1Kg、增塑剂乙二醇4Kg、增溶剂马来酸二辛脂（MOD）2Kg。
制备方法：
（1）将玉米淀粉、增塑剂乙二醇和无机填充剂硫酸钙，加入高速混合机中，在常温下混合10min，得玉米淀粉、增塑剂乙二醇和无机填充剂硫酸钙的混合物；
（2）将聚乳酸与增溶剂马来酸二辛脂（MOD）混合，在常温下反应60min，再加入高速混合机中，与步骤（1）所得混合物于常温下混合40min，得玉米淀粉、增塑剂乙二醇、无机填充剂硫酸钙、聚乳酸和增溶剂马来酸二辛脂的混合物；
（3）将步骤（2）所得混合物通过双螺杆挤出机挤出，造粒，控制机头温度为110℃，螺杆转速为100r/min。
本实施例产品性能检测，拉伸强度按GB/T12914一2008规定方法进行，断裂伸长率按GB/T12914一2008规定方法进行，材料降解性能的评价采用土埋生物降解实验（本生物降解实验采用比较简单的室内土埋法，环境温度18士5℃，所用土壤为普通户外土壤，降解实验开始后每隔10天加一定量的水，保持潮湿。间隔30天后，取出试样，冲洗掉表面泥土并放于50℃烘箱中烘干24小时，然后计算失重率）,其实验结果如表1。
实施例3
本实施例原料重量配比：玉米淀粉12Kg、聚乳酸（PLA）4Kg、无机填料硫酸钙1Kg、增塑剂乙二醇1Kg、增溶剂马来酸二辛脂（MOD）2Kg。
制备方法：
（1）将玉米淀粉、增塑剂乙二醇和无机填充剂硫酸钙，加入高速混合机中，在常温下混合10min，得玉米淀粉、增塑剂乙二醇和无机填充剂硫酸钙的混合物；
（2）将聚乳酸与增溶剂马来酸二辛脂（MOD）混合，在常温下反应60min，再加入高速混合机中，与步骤（1）所得混合物于常温下混合40min，得玉米淀粉、增塑剂乙二醇、无机填充剂硫酸钙、聚乳酸和增溶剂马来酸二辛脂的混合物；
（3）将步骤（2）所得混合物通过双螺杆挤出机挤出，造粒，控制机头温度为120℃，螺杆转速为110r/min。
本实施例产品性能检测，拉伸强度按GB/T12914一2008规定方法进行，断裂伸长率按GB/T12914一2008规定方法进行，材料降解性能的评价采用土埋生物降解实验（本生物降解实验采用比较简单的室内土埋法，环境温度18士5℃，所用土壤为普通户外土壤，降解实验开始后每隔10天加一定量的水，保持潮湿。间隔30天后，取出试样，冲洗掉表面泥土并放于50℃烘箱中烘干24小时，然后计算失重率）,其实验结果如表1。
表1 实施例1－3产品与聚乳酸性能检测结果比较
| 拉伸强度MPa | 断裂伸长率% | 失重率% | 吸水率% | |
| 实施例1 | 14.2 | 69.3 | 38.5 | 22.5 |
| 实施例2 | 12.5 | 63.5 | 42.3 | 27.2 |
| 实施例3 | 11.3 | 61.3 | 48.6 | 28.6 |
| 聚乳酸 | 10.5 | 40.0 | 24.7 | － |
Claims (4)
1. 一种硫酸钙玉米淀粉聚乳酸复合材料，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：玉米淀粉30－60份、聚乳酸20－50份、无机填料硫酸钙5－15份、增塑剂乙二醇5－20份、增溶剂马来酸二辛脂10－20份；
所述硫酸钙玉米淀粉聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将玉米淀粉、增塑剂乙二醇和无机填充剂硫酸钙，加入高速混合机中，在常温下混合8－15min，得玉米淀粉、增塑剂乙二醇和无机填充剂硫酸钙的混合物；
（2）将聚乳酸与增溶剂马来酸二辛脂混合，在常温下反应30－65min，再加入高速混合机中，与步骤（1）所得混合物于常温下混合20－45min，得玉米淀粉、增塑剂乙二醇、无机填充剂硫酸钙、聚乳酸和增溶剂马来酸二辛脂的混合物；
（3）将步骤（2）所得混合物通过双螺杆挤出机挤出，造粒，控制机头温度为90－150℃，螺杆转速为100－120r/min。
2.根据权利要求1所述的硫酸钙玉米淀粉聚乳酸复合材料，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：玉米淀粉30份、聚乳酸30份、无机填料硫酸钙5份、增塑剂乙二醇20份、增溶剂马来酸二辛脂15份。
3.根据权利要求1所述的硫酸钙玉米淀粉聚乳酸复合材料，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：玉米淀粉60份、聚乳酸20份、无机填料硫酸钙5份、增塑剂乙二醇5份、增溶剂马来酸二辛脂10份。
4.根据权利要求1或2或3所述的硫酸钙玉米淀粉聚乳酸复合材料，其特征在于，所述制备方法，包括以下步骤：
（1）将玉米淀粉、增塑剂乙二醇和无机填充剂硫酸钙，加入高速混合机中，在常温下混合10min，得玉米淀粉、增塑剂乙二醇和无机填充剂硫酸钙的混合物；
（2）将聚乳酸与增溶剂马来酸二辛脂混合，在常温下反应60min，再加入高速混合机中，与步骤（1）所得混合物于常温下混合40min，得玉米淀粉、增塑剂乙二醇、无机填充剂硫酸钙、聚乳酸和增溶剂马来酸二辛脂的混合物；
（3）将步骤（2）所得混合物通过双螺杆挤出机挤出，造粒，控制机头温度为120℃，螺杆转速为110r/min。
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