CN102731841A

CN102731841A - Hd全生物降解包装材料及其制备

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Publication number: CN102731841A
Application number: CN2011100904591A
Authority: CN
Inventors: 王亚娟; 白维
Original assignee: HEBEI HEAD FULL BIODEGRADATION PLASTIC CO Ltd
Current assignee: HEBEI HEAD FULL BIODEGRADATION PLASTIC CO Ltd
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2012-10-17

Abstract

一种HD全生物降解包装材料，其各组份有如下的重量百分比：胺化淀粉为15％～45％，聚乳酸为40％～80％，增塑剂为2％～10％，交联剂为1％～5％，润滑剂为0.5％～1％，剩余量是其它助剂。本发明还提出了一种制造上述全生物降解包装材料的制备方法。本发明HD全生物降解包装材料性能好、能够被环境中有机微生物降解；其制备方法简单、成本低；并且其符合低碳、环保、永续的降解材料的产品的要求，是一种具有很大发展潜力和市场需求的HD全生物降解包装材料。

Description

HD全生物降解包装材料及其制备

技术领域

本发明涉及高分子化合物的组合物，特别是涉及生物降解塑料技术，尤其是涉及HD全生物降解包装材料及其制备方法。

背景技术

高分子材料具有良好的功能性和实用性，在社会建设和人们的日常生活中发挥着巨大作用。然而，传统高分子材料的生产应用所引发的环境问题也日益受到关注：一是由于其不可降解性所造成的“白色污染”，已严重威胁了生态环境；二是它们通常来源于石油这种不可再生资源，而全球的石油储量是有限的。因此，研制绿色环保材料是解决环境污染、资源枯竭问题的根本途径之一。淀粉作为一种可完全降解的天然高分子，以来源丰富、价格低廉的优势成为这一领域的研究热点。目前，淀粉类降解塑料占总降解塑料产量的2/3。聚乳酸(PLA)是一种人工合成的可生物降解聚酯，废弃后短时期内即可在微生物、酸、碱等作用下彻底被分解成CO₂和H₂O，其合成单体乳酸能够以自然界中取之不竭的糖类物质，如淀粉、纤维素等为最初原料，经酶解、发酵后得到，不依赖于石油，甚至可以利用一些废弃物，如制糖工业的副产品糖蜜，乳品工业的副产品乳清以及造纸工业的亚硫酸盐纸浆废液来发酵生产乳酸。由于生物相容性优良，PLA被广泛应用于生物医学领域。近几十年来，随着人们环保意识的提高和生产、改性技术的进步，PLA在包装、纺织等行业也成为极具发展前途的新兴材料。将PLA与淀粉共混，可以在保证体系具有环境友好性的同时，利用PLA的高强度和疏水性提高淀粉基塑料在力学性能、耐水性能等方面的不足。对于价格相对较高的微生物合成或人工合成的可降解聚合物，与淀粉共混也将是在满足使用性能的前提下降低成本的有效途径。因此，只有通过生物降解塑料与淀粉共混，提高淀粉含量降低成本，采用工业化生产过程，提高产品性价比，才能得到广泛推广和应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种HD全生物降解包装材料及其制备方法；本发明HD全生物降解包装材料性能好、能够被环境中有机微生物降解；其制备方法简单、成本低；并且其符合资源替代和产品环保的塑料包装工业可持续发展的要求，是一种具有很大发展潜力和市场需求的HD全生物降解包装材料。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

提供一种HD全生物降解包装材料，其各组份有如下的重量百分比：胺化淀粉为40％～80％，聚乳酸为15％～45％，增塑剂为2％～10％，交联剂为1％～5％，润滑剂为0.5％～1％，剩余量是其它助剂，所述其它助剂为0.5％～1％。

所述HD全生物降解包装材料的各组份详细说明如下：

胺化淀粉：

所述胺化淀粉包括淀粉和淀粉胺化剂，其各组份的重量百分比：淀粉为85％～95％，所述酰胺或聚丙烯酰胺为5％～15％。所述淀粉是来源于植物的玉米淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉及高支链淀粉中的任何一种，优先选用玉米淀粉。所述淀粉胺化剂是酰胺类化合物，优先选用甲酰胺或丙烯酰胺中的任何一种。一般淀粉的结晶度较高，达到40％，实际上是无法进行塑化加工的；将淀粉胺化，一方面可以降低加工过程中淀粉凝胶化的速度，另一方面可以减少混合物中水份的含量。

所述胺化淀粉的制备方法是：按重量百分比将85％～95％的淀粉和5％～15％的淀粉胺化剂称好重量；将称好重量的所述淀粉置于高速搅拌反应釜中，缓慢加热并开启高速搅拌反应釜搅拌，待所述淀粉温度达到60～65℃时，缓慢加入称好重量的所述淀粉胺化剂，保持60～65℃的恒温，并以900-1200转/分钟的高速搅拌25～35分钟，再降温冷却至室温，放料即得到所述胺化淀粉。

聚乳酸：

所述聚乳酸是吹膜级聚乳酸的一种

增塑剂：

所述增塑剂是脂肪族多元醇的一种或多种的混合物。

选用所述增塑剂应具备以下几点：①增塑剂必须能够与胺化淀粉、聚乳酸是完全相容的化合物；②增塑剂不但能够降低聚乳酸的熔点，而且能够改变其流动性；③增塑剂的沸点要高于所选组份混合物的加工温度；④增塑剂中必须富含有羟基。增塑剂的选择和用量至关重要，不但决定所述HD全生物降解包装材料的整体加工参数，而且决定所述HD全生物降解包装材料力学性能的优异。

交联剂：

所述交联剂是硼砂、硼酸钠、硼酸钠镁或含硼化合物中的任何一种。

将胺化淀粉和聚乳酸在增塑剂存在的情况下，通过机械共混，主体组份通过交联剂与混合组份中的羟基、醛基形成网状结构化合物，而成为较好交联体系，并且交联剂还具有以下作用：①增加亲水基的官能团和亲油基官能团的相互结合，提高所述HD全生物降解包装材料的力学性能；②提高所述HD全生物降解包装材料的透明度；③提高所述HD全生物降解包装材料的强度。

润滑剂：

所述润滑剂是液体石蜡、聚氧乙烯蜡或微晶蜡中的任何一种。

润滑剂可以选择塑料加工中常用的烃类、脂肪酸酰胺中的一种或几种的混合物。例如：可以用烯烃类润滑剂中的液体石蜡、聚氧乙烯蜡，这种润滑剂一般用量较大而价格低廉，而脂肪酸酰胺类润滑剂用量较少而价格较贵。

其它助剂：

所述其它助剂是常规包装工业所用的抗老化剂、赋形剂、增白剂等化学助剂中的一种或多种的混合物，抗老化剂是蔗糖酯、赋形剂是硬脂酸钠、增白剂钛白粉。这些助剂在所述HD全生物降解包装材料中用量较少，但效果比较明显。

上述所提到的所有原料和助剂可全部在市场上购买得到。

所述HD全生物降解包装材料制备所用的设备：

高速搅拌反应釜：

采用多功能分散反应釜，集低速强力搅拌和高速分散于一体，对能变性物料具有很好的适应性，搅拌分散同时进行并保证各种物料不挥发损失；特别适合淀粉胺化，聚乳酸改性的反应体系。高速搅拌反应釜为本公司加工生产或北京华新科塑料有限公司制造的高速搅拌反应釜，其型号为：SHR-200.低速搅拌速度为：500-750r/min(转/分钟)，高速搅拌速度为：900-1200r/min(转/分钟)。

挤出机：

采用本公司研制生产的挤出机挤出造成粒，或南京杰恩特机电有限公司制造的挤出机，其型号为：SJ-45.无须其它设备，使用挤出机的特点：(1)挤出机能够克服其它挤出机造粒时因熔体粘度较大，不易进料的缺点；(2)挤出机温度调解能够保证了物料所需的流动性和剪切力，以及各物料间的掺混均匀程度；(3)挤出机保证了淀粉中原有水份的不蒸发损失，以方便控制物料的含水量；(4)挤出机的螺杆结构采用多级压缩捏合保证了所有物料的塑化过程；(5)挤出机主要控制温度有四段，它们分别是：85～95℃、120～130℃、130～140℃、140～150℃；

吹膜机及片材机：

用适合于聚丙烯、聚乙烯加工的普通吹膜机及片材机加工，在本发明中加工时控制温度有五段分别是：机体温度：140～150℃、150～160℃、150～160℃、155～165℃模头温度：130～140℃。

本发明还提出了一种制造上述HD全生物降解包装材料的制备方法，包括以下步骤：

①用淀粉胺化剂将淀粉胺化，得到胺化淀粉；

②按重量百分比将40％～80％的胺化淀粉、15％～45％的聚乳酸、2％～10％的增塑剂、1％～5％的交联剂、0.5％～1％的润滑剂和剩余量的其它助剂称好重量，先将称好量的所述胺化淀粉和所述聚乳酸倒入高速搅拌反应釜，开始以500-750转/分钟的低速搅拌4～6分钟，然后加入称好重量的所述增塑剂、所述交联剂、所述润滑剂和所述其它助剂，并以900-1200转/分钟的高速搅拌8～12分钟后，再转入500-750转/分钟的低速搅拌8～12分钟，然后放料既得到所述混合物，在整个混料过程中物料温度控制在≤50℃。

③将从步骤②得到的混合物造粒，用挤出机造粒，所述挤出机主要控制温度有四段，它们分别是：85～95℃、120～130℃、130～140℃、140～150℃；

④将从步骤③挤出的粒料用适合于聚丙烯、聚乙烯加工的吹膜机及片材机制得所述HD全生物降解包装材料，加工时控制温度有五段，它们分别是：机体温度：140～150℃、150～160℃、150～160℃、155～165℃，模头温度：130～140℃。

同现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

本发明HD全生物降解包装材料各组份的原料可全部在市场上购买得到，而且价格便宜；再加上本发明制备方法简单、制造成本也低；本发明HD全生物降解包装材料组份中大部分采用胺化淀粉、聚乳酸及少量的增塑剂、交联剂，这样使其成本更低、性能也好、能够被环境中有机微生物降解；并且其符合资源替代和产品环保的塑料包装工业可持续发展的要求，是一种具有很大发展潜力和市场需求的HD全生物降解包装材料。

具体实施方式

下面通过各实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

(1).按以下重量进行原料配比：

胺化淀粉：70％、聚乳酸：20％、增塑剂：8％、交联剂：1％、润滑剂：0.5％、其它助剂：0.5％。

所述胺化淀粉采用玉米淀粉和聚丙烯酰胺进行胺化所制备，其重量百分比是：玉米淀粉：90％，聚丙烯酰胺：10％。

所述聚乳酸20％，

所述增塑剂是乙二醇，

所述交联剂是硼酸钠，

所述润滑剂是聚氧乙烯蜡，

所述其它助剂是：蔗糖酯、硬脂酸钠、钛白粉的混合物

(2).本实施例的HD全生物降解包装材料制备方法步骤如下：

①淀粉进行胺化：先将称好重量的所述玉米淀粉置于高速搅拌反应釜中，缓慢加热并开启高速搅拌反应釜开始搅拌，待所述淀粉温度达到60～65℃时，缓慢加入称好重量的所述丙烯酰胺，保持60～65℃的恒温，并以900-1200转/分钟的高速搅拌25～35分钟，再降温冷却至室温，放料即得到所述胺化淀粉；

②混料：将称好量的所述胺化淀粉和所述聚乳酸倒入高速搅拌反应釜，开始以500-750转/分钟的低速搅拌4～6分钟，然后加入称好量的所述增塑剂、所述交联剂、所述润滑剂和所述其它助剂，并以900-1200转/分钟的高速搅拌8～12分钟后，再转入500-750转/分钟的低速搅拌8～12分钟，然后放料既得到所述混合物，在整个混料过程中物料温度控制在≤50℃。

③挤出机挤出造粒：将从步骤②得到的混合物倒入挤出机造粒，挤出机主要控制温度有四段分别是：90℃、125℃、135℃、145℃；

④将从步骤③挤出的粒料用适合于PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)吹膜的吹膜机吹膜制备得到本实施例的所述HD全生物降解包装材料，吹膜时控制温度有五段分别是：机体温度：145℃、155℃、155℃、160℃，模头温度：135℃

⑤将从步骤③挤出的粒料用适合于PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)吹膜的片材机吹膜制备得到本实施例的所述HD全生物降解包装材料，制片时控制温度有五段分别是：机体温度：145℃、155℃、155℃、160℃，模头温度：135℃。

实施例2

(1).按以下重量进行原料配比：

胺化淀粉：60％、聚乳酸：30％、增塑剂：8％、交联剂：1％、润滑剂：0.5％、其它助剂：0.5％。

所述胺化淀粉采用玉米淀粉和聚丙烯酰胺进行胺化所制备，其重量百分比是：玉米淀粉：90％，聚丙烯酰胺：10％，

所述聚乳酸采用聚乳酸30％，

所述增塑剂是乙二醇，

所述交联剂是硼酸钠，

所述润滑剂是聚氧乙烯蜡，

所述其它助剂是：蔗糖酯、硬脂酸钠、钛白粉的混合物。

(2).本实施例的HD全生物降解包装材料制备方法步骤同实施例1。

实施例3

(1).按以下重量进行原料配比

胺化淀粉：50％、聚乳酸：40％、增塑剂：8％、交联剂：1％、润滑剂：0.5％、其它助剂：0.5％。

所述聚乳酸采用聚乳酸40％，

所述增塑剂是乙二醇，

所述交联剂是硼酸钠，

所述润滑剂是聚氧乙烯蜡，

所述其它助剂是：蔗糖酯、硬脂酸钠、钛白粉的混合物

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于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；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims

1.一种HD全生物降解包装材料，其特征在于所述包装膜各组份有如下的重量百分比：

胺化淀粉为15％～45％

聚乳酸为40％～80％

增塑剂为2％～10％

交联剂为1％～5％

润滑剂为0.5％～1％

剩余量是其它助剂。

2.根据权利要求1所述的HD全生物降解包装材料，其特征在于：

所述胺化淀粉包括淀粉和淀粉胺化剂，所述淀粉胺化剂是甲酰胺或丙烯酰胺中的任何一种；其各组份的重量百分比：淀粉为85％～95％，甲酰胺或丙烯酰胺为5％～15％。

所述淀粉是玉米淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉及高支链淀粉中的任何一种。

3.根据权利要求1所述的HD全生物降解包装材料，其特征在于：

所述聚乳酸是吹膜级聚乳酸的一种。

4.根据权利要求1所述的HD全生物降解包装材料，其特征在于：

所述增塑剂是脂肪族多元醇的一种或多种的混合物。

5.根据权利要求1所述的HD全生物降解包装材料，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的HD全生物降解包装材料，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的HD全生物降解包装材料，其特征在于：

所述其它助剂包括抗老化剂、赋形剂和增白剂的一种或多种的混合物。

8.一种制造权利要求1所述HD全生物降解包装材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①用淀粉胺化剂将淀粉胺化，得到胺化淀粉；

②按重量百分比将15％～45％的胺化淀粉、40％～80％的聚乳酸、2％～10％的增塑剂、1％～5％的交联剂、0.5％～1％的润滑剂和剩余量的其它助剂称好重量，先将称好量的所述胺化淀粉和所述聚乳酸倒入高速搅拌反应釜，开始以500-750转/分钟的低速搅拌4～6分钟，然后加入称好重量的所述增塑剂、所述交联剂、所述润滑剂和所述其它助剂，并以900-1200转/分钟的高速搅拌8～12分钟后，再转入500-750转/分钟的低速搅拌8～12分钟，然后放料即得到所述混合物，在整个混料过程中物料温度控制在≤50℃。

③将从步骤②得到的混合物用挤出机造粒，所述挤出机主要控制温度有四段，它们分别是：85～95℃、120～130℃、130～140℃、140～150℃；

④将从步骤③挤出的粒料用适合于聚丙烯、聚乙烯吹膜的吹膜机吹膜；适合于聚丙烯、聚乙烯制片的片材机制片，制得所述HD全生物降解包装材料吹膜、制片控制温度分别是：机体温度：140～150℃、150～160℃、150～160℃、155～165℃模头温度：130～140℃。

9.根据权利要求1所述的HD全生物降解包装材料的制备方法，其特征在于：所述步骤①中胺化淀粉的制备方法是：按重量百分比将85％～95％的淀粉和5％～15％的淀粉胺化剂称好重量，所述淀粉是玉米淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉及高支链淀粉中的任何一种，所述淀粉胺化剂是甲酰胺或丙烯酰胺中的任何一种；

将称好重量的所述淀粉置于高速搅拌反应釜中，缓慢加热并开启高速搅拌反应釜开始搅拌，待所述淀粉温度达到60～65℃时，缓慢加入称好重量的所述淀粉胺化剂，保持60～65℃的恒温，并以900-1200转/分钟的高速搅拌25～35分钟，再降温冷却至室温，放料即得到所述胺化淀粉。