CN102731840A - 一种用于一次性餐具的高填充可降解淀粉塑料 - Google Patents

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郭卫红
王伟
肖鹏程
周玉丽
张唯舟
程艳
李幼辰
汪济奎
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Abstract

本发明涉及一种用于一次性餐具的高填充可降解淀粉塑料。该淀粉塑料包括淀粉、增塑剂、聚丁二酸丁二醇酯、玻璃纤维、助剂，由以下方法制备而成：各组分质量比：淀粉35～90％，聚丁二酸丁二醇酯5～50％，增塑剂1～50％，玻璃纤维1～50％，助剂0.1～10％；将淀粉、塑化剂按比例混合均匀，放置1～48h，将聚丁二酸丁二醇酯、玻璃纤维及助剂与上述混料再次混合后，加入到哈克扭矩流变仪中熔融共混，速率为10～100rpm，温度为100～200℃。将共混物在1～50MPa，100～200℃下热压1～10min，于10MPa下冷压1～10min成型。本发明成本低廉，组分简单，加工容易，制成的一次性餐具环境友好。

Description

一种用于一次性餐具的高填充可降解淀粉塑料
技术领域
本发明涉及一种用于一次性餐具的高填充可降解淀粉塑料的制备方法。具体地说，涉及一种以淀粉和甘油为主要原料，将其以高含量填充到聚丁二酸丁二醇酯(PBS)基质中，并用玻璃纤维增强淀粉/PBS合金来提高材料性能最终用于一次性餐具的制备方法。
背景技术
如今，尽管塑料以其优异的性能广泛运用于各个领域，但由于其大量的使用以及自身的不可降解性给环境造成了严重的白色污染，加上石油资源的紧缺引起了价格的上涨，一些来源丰富、可降解、价格低廉的高分子材料就收到了国内外广泛的关注。
淀粉综合了价格和降解性的优势，成为备受青睐的天然高分子之一。但由于天然淀粉无法加工，而经过水、甘油、甲酰胺等塑化剂塑化后的淀粉(热塑性淀粉)力学性能和耐水性较差，在很大程度上限制了其应用。常用来提高热塑性淀粉性能的有效方法是与疏水性的聚合物共混，聚丁二酸丁二醇酯(PBS)力学性能优异，同时由于分子链中含有酯键，在自然环境中容易受到进攻而发生断链进而降解，是一种可完全降解的脂肪族聚酯，此外PBS还具有较高的分子量，加工性能、强度及弹性。但由于其价格明显高于淀粉，目前基本都是在性能下降程度不高的前提下将淀粉少量填充到PBS中来降低成本，但若在PBS中高含量填充淀粉和甘油即热塑性淀粉，则PBS的拉伸强度、耐热性、吸水性等则会出现大幅度地下降，故在此方面的研究报道还很少。也可在材料中加入少量增强剂来提高材料的性能，一些无机材料常作为增强剂用于聚合物中，但这些材料种类繁多，选择合适的增强剂来增强则成为了关键的要点，因此如何解决这一问题，制备高性能的用于一次性餐具的高填充可降解淀粉塑料成为了科研人员研究的重点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种成本低、高填充、性能优异的可降解的淀粉塑料，通过加入无机增强填料玻璃纤维(EC-06，杭州高科复合材料有限公司)来提高高填充淀粉塑料的力学性能，制备出一种用于一次性餐具的高填充可降解淀粉塑料，最终使其能够用于制备一次性餐具，满足要求，并且环保。
本发明提出的一种用于一次性餐具的高填充可降解淀粉塑料，其特征在于，所述的淀粉塑料的组分包括淀粉、聚丁二酸丁二醇酯、增塑剂、增强剂、助剂，由以下方法制备而成：
(1)将所述淀粉塑料配方中的淀粉、聚丁二酸丁二醇酯、增塑剂、增强剂、助剂按如下质量百分比进行配比：
Figure BSA00000741819500021
其总量满足100％
其中，所述天然淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉中的一种，优先选用玉米淀粉，
所述聚丁二酸丁二醇酯的熔体流动速率为1.5g/10min或25g/10min，优先选用的聚丁二酸丁二醇酯熔体流动速率为1.5g/10min，
所述增塑剂为丙三醇、甲酰胺、水中的一种或多种，
所述的玻璃纤维长度为4～6mm，
所述助剂为润滑剂和分散剂，润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸，分散剂为乙撑双硬脂酸酰胺；
(2)首先将淀粉、增塑剂按上述质量百分比于20～30℃下均匀混合，放置1～48h，使增塑剂充分渗入到淀粉分子中；
(3)将聚丁二酸丁二醇酯、玻璃纤维及助剂与步骤(2)的混料再次混合后，加入到哈克扭矩流变仪中熔融共混，速率为10～100rpm，温度为100～200℃；
(4)将步骤(3)所得的共混物在1～50MPa，100～200℃下热压1～10min，10MPa下冷压1～10min成型，即得所述的淀粉塑料。
有益效果
本发明的一种用于一次性餐具的高填充可降解淀粉塑料可通过各种成型工艺加工为板材、片材薄膜以及其他成型制品，所得制品拉伸强度为5～50MPa，冲击强度为1～10KJ/m2，制成一次性餐具，土埋法得到最终降解率高达50％以上。
本发明通过将增塑剂与淀粉预先混合，使其与淀粉之间产生一定的相互作用，然后与聚丁二酸丁二醇酯以及增强剂共同混合均匀，通过哈克扭矩流变仪制备淀粉塑料，通过玻璃纤维的增强作用提高材料的性能。淀粉价格低廉，但力学性能和耐水性较差，将其高含量填充到聚丁二酸丁二醇酯后，尽管耐水性有所改善，但由于淀粉和甘油为主要成分，力学性能仍不理想，因而再向体系中加入一定量的增强填料玻璃纤维进一步改善材料的性能，所得到的淀粉塑料具有成本低廉、成型加工容易、组分简单、性能优异、环境友好等优点，可用于一次性餐具等日常用品中。
具体实施方式
本发明的特征及优点将通过实施例进行详细说明，但所述实施例仅用于本发明而不是限制本发明。
实施例1
准确称取50份淀粉，20份甘油，预先搅拌均匀，密封保存，放置24h后，然后再与20份聚丁二酸丁二醇酯，5份玻璃纤维，2份聚乙烯蜡，1份硬脂酸，2份乙撑双硬脂酸酰胺混合均匀，加入到哈克扭矩流变仪中熔融共混，温度为140℃，转速为60rpm，熔融共混15min，得到高填充的淀粉/聚丁二酸丁二醇酯/玻纤共混物，再在10MPa压力下，140℃下热压5min，10MPa压力下，冷压3min成型，最后按ASTM标准裁成各种标准样条进行性能测试，其拉伸强度为20.5MPa，冲击强度为4.9KJ/m2，将其制成一次性餐具，三个月降解率达86％。
实施例2
准确称取50份淀粉，20份甘油，预先搅拌均匀，密封保存，放置24h后，然后再与15份聚丁二酸丁二醇酯，10份玻璃纤维，2份聚乙烯蜡，1份硬脂酸，2份乙撑双硬脂酸酰胺混合均匀，加入到哈克扭矩流变仪中熔融共混，温度为140℃，转速为60rpm，熔融共混15min，得到高填充的淀粉/聚丁二酸丁二醇酯/玻纤共混物，再在10MPa压力下，140℃下热压5min，10MPa压力下，冷压3min成型，最后按ASTM标准裁成各种标准样条进行性能测试，其拉伸强度为22.6MPa，冲击强度为4.3KJ/m2，将其制成一次性餐具，三个月降解率达78％。
实施例3
准确称取45份淀粉，15份甘油，预先搅拌均匀，密封保存，放置24h后，然后再与30份聚丁二酸丁二醇酯，5份玻璃纤维，2份聚乙烯蜡，1份硬脂酸，2份乙撑双硬脂酸酰胺混合均匀，加入到哈克扭矩流变仪中熔融共混，温度为140℃，转速为60rpm，熔融共混15min，得到高填充的淀粉/聚丁二酸丁二醇酯/玻纤共混物，再在10MPa压力下，140℃下热压5min，10MPa压力下，冷压3min成型，最后按ASTM标准裁成各种标准样条进行性能测试，其拉伸强度为26.8MPa，冲击强度为4.1KJ/m2，将其制成一次性餐具，三个月降解率达80％。
实施例4
准确称取45份淀粉，15份甘油，预先搅拌均匀，密封保存，放置24h后，然后再与20份聚丁二酸丁二醇酯，15份玻璃纤维，2份聚乙烯蜡，1份硬脂酸，2份乙撑双硬脂酸酰胺混合均匀，加入到哈克扭矩流变仪中熔融共混，温度为140℃，转速为60rpm，熔融共混15min，得到淀粉/聚丁二酸丁二醇酯/玻纤共混物，再在10MPa压力下，140℃下热压5min，10MPa压力下，冷压3min成型，最后按ASTM标准裁成各种标准样条进行性能测试，其拉伸强度为35.2MPa，冲击强度为3.8KJ/m2，将其制成一次性餐具，三个月降解率达78％。
实施例5
准确称取80份淀粉，5份份甘油，预先搅拌均匀，密封保存，放置24h后，然后再与10份聚丁二酸丁二醇酯，5份玻璃纤维，2份聚乙烯蜡，1份硬脂酸，2份乙撑双硬脂酸酰胺混合均匀，加入到哈克扭矩流变仪中熔融共混，温度为140℃，转速为60rpm，熔融共混15min，得到高填充的淀粉/聚丁二酸丁二醇酯/玻纤共混物，再在10MPa压力下，140℃下热压5min，10MPa压力下，冷压3min成型，最后按ASTM标准裁成各种标准样条进行性能测试，其拉伸强度为12.8MPa，冲击强度为3.0KJ/m2，将其制成一次性餐具，三个月降解率达88％。
实施例6
准确称取60份淀粉，20份份甘油，预先搅拌均匀，密封保存，放置24h后，然后再与10份聚丁二酸丁二醇酯，10份玻璃纤维，2份聚乙烯蜡，1份硬脂酸，2份乙撑双硬脂酸酰胺混合均匀，加入到哈克扭矩流变仪中熔融共混，温度为140℃，转速为60rpm，熔融共混15min，得到高填充的淀粉/聚丁二酸丁二醇酯/玻纤共混物，再在10MPa压力下，140℃下热压5min，10MPa压力下，冷压3min成型，最后按ASTM标准裁成各种标准样条进行性能测试，其拉伸强度为17.8MPa，冲击强度为3.4KJ/m2，将其制成一次性餐具，三个月降解率达87％。

Claims (3)

1.一种用于一次性餐具的高填充可降解淀粉塑料，其特征在于，所述的淀粉塑料的组分包括淀粉、聚丁二酸丁二醇酯、增塑剂、玻璃纤维、助剂，是由以下方法制备而成的：
(1)将所述淀粉塑料配方中的淀粉、聚丁二酸丁二醇酯、增塑剂、玻璃纤维、助剂按如下质量百分比进行配比：
Figure FSA00000741819400011
其中，所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉中的一种，
所述聚丁二酸丁二醇酯的熔体流动速率为1.5g/10min或25g/10min，
所述增塑剂为丙三醇、甲酰胺、水中的一种或多种，
所述的玻璃纤维长度为4～6mm，
所述助剂为润滑剂和分散剂，润滑剂为聚乙烯蜡和硬脂酸，分散剂为乙撑双硬脂酸酰胺；
(2)将淀粉、增塑剂按步骤(1)所述的质量百分比于20～30℃下均匀混合，放置1～48h，使增塑剂充分渗入到淀粉分子中；
(3)按步骤(1)所述比例将聚丁二酸丁二醇酯、玻璃纤维及助剂混合，并与步骤(2)的混料再次混合后，加入到哈克扭矩流变仪中熔融共混，速率为10～100rpm，温度为100～200℃；
(4)将步骤(3)所得的共混物在1～50MPa，100～200℃下热压1～10min，10MPa下冷压1～10min成型，即得所述的淀粉塑料。
2.一种如权利要求1所述的淀粉塑料，其特征在于，所述的淀粉为玉米淀粉。
3.一种如权利要求1所述的淀粉塑料，其特征在于，所述的聚丁二酸丁二醇酯熔体流动速率为1.5g/10min。
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