CN102443196B - 一种辐射改性淀粉生物降解材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种辐射改性淀粉生物降解材料及其制备方法，所述可生物降解材料由以下重量份原料混合组成：淀粉100份，丁二酸酐5-15份，甘油5-20份、水5-10份，增塑剂5-15份；在制备所述可生物降解材料时，淀粉经20-40kGy的射线辐射改性。由于本发明的辐射改性淀粉生物降解材料是淀粉经辐照改性后进一步添加增塑剂在挤压条件下形成的，其废弃后很容易被微生物分解成二氧化碳和水，不污染环境。

Description

一种辐射改性淀粉生物降解材料及其制备方法
技术领域
本发明属于天然高分子材料领域，涉及淀粉，具体涉及一种辐照改性淀粉可生物降解材料及其制备方法，也属于环境科学技术领域。
背景技术
如今塑料以其质轻、防水、耐腐蚀、强度大等优良的性能广泛受到人们的青睐。但是随着化石塑料工业的迅速发展，其难以降解性带来的环境污染问题严重影响经济发展，也不适合可持续性发展原则。因此选用一些可降解的材料部分代替进而完全代替塑料成为当今材料学研究的热点。淀粉作为一种天然高分子聚合物，具有完全的生物降解性，在开发生物降解材料领域中具有重要的地位。由于原淀粉材料的许多性能不能满足实际应用的要求，如吸水性强、脆性、强度低等，因此，需要采取物理、化学和生物化学方法，使淀粉的结构、物理和化学性质发生改变，产生特定的性能和用途。
目前，我国生产的淀粉可降解材料多为不完全降解材料，仅仅是把淀粉作为一种填充剂或者添加型的光降解塑料，还没有较为理想的安全降解塑料的生产。
发明内容
本发明的目的就是提供一种可完全降解的辐射改性淀粉生物降解材料及其制备方法，该生物降解材料具有较好的力学性能和抗水性能、废弃后很容易被微生物分解成二氧化碳和水、具有良好的生物降解性、对环境无污染、有利于生态环境的保护、材料表面致密性和拉伸强度高、材料更加平滑有光泽、抗水性和透光率高、成本较低。
发明的目的可以通过下述技术方案来实现：
根据本发明的一方面，提供了一种辐射改性淀粉生物降解材料的制备方法，该制备方法主要包括以下步骤：
a、选用市售优质淀粉，采用冷冻干燥处理，然后过40目筛；将丁二酸酐在研钵中研磨成细末。
b、将处理过的淀粉与与丁二酸酐至于高速混合机中混合均匀，混合比例按照以下重量份分配：淀粉100份，丁二酸酐5-15份。将混合好的样品与甘油、水按照以下重量分配比混合：样品100份，甘油5-20份，水5-10份；然后倒在搅拌机中充分搅拌，使之混合均匀，直到样品搅拌至蓬松状。将混合样品保存在自封袋中，放置24小时，以供下一步辐照处理。
c、将混合过的样品置于铝箔袋中，使用真空包装机进行封口处理，然后对包装好的样品进行辐照处理，辐照剂量选用20-40Kgy。
d、向辐照过的样品中加入5％-15％的增塑剂(甘油)，用搅拌机混合均匀，然后置于挤压机中进行挤压造粒处理，挤压机参数选用挤压频率为20-28Hz，喂料频率15Hz，挤压温度控制在140-160℃左右，挤压造粒制得淀粉可降解材料母料。可以对母料进行热压成型加工，测定材料力学性能和抗水性能。由于本发明的辐射改性淀粉生物降解材料是淀粉经辐照改性后进一步添加增塑剂(可降解)在挤压条件下形成的，其废弃后很容易被微生物分解成二氧化碳和水，不污染环境。
在本发明中，所述淀粉可为玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉、红薯淀粉的任意一种；辐照采用的射线可为60Co或137Cs产生的γ射线、电子加速器产生的电子束或X射线。
本发明的优点是：
(1)本发明的淀粉材料，淀粉在辐照环境下，与丁二酸酐、甘油和水发生交联反应，使亲水基团数量减少，从而极大提高了材料的抗水性能，同时材料的力学性能也得到加强。在挤压前加入塑化剂，减弱淀粉分子间的作用力，提高材料料的加工性能、韧性和延展性，具有一定的实用性；
(2)本发明的淀粉材料的加工采用常规材料设备与方法，生产工艺简单，易于操作，便于连续化生产；
(3)淀粉是一种可再生的资源，与石油原料相比有着取之不尽用之不竭的优点。
(4)本发明的淀粉材料是淀粉经辐照改性后添加增塑剂(可降解)在挤压条件下形成的，其废弃后很容易被微生物分解成二氧化碳和水，不污染环境。将这种降解材料在应用上可部分代替塑料，从而缓解化石塑料大量使用带来的环境压力。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不局限于下面的实施例。
实施例1
取淀粉500g与50g丁二酸酐混合均匀，加入75g甘油和30g水搅拌均匀，放入铝箔袋中进行30KGy辐照处理，向辐照处理过的样品中加入10％的增塑剂，倒在搅拌机中充分搅拌，使之混合均匀，直到样品搅拌至蓬松状，然后进行挤压。选用挤压频率为24Hz，喂料频率15Hz，挤压温度控制在150℃左右，最终制得淀粉可降解材料母料。热压成型后测定材料性能，断裂伸长率达到162.7％，拉伸强度为3.93Mpa，吸水率为59.3％。
实施例2
取淀粉500g与25g丁二酸酐混合均匀，加入100g甘油和40g水搅拌均匀，加入铝箔袋中进行20KGy辐照处理，向辐照处理过的样品中加入5％的增塑剂，倒在搅拌机中充分搅拌，使之混合均匀，直到样品搅拌至蓬松状，然后进行挤压。选用挤压频率为26Hz，喂料频率15Hz，挤压温度控制在160℃左右，最终制得淀粉可降解材料母料.热压成型后测定材料性能，断裂伸长率达到132.1％，拉伸强度为3.16Mpa，吸水率为79.9％。
实施例3
取淀粉500g与75g丁二酸酐混合均匀，加入50g甘油和50g水搅拌均匀，放入铝箔袋中进行40KGy辐照处理，向辐照处理过的样品中加入15％的增塑剂，，倒在搅拌机中充分搅拌，使之混合均匀，直到样品搅拌至蓬松状，然后进行挤压。选用挤压频率为22Hz，喂料频率15Hz，挤压温度控制在160℃左右，最终制得淀粉可降解材料母料.热压成型后测定材料性能，断裂伸长率达到143.7％，拉伸强度为3.58Mpa，吸水率为65.2％。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种辐射改性淀粉可生物降解材料的制备方法，其特征在于：该制备方法是通过下述步骤来实现的：
a、在-35℃至-30℃内对淀粉进行冷冻干燥处理，然后过40-60目筛；
b、将处理过的淀粉与细末状丁二酸酐按照100重量份/5-15重量份的比例混合均匀；
c、将步骤b中制得的混合物与甘油、水按照100重量份/5-20重量份/5-10重量份的比例混合，然后倒在搅拌机中充分搅拌，使之混合均匀，直到搅拌至蓬松状，将混合样品保存在自封袋中，放置24小时，以供下一步辐照处理；
d、将步骤c中制得的混合样品置于铝箔袋中，使用真空包装机进行封口处理，然后对包装好的样品进行辐照处理，辐照剂量选用20-40kGy；
e、向辐照过的样品中加入5-15重量份的增塑剂后混合均匀，然后置于挤压机中进行挤压造粒处理，挤压机参数选用挤压频率为20-28Hz，喂料频率15Hz，挤压温度控制在140-160℃，挤压造粒制得淀粉可降解材料母料，对母料进行热压成型加工，即得改性淀粉可生物降解材料。
2.根据权利要求1所述的辐射改性淀粉可生物降解材料的制备方法，其特征在于：所述淀粉可为玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉、红薯淀粉的任意一种。
3.根据权利要求1所述的辐射改性淀粉可生物降解材料的制备方法，其特征在于：所述辐照由60Co或137Cs产生的γ射线、电子加速器产生的电子束或X射线提供。
4.根据权利要求1所述的辐射改性淀粉可生物降解材料的制备方法，其特征在于：步骤e中的增塑剂为甘油。
5.根据权利要求1至4任一项所述的辐射改性淀粉可生物降解材料的制备方法制备的可生物降解材料。
6.根据权利要求5所述的可生物降解材料，其特征在于：所述淀粉可为玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉、红薯淀粉的任意一种。
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