CN102408586A - 热塑性淀粉与聚丙烯的共混物及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，其包括以下重量份的材料：淀粉：50-65份；聚丙烯：10-25份；甘油：12-25份；硬脂酸：1-3份；铝酸酯偶联剂：0.5-2份；十聚甘油二油酸酯：3-5份；滑石粉：7-12份。制作热塑性淀粉与聚丙烯的共混物的方法，包括以下步骤：a)将按比例称量好的淀粉和甘油倒入高速混合搅拌机中，在100-120℃温度下混合8-10分钟，取出密封，静置十二小时，形成热塑性淀粉；b）将按比例称取好的聚丙烯、硬脂酸、铝酸酯偶联剂、十聚甘油二油酸酯、滑石粉及步骤a）中形成的热塑性淀粉一起加入到高速搅拌机中，搅拌均匀形成共混物。本发明的热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，具有优异的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料改性技术领域，尤其涉及一种热塑性淀粉与聚丙烯的共混物及其制作方法。
背景技术
20 世纪以来，在人类社会的深刻变化中材料革命发挥了极其重要的作用。特别是最近50年，高分子合成技术的进步极大地推动了合成树脂工业的发展。由于塑料制品因其具有重量轻、机械性能良好、耐水、耐化学腐蚀、外形美观、制造及安装方便以及价格低廉等特点，在很大程度上迅速代替了金属、木材、玻璃甚至纸制品，被广泛应用于国民经济各个部门，推动着工农业的持续发展与当代高科技的兴起。然而，随着塑料工业的发展，其自身存在的一些问题也逐渐显现出来：（1）原料有限，资源越来越短缺。据研究表明世界常规石油资源只能用到 2070 年，“石油危机”的出现必将导致塑料产量的下降，同时塑料的价格会逐步上涨，影响社会的稳定。(2)严重污染环境。塑料制品所用的树脂原料绝大部分是来源于石油化工，而石油是一种非再生的自然资源。塑料的化学稳定性使得塑料在自然界中几乎不能降解，塑料垃圾越来越多，弃于环境中的塑料废弃物、残膜急剧增加。塑料垃圾不仅影响环境美观，而且污染了水源和土壤，危及禽畜及野生动物，给地球生态环境带来了沉重负担。
针对上述问题，大部分国家纷纷采取采取了一系列措施：(1)限制塑料制品的使用。例如中国在 2008 年6月1日起实施的“限塑令”，禁止生产厚度低于 0.025 毫米的超薄塑料袋，而且商家将不得向购物者提供免费塑料袋。实施限塑令之后，中国使用塑料袋的总量将明显减少。(2)塑料制品的重复使用和回收利用。欧美国家在塑料制品的重复使用和回收利用方面已经取得了很好的效果，但是在中国现有以填埋为主要手段的垃圾处理系统中，重复使用和回收利用存在很大的操作难度。但以上两条措施并不能从根本上解决塑料产品带来的“白色污染”和“石油危机”，必须从原材料做起，因此各国政府纷纷将目光投向了降解塑料的研制。其中淀粉基生物降解材料就是其中研究最为广泛的一种新型生物降解材料。淀粉填充型降解塑料是目前国内外研究最充分的一类生物降解塑料，在我国尤其受青睐。作为填充剂的淀粉可以是原淀粉、物理改性淀粉或化学改性淀粉，也可以是与单体反应形成的接枝共聚物。目前，国内外研究的与淀粉共混的合成树脂主要有聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚酯等，其中以聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯醇添加淀粉的降解塑料为主要研究对象。
由于淀粉的亲水性和通用塑料如聚丙烯、聚乙烯的疏水性，淀粉与基体材料的相容性很差，这容易导致淀粉在体系中分散性不佳、在外力作用下应力无法通过两相界面有效传递，最终引起体系力学性能的极大降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种热塑性淀粉与聚丙烯的共混物及其制作方法，其具有优良的力学性能。
为实现上述目的，本发明的技术解决措施如下：
热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，其包括以下重量份的材料：
淀粉：50-65份；
聚丙烯：10-25份；
甘油：12-25份；
硬脂酸：1-3份；
铝酸酯偶联剂：0.5-2份。
进一步的，所述的热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，还包括如下重量计的材料：
十聚甘油二油酸酯：3-5份；
滑石粉：7-12份。
更进一步的，所述的热塑性淀粉与聚丙烯的共混物所述材料组分的重量份如下：
淀粉：53-64份；
聚丙烯：10-20份；
甘油：12-21份；
硬脂酸：1.5-2.5份；
铝酸酯偶联剂：0.5-1.5份；
十聚甘油二油酸酯：3-5份；
滑石粉：8-11份。
再进一步的，所述的热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，所述材料组分的重量份如下：
淀粉：54-56份；
聚丙烯：11-12份；
甘油：13-16份；
硬脂酸：1.6-2.4份；
铝酸酯偶联剂：0.6-1.4份；
十聚甘油二油酸酯：4-5份；
滑石粉：9-10份。
所述的热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，所述的淀粉为玉米淀粉。
所述的热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，所述的聚丙烯为等规聚丙烯。
一种制作上述的热塑性淀粉与聚丙烯的共混物的方法，包括以下步骤：
a)将按比例称量好的淀粉和甘油倒入高速混合搅拌机中，在100-120℃温度下混合8-10分钟，取出密封，静置十二小时，形成热塑性淀粉；
b）将按比例称取好的聚丙烯、硬脂酸、铝酸酯偶联剂、十聚甘油二油酸酯、滑石粉及步骤a）中形成的热塑性淀粉一起加入到高速搅拌机中，搅拌均匀形成共混物。
本发明有益效果在于：本发明的热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，具有优异的力学性能。
本发明的混合物，采用淀粉和聚丙烯为主料，辅以多种助剂，相互作用、结合，使得制造出来的混合物具有优异的力学性能，这些助剂中：
甘油；属于小分子塑化剂，在淀粉中加入甘油，在热力场和外力场作用下可以使甘油渗透到淀粉分子之间，削弱淀粉分子之间的氢键，从而使淀粉分子间力降低，提高了活动能力，促进分子间相对运动，改善其力学性能和加工性能。
硬脂酸；不但能够作为一种分散剂有效的改善淀粉在聚丙烯中的分散，还表现出良好的界面增容作用，能改善两相的相容性，提高两相的界面作用力。使得热塑性淀粉与聚丙烯很好结合，相互之间有了很好的分散，使得混合物的力学性能（拉伸强度、断裂伸长率）有了很大的提高。
铝酸酯偶联剂；由于淀粉表面上具有大量的羟基，以及甘油具有较强的吸水性。加入铝酸酯偶联剂改性之后，能够降低淀粉及甘油的吸湿性，且能够改善淀粉与聚丙烯的相容性，提高混合物的力学性能。
加入上述的甘油、硬脂酸、铝酸酯偶联剂三种助剂和淀粉、聚丙烯混合后，制造出来的混合物已经具有比较优异的力学性能；为了进一步的加强混合物的力学性能，本发明的混合物还加入了如下的助剂：
十聚甘油二油酸酯、滑石粉（大小是1200目），能够提高淀粉的耐老化性能以及混合物的力学性能。且进一步提高淀粉与聚丙烯的相容性，改变淀粉在混合物中的分散性，使得淀粉和聚丙烯在外力（制造的时候，混合、加热、注塑等）作用下应力可以通过两相界面有效传递，最终引起淀粉与聚丙烯的混合物的力学性能的极大提高。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。
实施例1：
玉米淀粉：56kg；等规聚丙烯：11kg；甘油：16 kg；硬脂酸：2.4 kg；铝酸酯偶联剂：0.6 kg；十聚甘油二油酸酯：4 kg；滑石粉：10 kg。
将56kg玉米淀粉与16kg甘油加入到高速搅拌机中，在110-120摄氏度下进行高速搅拌8-10分钟，之后将混合物密封，在室温下静置十二小时，以使小分子塑化剂完全渗透到淀粉分子中，从而使淀粉能够进行更好的塑化，形成热塑性淀粉；然后将11kg等规聚丙烯、2.4kg硬脂酸、0.6kg铝酸酯偶联剂、4kg十聚甘油二油酸酯、10kg滑石粉（1200目）和热塑性淀粉加入到高速搅拌中混合均匀后，形成热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，其可以用来制作一次性餐具、塑料袋等。
实施例2：
玉米淀粉：50kg；等规聚丙烯：25kg；甘油：12 kg；硬脂酸：2.4 kg；铝酸酯偶联剂：0.6 kg；十聚甘油二油酸酯：3 kg；滑石粉：7kg。
将50kg玉米淀粉与12kg甘油加入到高速搅拌机中，在110-120摄氏度下进行高速搅拌8-10分钟，之后将混合物密封，在室温下静置十二小时，以使小分子塑化剂完全渗透到淀粉分子中，从而使淀粉能够进行更好的塑化，形成热塑性淀粉；然后将25kg等规聚丙烯、2.4kg硬脂酸、0.6kg铝酸酯偶联剂、3kg十聚甘油二油酸酯、7kg滑石粉（1200目）和热塑性淀粉加入到高速搅拌中混合均匀后，形成热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，其可以用来制作一次性餐具、塑料袋等。
实施例3：
玉米淀粉：65kg；等规聚丙烯：10kg；甘油：12 kg；硬脂酸：2.4 kg；铝酸酯偶联剂：0.6 kg；十聚甘油二油酸酯：3 kg；滑石粉：7kg。
将65kg玉米淀粉与12kg甘油加入到高速搅拌机中，在110-120摄氏度下进行高速搅拌8-10分钟，之后将混合物密封，在室温下静置十二小时，以使小分子塑化剂完全渗透到淀粉分子中，从而使淀粉能够进行更好的塑化，形成热塑性淀粉；然后将10kg等规聚丙烯、2.4kg硬脂酸、0.6kg铝酸酯偶联剂、3kg十聚甘油二油酸酯、7kg滑石粉（1200目）和热塑性淀粉加入到高速搅拌中混合均匀后，形成热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，其可以用来制作一次性餐具、塑料袋等。
实施例4：
玉米淀粉：55.5kg；等规聚丙烯：12kg；甘油：12 kg；硬脂酸：3.0kg；铝酸酯偶联剂：0.5 kg；十聚甘油二油酸酯：5kg；滑石粉：12kg。
将55.5kg玉米淀粉与12kg甘油加入到高速搅拌机中，在110-120摄氏度下进行高速搅拌8-10分钟，之后将混合物密封，在室温下静置十二小时，以使小分子塑化剂完全渗透到淀粉分子中，从而使淀粉能够进行更好的塑化，形成热塑性淀粉；然后将12kg等规聚丙烯、3.0kg硬脂酸、0.5kg铝酸酯偶联剂、5kg十聚甘油二油酸酯、12kg滑石粉（1200目）和热塑性淀粉加入到高速搅拌中混合均匀后，形成热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，其可以用来制作一次性餐具、塑料袋等。
实施例5：
玉米淀粉：50kg；等规聚丙烯：10kg；甘油：25 kg；硬脂酸：1.6kg；铝酸酯偶联剂：1.4 kg；十聚甘油二油酸酯：5kg；滑石粉：7kg。
将50kg玉米淀粉与25kg甘油加入到高速搅拌机中，在110-120摄氏度下进行高速搅拌8-10分钟，之后将混合物密封，在室温下静置十二小时，以使小分子塑化剂完全渗透到淀粉分子中，从而使淀粉能够进行更好的塑化，形成热塑性淀粉；然后将10kg等规聚丙烯、1.6kg硬脂酸、1.4kg铝酸酯偶联剂、5kg十聚甘油二油酸酯、7kg滑石粉（1200目）和热塑性淀粉加入到高速搅拌中混合均匀后，形成热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，其可以用来制作一次性餐具、塑料袋等。
实施例6：
玉米淀粉：52kg；等规聚丙烯：16kg；甘油：14 kg；硬脂酸：1kg；铝酸酯偶联剂：2 kg；十聚甘油二油酸酯：3kg；滑石粉：12kg。
将52kg玉米淀粉与14kg甘油加入到高速搅拌机中，在110-120摄氏度下进行高速搅拌8-10分钟，之后将混合物密封，在室温下静置十二小时，以使小分子塑化剂完全渗透到淀粉分子中，从而使淀粉能够进行更好的塑化，形成热塑性淀粉；然后将16kg等规聚丙烯、1kg硬脂酸、2kg铝酸酯偶联剂、3kg十聚甘油二油酸酯、12kg滑石粉（1200目）和热塑性淀粉加入到高速搅拌中混合均匀后，形成热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，其可以用来制作一次性餐具、塑料袋等。
对上述实施方式得到的混合物，干燥后注塑成标准样条测试其力学性能（见附表1）：
拉伸强度和断裂伸长率按照GB/T 1040-92标准进行检验，样条尺寸（mm）：长（75±2）x端部宽度（10±0.5）x厚度（2±0.2），拉伸速度20mm/min；
弯曲强度和弯曲模量按照GB/T 1040-92标准进行检验，样条尺寸（mm）：长（150±2）x端部宽度（20±0.2）x厚度（4±0.2），拉伸速度20mm/min。
附表1：
Claims (7)
1.热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，其特征在于：其包括以下重量份的材料：
淀粉：50-65份；
聚丙烯：10-25份；
甘油：12-25份；
硬脂酸：1-3份；
铝酸酯偶联剂：0.5-2份。
2.根据权利要求1所述的热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，其特征在于：还包括如下重量份的材料：
十聚甘油二油酸酯：3-5份；
滑石粉：7-12份。
3.根据权利要求2所述的热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，其特征在于所述材料组分的重量份如下：
淀粉：53-64份；
聚丙烯：10-20份；
甘油：12-21份；
硬脂酸：1.5-2.5份；
铝酸酯偶联剂：0.5-1.5份；
十聚甘油二油酸酯：3-5份；
滑石粉：8-11份。
4.根据权利要求3所述的热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，其特征在于所述材料组分的重量份如下：
淀粉：54-56份；
聚丙烯：11-12份；
甘油：13-16份；
硬脂酸：1.6-2.4份；
铝酸酯偶联剂：0.6-1.4份；
十聚甘油二油酸酯：4-5份；
滑石粉：9-10份。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，其特征在于：所述的淀粉为玉米淀粉。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的热塑性淀粉与聚丙烯的共混物，其特征在于：所述的聚丙烯为等规聚丙烯。
7.一种制作上述的热塑性淀粉与聚丙烯的共混物的方法，其特征在于包括以下步骤：
a)将按比例称量好的淀粉和甘油倒入高速混合搅拌机中，在100-120℃温度下混合8-10分钟，取出密封，静置十二小时，形成热塑性淀粉；
b）将按比例称取好的聚丙烯、硬脂酸、铝酸酯偶联剂、十聚甘油二油酸酯、滑石粉及步骤a）中形成的热塑性淀粉一起加入到高速搅拌机中，搅拌均匀形成共混物。
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