CN103059146A - 一种淀粉表面处理工艺 - Google Patents

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戴文利
陈枝晴
詹超
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Abstract

本发明公开了一种淀粉表面处理工艺。本发明主要是把适当的淀粉投入到高速混合机内，把转速提高到600-1600转/分，当温度达到80-130℃时，把助溶剂均匀加入到高速混合机内，与淀粉混合2-20分钟后，再加入高效界面剂，混合反应2-30分钟，放出物料，静置熟化3-60分钟后，即得到高表面活性的淀粉，与相关高分子材料简单混合就可以制备相应的生物降解材料。采用本发明的工艺能显著提高淀粉表面的活性，不仅极大地提高了淀粉表面与基体高分子材料的粘结性能，而且改善了淀粉在基体高分子材料中的分散性能，从而能够制备高性价比的材料。采用本发明的工艺获得的淀粉可以应用于全生物降解的高分子材料。

Description

一种淀粉表面处理工艺
技术领域
本发明属于化学化工技术领域，具体涉及一种天然全生物降解材料淀粉的表面处理工艺。
背景技术
淀粉是一种天然的可降解材料，来源广阔，主要品种有玉米淀粉、红薯淀粉、土豆淀粉等。但是在受热、承载的条件下，淀粉不能作为一种单独使用的材料，需要与合成高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯等组成复合材料来满足使用的要求。
近些年来，全生物降解高分子材料发展异常的迅速，已经研发出的品种多达几十种，如微生物发酵合成的聚羟基脂肪酸酯（PHA、PHB、PHBV等）；化学合成的聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）、二元醇二羧酸脂肪族聚酯（PBS）、脂肪族/芳香族共聚物、二氧化碳/环氧化合物共聚物（APC）、聚乙烯醇（PVA）等。随着全生物降解高分子材料的推广应用，淀粉在全生物降解材料的制备过程中越来越受到重视，主要原因是：（1）淀粉来源丰富，可以依靠种植而不断获得，不需要依赖石油；（2）淀粉具有生物降解性能，是天然的可降解材料；（3）价格便宜。因此，在全生物降解高分子材料的制备过程中，淀粉具有十分重要的作用。
但是，由于目前粉体技术的限制，淀粉的粒径尺寸一般在45-80μm，粒径大，其表面与基体高分子材料的粘结性能差，不能直接应用于高分子材料体系中。因此必须对淀粉的表面进行改性处理，改善其与基体高分子材料间的粘结性能，以满足制备材料的需要。目前对淀粉表面处理的工艺主要是：（1）简单固态混合法。这是一种通用的工艺，即采用偶联剂通过简单的混合过程，实现对淀粉表面的包覆，从而改善淀粉表面与基体高分子材料的粘结性能。常用的偶联剂有：钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂；（2）熔体混合工艺。一般通过双螺杆挤出机，在熔融状态下，利用接枝聚合物来改善基体高分子材料与淀粉表面的粘结性能。常用的接枝聚合物主要是马来酸酐接枝物、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝物、衣康酸接枝物、硅烷接枝物。采用以上两种工艺对淀粉表面的性能有一定改善，提高了淀粉与基体材料的表面粘结性能，但是这种淀粉表面性能的改善并没有使制备的材料达到较高的性能/价格比。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的淀粉表面处理工艺，该工艺基于力化学反应原理在固相淀粉表面形成反应活性点，与高效界面剂发生化学反应，实现淀粉表面的高活性化，提高淀粉表面与基体高分子材料的粘结力，以获得高的性价比。
本发明工艺是：把适当的淀粉投入到高速混合机内，把转速提高到600-1600转/分，当温度达到80-130℃时，把助溶剂均匀加入到高速混合机内，与淀粉混合2-20分钟后，再加入高效界面剂，混合反应2-30分钟，放出物料，静置熟化3-60分钟后，即得到高表面活性的淀粉，与相关高分子材料简单混合就可以制备相应的生物降解材料。
更具体地说，所述淀粉、助溶剂、高效界面剂组分质量配比是：100∶0.1-10∶0.1-8。
更具体地说，所述淀粉为玉米淀粉、红薯淀粉、白薯淀粉、土豆淀粉、米淀粉中的一种。
更具体地说，所述助溶剂为甘油与乙二醇的混合物，其质量配比为2∶1。
更具体地说，所述高效界面剂为二异氰酸酯与偶联剂的混合物，其质量配比为1∶1；所述二异氰酸酯为1,6-六亚甲基二异氰酸酯即HDI、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯即MDI、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种。
本发明的原理是：在高剪切场即高速混合机的作用下淀粉表面生成许多的反应活性点，助溶剂则是有助于淀粉表面快速生成活性点；高效界面剂是与淀粉表面活性点能适度反应的化学物质，能有效改善淀粉与高分子材料的界面相容性；静置熟化使淀粉表面的活性点与高效界面剂充分反应。
本发明具有如下的有益效果：采用本发明的工艺能显著提高淀粉表面的活性，不仅极大地提高了淀粉表面与基体高分子材料的粘结性能，而且改善了淀粉在基体高分子材料中的分散性能，从而能够制备高性价比的材料。采用本发明的工艺获得的淀粉可以应用于全生物降解的高分子材料，如聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）、二元醇二羧酸脂肪族聚酯（PBS）、二氧化碳/环氧化合物共聚物（APC）、聚羟基脂肪酸酯、聚乙烯醇（PVA），也可以用于通用高分子材料，如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、弹性体材。
具体实施方式
下面结合具体实验实例对本发明作进一步详细的描述。
实施例1：
取玉米淀粉3000g放入高速混合机，在转速为600转/分混合，当温度达到130℃时，加入助溶剂3g，助溶剂为甘油/乙二醇：2/1的混合物，混合2分钟后，加入高效界面剂3g，高效界面剂为HDI/钛酸酯偶联剂：1/1混合物，混合反应2分钟，放出物料，静置熟化3分钟，得到高表面活性的淀粉。
实施例2：
取玉米淀粉3000g放入高速混合机，在转速为900转/分混合，当温度达到90℃时，加入助溶剂15g，助溶剂为甘油/乙二醇：2/1的混合物，混合5分钟后，加入高效界面剂12g，高效界面剂为HDI/钛酸酯偶联剂：1/1混合物，混合反应6分钟，放出物料，静置熟化30分钟，得到高表面活性的淀粉。
实施例3：
取玉米淀粉3000g放入高速混合机，在转速为1600转/分混合，当温度达到80℃时，加入助溶剂300g，助溶剂为甘油/乙二醇：2/1的混合物，混合20分钟后，加入高效界面剂240g，高效界面剂为HDI/钛酸酯偶联剂：1/1混合物，混合反应30分钟，放出物料，静置熟化60分钟，得到高表面活性的淀粉。
实施例4：
取聚乳酸（PLA）1500g，加入本发明制备的高表面活性的玉米淀粉1500g，初步固相混合后，再通过双螺杆挤出机进行熔融混合造粒，制备出高性能/价格比的全生物降解高分子材料。所制备材料的主要性能是：拉伸强度为42MPa，冲击强度为16kJ/m2。

Claims (5)

1.一种淀粉表面处理工艺，其特征在于：把适当的淀粉投入到高速混合机内，把转速提高到600-1600转/分，当温度达到80-130℃时，把助溶剂均匀加入到高速混合机内，与淀粉混合2-20分钟后，再加入高效界面剂，混合反应2-30分钟，放出物料，静置熟化3-60分钟后，即得到高表面活性的淀粉。
2.根据权利要求1所述的淀粉表面处理工艺，其特征在于：所述淀粉、助溶剂、高效界面剂组分质量配比是：100∶0.1-10∶0.1-8。
3.根据权利要求1所述的淀粉表面处理工艺，其特征在于：所述淀粉为玉米淀粉、红薯淀粉、白薯淀粉、土豆淀粉、米淀粉中的一种。
4.根据权利要求1所述的淀粉表面处理工艺，其特征在于：所述助溶剂为甘油与乙二醇的混合物，其质量配比为2∶1。
5.根据权利要求1所述的淀粉表面处理工艺，其特征在于：所述高效界面剂为二异氰酸酯与偶联剂的混合物，其质量配比为1∶1；所述二异氰酸酯为1,6-六亚甲基二异氰酸酯即HDI、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯即MDI、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种。
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