CN102690444A - 淀粉基生物降解树脂组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种淀粉基生物降解树脂组合物及其制备方法。所述组合物包括如下组分及重量份含量：淀粉100，共混树脂40～50，偶联剂8～12，增塑剂10～15，表面活性剂0.5～1.5，相容剂0.5～1，强化剂3～5.5。其制备方法为：将淀粉放入预热的高速混合机中，加入偶联剂和表面活性剂，搅拌混合得初混物；将共混树脂、增塑剂加入、搅拌，再加入相容剂、强化剂和初混物进行共混，混匀的物料经双螺杆挤出机挤出，挤出温度为140～170℃，螺杆转速为180～300r/min；挤出的物料自然冷却后，烘干，即得。本发明的可降解淀粉基树脂组合物具有良好的降解率、拉伸强度、断裂伸长率。

Description

淀粉基生物降解树脂组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及可降解树脂组合物及其制备方法，尤其涉及一种淀粉基生物降解树脂组合物及其制备方法。

背景技术

塑料比强度高、质量轻、难锈蚀、有一定的绝热和绝缘性以及具有与金属材料某些相似性能，因而20世纪80年代以来，塑料工业突飞猛进，塑料生产技术有了很大的发展，塑料已经渗透到工业、农业、国防以及人们生产和生活的各个领域，与混凝土、钢铁和木材并称四大工业材料。

当前全球塑料产量增长速度惊人，塑料的使用却面临巨大的挑战。由于材料在自然界中很难降解，使用后产生了大量的固体废弃物，对环境造成了严重的污染。现在处理这些塑料垃圾时大部分采用焚烧和掩埋的方法，但都未能真正解决问题；废弃塑料制品及塑料薄膜与生活垃圾共同焚烧时，将对环境造成严重的二次污染，掩埋塑料废弃物则既会影响土壤透气性，也会阻碍水分流动和作物根系的生长和发育，且塑料废弃物的降解速度非常缓慢，数据表明聚乙烯，聚丙烯等塑料的降解时间至少需要300年以上。为了减轻废弃塑料对环境的污染，多年来人们尝试开发可降解塑料，用以代替普通塑料制品。

近年来，降解塑料的开发应用，在塑料的快速降解，塑料的减量化方面取得的成果，已引起许多人的兴趣，人们希望通过对降解塑料的开发应用，解决日益严重的废弃塑料垃圾及废弃塑料对环境污染的问题。同时，降解塑料的研究开发以及降解塑料应用中出现的问题，又不断引导人们研究新的更适用的降解塑料，从而提升塑料工业化生产的技术水平。

降解塑料中的淀粉塑料，根据其中淀粉含量的多少可以分为三大类：填充型淀粉塑料、共混型淀粉塑料和全淀粉塑料。填充型淀粉塑料的一个明显缺点是淀粉含量太低，也就是能降解的组分太少。全淀粉塑料对湿度变化相当敏感，吸水后制品的力学性能明显降低，因此应用范围受到了限制；另外，由于在放置过程中易发生重结晶，导致其制品的尺寸稳定性差并且易变脆，以致无法完成满足使用的要求。由淀粉与疏水性合成聚合物（目前研究的多为脂肪族聚酯及其共聚物）共混得到的淀粉塑料具有良好的生物降解性，但两相的相容性不佳，因此不能得到满意力学性能的材料。

对现有技术的检索发现，申请号为200910023270.3，发明名称为“淀粉基可降解塑料”的中国专利公开了一种淀粉基可降解塑料，其采用丙烯酸丁酯对淀粉进行接枝改性，从而提高产品的降解效果。然而，其未解决淀粉基塑料吸水性强，力学性能差等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种具有良好的降解性能、力学性能的淀粉基生物降解树脂组合物及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种淀粉基生物降解树脂组合物，包括如下组分及重量份含量：

淀粉       100，     共混树脂 40～50，

偶联剂     8～12，   增塑剂   10～15，

表面活性剂 0.5～1.5，相容剂   0.5～1，

强化剂     3～5.5。

优选地，还包括4～6重量份的珠光母料，所述珠光母料由30～50重量份的珠光粉和100重量份的聚碳酸酯共混而成。

优选地，所述共混树脂为重量比为2～4∶1的聚己内酯和聚β-羟基丁酸酯。

优选地，所述偶联剂为质量浓度为1％的铝酸酯。

优选地，所述表面活性剂为硬脂酸。

优选地，所述增塑剂为重量比为2～4∶1的乙二醇和聚丙烯醇。

优选地，所述相容剂为聚乙烯接枝马来酸酐。

优选地，所述强化剂为棉纤维、甘蔗纤维或玉米蛋白。

本发明还涉及一种前述的淀粉基生物降解树脂组合物的制备方法，包括如下步骤：

a、将所述淀粉放入预热至100～120℃的高速混合机中，加入所述偶联剂和表面活性剂，搅拌混合10～30min，得初混物；

b、将所述共混树脂、增塑剂加入高速混合机中搅拌，再加入所述相容剂、强化剂和步骤a中所述的初混物进行共混，混匀的物料经双螺杆挤出机挤出，挤出温度为140～170℃，螺杆转速为180～300r/min；

c、将挤出的物料自然冷却后，烘干，即得。

优选地，步骤b中所述共混时还加入4～6重量份的珠光母料，所述珠光母料由30～50重量份的珠光粉和100重量份的聚碳酸酯共混而成。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、采用的铝酸酯偶联剂有效提高了淀粉的疏水性，并且淀粉的羟基与偶联剂发生作用后，氢键作用减弱，淀粉塑性增强，从而提高了共混树脂与淀粉两相间的相容性；加入的表面活性剂和铝酸酯偶联剂交互作用，有效地将共混树脂与淀粉结合起来，促进了树脂组合物拉伸性能的提高。

2、聚乙烯接枝马来酸酐相容剂中含有与淀粉和共混树脂都能相互作用的集团，能够增强两相界面的相互作用，从而提高树脂组合物的力学性能。

3、加入棉纤维、甘蔗纤维、玉米蛋白等强化剂，以解决淀粉基塑料吸水性强、机械性能差等问题，从而提高本发明的树脂组合物的力学性能。

4、加入珠光母料后使得采用本发明的树脂组合物制成的塑料制品具有珠光色调、且不影响产品的力学性能。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

对比例1

本对比例的一种淀粉基生物降解树脂组合物，包括如下组分及重量份含量：淀粉100份，共混树脂（重量比为2∶1的聚己内酯和聚β-羟基丁酸酯）40份，增塑剂（重量比为2∶1的乙二醇和聚丙烯醇）10份，聚乙烯接枝马来酸酐0.5份，强化剂（棉纤维）3份。

该淀粉基生物降解树脂组合物的制备方法，包括如下步骤：

a、将所述淀粉放入预热至100℃的高速混合机中；

b、将所述共混树脂、增塑剂加入高速混合机中搅拌，再加入所述聚乙烯接枝马来酸酐、棉纤维和步骤a中所述预热后的淀粉进行共混，混匀的物料经双螺杆挤出机挤出，挤出温度为160℃，螺杆转速为200r/min；

c、将挤出的物料自然冷却后，烘干，即得。

实施例1

本实施例的一种淀粉基生物降解树脂组合物，包括如下组分及重量份含量：淀粉100份，共混树脂（重量比为2∶1的聚己内酯和聚β-羟基丁酸酯）40份，质量浓度为1％的铝酸酯8份，增塑剂（重量比为2～4∶1的乙二醇和聚丙烯醇）10份，硬脂酸0.5份，聚乙烯接枝马来酸酐0.5份，强化剂（棉纤维）3份。

该淀粉基生物降解树脂组合物的制备方法，包括如下步骤：

a、将所述淀粉放入预热至100℃的高速混合机中，加入所述质量浓度为1％的铝酸酯和硬脂酸，搅拌混合10min，得初混物；

b、将所述共混树脂、增塑剂加入高速混合机中搅拌，再加入所述聚乙烯接枝马来酸酐、棉纤维和步骤a中所述的初混物进行共混，混匀的物料经双螺杆挤出机挤出，挤出温度为160℃，螺杆转速为200r/min；

c、将挤出的物料自然冷却后，烘干，即得。

实施例2

本实施例的一种淀粉基生物降解树脂组合物，包括如下组分及重量份含量：淀粉100份，共混树脂（重量比为3∶1的聚己内酯和聚β-羟基丁酸酯）45份，质量浓度为1％的铝酸酯10份，增塑剂（重量比为3∶1的乙二醇和聚丙烯醇）12份，硬脂酸1份，聚乙烯接枝马来酸酐0.8份，强化剂（甘蔗纤维）4份。

该淀粉基生物降解树脂组合物的制备方法，包括如下步骤：

a、将所述淀粉放入预热至110℃的高速混合机中，加入所述质量浓度为1％的铝酸酯和硬脂酸，搅拌混合20min，得初混物；

b、将所述共混树脂、增塑剂加入高速混合机中搅拌，再加入所述聚乙烯接枝马来酸酐、甘蔗纤维和步骤a中所述的初混物进行共混，混匀的物料经双螺杆挤出机挤出，挤出温度为140℃，螺杆转速为180r/min；

c、将挤出的物料自然冷却后，烘干，即得。

实施例3

本实施例的一种淀粉基生物降解树脂组合物，包括如下组分及重量份含量：淀粉100份，共混树脂（重量比为4∶1的聚己内酯和聚β羟基丁酸酯）50份，质量浓度为1％的铝酸酯12份，增塑剂（重量比为4∶1的乙二醇和聚丙烯醇）15份，硬脂酸1.5份，聚乙烯接枝马来酸酐1份，强化剂（玉米蛋白）5.5份。

该淀粉基生物降解树脂组合物的制备方法，包括如下步骤：

a、将所述淀粉放入预热至120℃的高速混合机中，加入所述质量浓度为1％的铝酸酯和硬脂酸，搅拌混合30min，得初混物；

b、将所述共混树脂、增塑剂加入高速混合机中搅拌，再加入所述聚乙烯接枝马来酸酐、玉米蛋白和步骤a中所述的初混物进行共混，混匀的物料经双螺杆挤出机挤出，挤出温度为170℃，螺杆转速为1300r/min；

c、将挤出的物料自然冷却后，烘干，即得。

实施例4

本实施例的一种淀粉基生物降解树脂组合物，包括如下组分及重量份含量：淀粉100份，共混树脂（重量比为2∶1的聚己内酯和聚β-羟基丁酸酯）45份，质量浓度为1％的铝酸酯10份，增塑剂（重量比为2∶1的乙二醇和聚丙烯醇）10份，硬脂酸1份，聚乙烯接枝马来酸酐1份，强化剂（棉纤维）4.5份，珠光母料（由30（可为30～50中的任意值）重量份的珠光粉和100重量份的聚碳酸酯共混而成的）4～6份。

该淀粉基生物降解树脂组合物的制备方法，包括如下步骤：

a、将所述淀粉放入预热至120℃的高速混合机中，加入所述质量浓度为1％的铝酸酯和硬脂酸，搅拌混合30min，得初混物；

b、将所述共混树脂、增塑剂加入高速混合机中搅拌，再加入所述聚乙烯接枝马来酸酐、棉纤维、珠光母料和步骤a中所述的初混物进行共混，混匀的物料经双螺杆挤出机挤出，挤出温度为160℃，螺杆转速为260r/min；

c、将挤出的物料自然冷却后，烘干，即得。

本实施例的淀粉基生物降解树脂组合物加入了珠光粉，使得采用本发明的树脂组合物制成的塑料制品具有珠光色调，更具美感；同时，珠光粉先与聚碳酸酯共混，均匀分散并包覆上聚碳酸酯后再加入其他组分中继续共混，由于聚碳酸酯与共混树脂具有良好的相容性，从而使得珠光粉的加入不影响最终产品的力学性能，使其更具商业价值。

实施例5、性能测试

将对比例1和实施例1～4制得的可降解淀粉基树脂组合物进行力学性能及降解性能测试，结果如表1所示：

表1

由表1可知，实施例1的降解率、拉伸强度、断裂伸长率均较对比例1有所提高，其中拉伸强度的提高尤为明显；这是由于采用的铝酸酯偶联剂有效提高了淀粉的疏水性，并且淀粉的羟基与偶联剂发生作用后，氢键作用减弱，淀粉塑性增强，从而提高了共混树脂与淀粉两相间的相容性；加入的表面活性剂和铝酸酯偶联剂交互作用，有效地将共混树脂与淀粉结合起来，促进了树脂组合物拉伸性能的提高。由表1还可得知：本发明的可降解淀粉基树脂组合物具有良好的降解率、拉伸强度、断裂伸长率。

Claims (10)

1.一种淀粉基生物降解树脂组合物，其特征在于，包括如下组分及重量份含量：

淀粉       100，     共混树脂  40～50，

偶联剂     8～12，   增塑剂    10～15，

表面活性剂 0.5～1.5，相容剂    0.5～1，

强化剂     3～5.5。

2.根据权利要求1所述的淀粉基生物降解树脂组合物，其特征在于，还包括4～6重量份的珠光母料，所述珠光母料由30～50重量份的珠光粉和100重量份的聚碳酸酯共混而成。

3.根据权利要求2所述的淀粉基生物降解树脂组合物，其特征在于，所述共混树脂为重量比为2～4∶1的聚己内酯和聚β-羟基丁酸酯。

4.根据权利要求2所述的淀粉基生物降解树脂组合物，其特征在于，所述偶联剂为质量浓度为1％的铝酸酯。

5.根据权利要求2所述的淀粉基生物降解树脂组合物，其特征在于，所述表面活性剂为硬脂酸。

6.根据权利要求2所述的淀粉基生物降解树脂组合物，其特征在于，所述增塑剂为重量比为2～4∶1的乙二醇和聚丙烯醇。

7.根据权利要求2所述的淀粉基生物降解树脂组合物，其特征在于，所述相容剂为聚乙烯接枝马来酸酐。

8.根据权利要求2所述的淀粉基生物降解树脂组合物，其特征在于，所述强化剂为棉纤维、甘蔗纤维或玉米蛋白。

9.一种根据权利要求1所述的淀粉基生物降解树脂组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、将所述淀粉放入预热至100～120℃的高速混合机中，加入所述偶联剂和表面活性剂，搅拌混合10～30min，得初混物；

b、将所述共混树脂、增塑剂加入、搅拌，再加入所述相容剂、强化剂和步骤a中所述的初混物进行共混，混匀的物料经双螺杆挤出机挤出，挤出温度为140～170℃，螺杆转速为180～300r/min；

c、将挤出的物料自然冷却后，烘干，即得。

10.根据权利要求9所述的淀粉基生物降解树脂组合物的制备方法，其特征在于，步骤b中所述共混时还加入4～6重量份的珠光母料，所述珠光母料由30～50重量份的珠光粉和100重量份的聚碳酸酯共混而成。