CN103756018B - 热塑性乙酰化淀粉与聚乳酸的共混物及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热塑性乙酰化淀粉与聚乳酸的共混物及其制作方法，共混物包括以下重量份的材料：乙酰化淀粉：40‑57份；聚乳酸：15‑35份；甘油：10‑15份；十聚甘油五硬酸酯：3‑5份；醋酸纤维素：7‑10份。发明的混合物及制作方法，采用乙酰化淀粉和聚乳酸为主料，辅以甘油助剂，相互作用、结合，使得制造出来的混合物具有优异的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料改性技术领域，尤其涉及一种具有良好力学性能的热塑性乙酰化淀粉与聚乳酸的共混物及其制作方法。
背景技术
长期以来，塑料废弃物的主要处理方法为填埋、焚烧和回收再利用。但由于塑料质地轻、体积大、难分解，填埋不仅需要占用大量的土地资源，更直接造成环境污染；焚烧虽能回收部分热能，但产生温室气体，且有些品种的塑料焚烧还会产生有毒有害物质，如二噁英等，造成二次污染；回收再利用则受塑料品种、用途等限制，对整个回收系统提出了更高的要求，即使在发达国家，如意大利、日本等，其塑料回收率也不足 10%，而我国则低于 5%。随着塑料制品消费量的日益增大，其废弃物的处理不仅给环境造成了严重的污染，更造成了对石油资源的浪费。
进入二十一世纪，环境和资源问题备受世人关注。为了缓解环境污染和资源短缺给人类生存和发展带来的威胁，各国纷纷制定可持续发展战略，颁布相应的法律法规，国际社会更是提出了环境友好概念。2002 年召开的联合国可持续发展世界首脑会议上通过的《约翰内斯堡实施计划》首次正式提出“环境友好型材料”，其基本定义为：具有满意的使用性能和优良的环境协调性，或能够改善环境的材料。环境友好型材料是从节约资源和防止污染的角度来重新审视和改革传统材料学，降低生产与使用过程中资源和能源的消耗，减少对生态环境的影响，提高再生循环率，从而使人类对环境的治理可以从治标（即从末端治理污染）转向治本（即开发清洁工艺技术，减少污染源头，生产环境友好的产品）。
生物降解塑料，可由自然环境中的微生物如细菌、真菌和藻类的作用引起降解。根据其可降解程度的不同又可细分为不完全降解型和完全降解型。不完全降解型多为传统石油基树脂（通用聚烯烃）与其它可降解材料的共混物，其降解程度由可降解组分的含量决定。完全降解型的成分中不含或很少含有聚烯烃类物质，因其降解产物可成为微生物的营养源而能够被完全吸收，符合环境友好型材料的要求，是可降解塑料的发展方向。
可完全降解塑料近年来的研究热点是淀粉与聚乳酸共混物。聚乳酸(PLA)是一种完全生物质功能性高分子聚酯材料，具有优良的性能且易降解生成对环境无害的二氧化碳和水；淀粉是一种天然的生物高分子物质，具有生物可降解性，来源丰富和廉价等特点，常在共混体系内作为填料降低聚合物的成本。将淀粉填充到聚乳酸材料中，大大减小了聚乳酸材料的生产成本，改变了由于聚乳酸现行制备工艺较复杂，成本较高，只是在医药领域内使用的现状。但是由于淀粉的亲水性，分子之间强烈的相互作用，以及聚乳酸脆性较强，所以淀粉与聚乳酸共混物往往存在着相容性差，力学性能较差，造成韧性不足，这成为它在各个领域应用的一大障碍。
发明内容
本发明的目的是提供一种热塑性乙酰化淀粉与聚乳酸的共混物及其制作方法，其具有优良的力学性能。
为实现上述目的，本发明的技术解决措施如下：热塑性乙酰化淀粉与聚乳酸的共混物，其包括以下重量份的材料：
乙酰化淀粉：40-57份；
聚乳酸：15-35份；
甘油：10-15份；
十聚甘油五硬酸酯：3-5份；
醋酸纤维素：7-10份。
作为优选，所述材料组分的重量份如下：
乙酰化淀粉：42-55份；
聚乳酸：15-30份；
甘油：10-15份；
十聚甘油五硬酸酯：3-5份；
醋酸纤维素：8-10份。
作为优选，所述材料组分的重量份如下：
乙酰化淀粉：46-51份；
聚乳酸：15-16份；
甘油：10-11份；
十聚甘油五硬酸酯：4-5份；
醋酸纤维素：9-10份。
作为优选，所述的乙酰化淀粉取代度为1.0-3.0。
一种制作热塑性乙酰化淀粉与聚乳酸的共混物的方法，包括以下工艺步骤：
a）将按比例称量好的乙酰化淀粉和甘油倒入高速混合搅拌机中，高速混合两分钟，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度控制在100-135℃，形成热塑性乙酰化淀粉颗粒；
b）将按比例称取好的聚乳酸、十聚甘油五硬酸酯、醋酸纤维素与步骤a）中获得的热塑性乙酰化淀粉颗粒加入到高速搅拌机中，搅拌均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度控制在140-180℃，形成热塑性乙酰化淀粉与聚乳酸共混物颗粒。
一种制作热塑性乙酰化淀粉与聚乳酸的共混物的方法，包括以下工艺步骤：
将按比例称量好的乙酰化淀粉和甘油倒入高速混合搅拌机中，高速混合两分钟，通过双螺杆挤出机挤出造粒，先控制挤出温度在133-135℃，螺杆转速320-335转/分钟，得到第一部分热塑性乙酰化淀粉颗粒，然后控制挤出温度100-105℃，螺杆转速370-405转/分钟，得到第二部分热塑性乙酰化淀粉颗粒，再控制挤出温度105-125℃，螺杆转速340-345转/分钟，得到第三部分热塑性乙酰化淀粉颗粒，最后控制挤出温度125-135℃，螺杆转速350-355转/分钟，得到第四部分热塑性乙酰化淀粉颗粒，并且得到的第一部分热塑性乙酰化淀粉颗粒、第二部分热塑性乙酰化淀粉颗粒、第三部分热塑性乙酰化淀粉颗粒及第四部分热塑性乙酰化淀粉颗粒重量相等；将聚乳酸和得到的第一部分热塑性乙酰化淀粉颗粒加入高速搅拌机中，搅拌均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度在165-180℃，螺杆转速310-315转/分钟，得到第一部分混合颗粒；将十聚甘油五硬酸酯和得到的第二部分热塑性乙酰化淀粉颗粒加入高速搅拌机中，搅拌均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度在140-155℃，螺杆转速370-385转/分钟，得到第二部分混合颗粒；醋酸纤维素和得到的第三部分热塑性乙酰化淀粉颗粒加入高速搅拌机中，搅拌均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度在155-175℃，螺杆转速310-315转/分钟，得到第三部分混合颗粒；最后将第四部分热塑性乙酰化淀粉颗粒和第一部分混合颗粒、第二部分混合颗粒、第三部分混合颗粒加入到高速搅拌机中，搅拌均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度控制在140-180℃，形成热塑性乙酰化淀粉与聚乳酸共混物颗粒。
本发明的共混物及制作方法，采用乙酰化淀粉和聚乳酸为主料，辅以甘油助剂，相互作用、结合，使得制造出来的混合物具有优异的力学性能，这些助剂中：
甘油：乙酰化淀粉中加入甘油，在热力场和外力场作用下可以使小分子甘油渗透到乙酰化淀粉分子之间，削弱乙酰化淀粉分子之间的氢键，从而使乙酰化淀粉分子间力降低，提高了活动能力，促进分子间相对运动，改善其力学性能和加工性能。
十聚甘油五硬酸酯，可以提高混合物的耐老化性能与力学性能。使得热塑性乙酰化淀粉与聚乳酸很好结合，相互之间有了很好的分散，使的混合物的力学性能（拉伸强度、断裂伸长率）有了很大的提高。
加入上述的甘油、十聚甘油五硬酸酯两种种助剂和乙酰化淀粉、聚乳酸混合后，制造出来的混合物已经具有比较优异的力学性能；为了进一步的加强混合物的力学性能，本发明的混合物还加入了如下的助剂：
醋酸纤维素不但可以增强混合物的抗张强度，而且还能使混合物的耐水性能得到提高。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。
实施例1；
乙酰化淀粉： 57kg；
聚乳酸：18kg；
甘油：10kg；
十聚甘油五硬酸酯： 5kg；
醋酸纤维素： 10kg。
制作方法：将57kg的乙酰化淀粉和10kg的甘油倒入高速混合搅拌机中，高速混合两分钟，通过双螺杆挤出机挤出造粒，形成热塑性乙酰化淀粉颗粒；具体如下，先控制挤出温度在133-135℃，螺杆转速320-335转/分钟，得到第一部分热塑性乙酰化淀粉颗粒，然后控制挤出温度100-105℃，螺杆转速370-405转/分钟，得到第二部分热塑性乙酰化淀粉颗粒，再控制挤出温度105-125℃，螺杆转速340-345转/分钟，得到第三部分热塑性乙酰化淀粉颗粒，最后控制挤出温度125-135℃，螺杆转速350-355转/分钟，得到第四部分热塑性乙酰化淀粉颗粒，第一部分热塑性乙酰化淀粉颗粒、第一部分热塑性乙酰化淀粉颗粒、第二部分热塑性乙酰化淀粉颗粒、第三部分热塑性乙酰化淀粉颗粒及第四部分热塑性乙酰化淀粉颗粒的重量相等；
将18kg聚乳酸和得到的第一部分热塑性乙酰化淀粉颗粒加入高速搅拌机中，搅拌均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度在165-180℃，螺杆转速310-315转/分钟，得到第一部分混合颗粒；将5kg十聚甘油五硬酸酯和得到的第二部分热塑性乙酰化淀粉颗粒加入高速搅拌机中，搅拌均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度在140-155℃，螺杆转速370-385转/分钟，得到第二部分混合颗粒；醋酸纤维素10kg和得到的第三部分热塑性乙酰化淀粉颗粒加入高速搅拌机中，搅拌均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度在155-175℃，螺杆转速310-315转/分钟，得到第三部分混合颗粒；最后将第四部分热塑性乙酰化淀粉颗粒和第一部分混合颗粒、第二部分混合颗粒、第三部分混合颗粒加入到高速搅拌机中，搅拌均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度控制在140-180℃，形成热塑性乙酰化淀粉与聚乳酸共混物颗粒，共混物的颗粒可以用来制作一次性餐具、塑料袋等。
实施例2；
乙酰化淀粉：40kg；
聚乳酸：35kg；
甘油：15kg；
十聚甘油五硬酸酯：3kg；
醋酸纤维素：7kg。
制作方法：
a）将按称量好的40kg乙酰化淀粉和15kg甘油倒入高速混合搅拌机中，高速混合两分钟，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度控制在100-135℃，形成热塑性乙酰化淀粉颗粒；
b）将称量好的35kg聚乳酸、3kg十聚甘油五硬酸酯、7kg醋酸纤维素与步骤a）中获得的热塑性乙酰化淀粉颗粒加入到高速搅拌机中，搅拌均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度控制在140-180℃，形成热塑性乙酰化淀粉与聚乳酸共混物颗粒。
实施例3；
乙酰化淀粉：50kg；
聚乳酸：22kg；
甘油：13kg；
十聚甘油五硬酸酯：5kg；
醋酸纤维素：10kg。
制作方法同实施例1。
实施例4；
乙酰化淀粉：45kg；
聚乳酸：30kg；
甘油：15kg；
十聚甘油五硬酸酯：4kg；
醋酸纤维素：6kg。
制作方法：将45kg的乙酰化淀粉和15kg的甘油倒入高速混合搅拌机中，高速混合两分钟，通过双螺杆挤出机挤出造粒，形成热塑性乙酰化淀粉颗粒；具体如下，先控制挤出温度在133-135℃，螺杆转速320-335转/分钟，得到第一部分热塑性乙酰化淀粉颗粒，然后控制挤出温度100-105℃，螺杆转速370-405转/分钟，得到第二部分热塑性乙酰化淀粉颗粒，再控制挤出温度105-125℃，螺杆转速340-345转/分钟，得到第三部分热塑性乙酰化淀粉颗粒，最后控制挤出温度125-135℃，螺杆转速350-355转/分钟，得到第四部分热塑性乙酰化淀粉颗粒；
将30kg聚乳酸和得到的第一部分热塑性乙酰化淀粉颗粒加入高速搅拌机中，搅拌均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度在165-180℃，螺杆转速310-315转/分钟，得到第一部分混合颗粒；将4kg十聚甘油五硬酸酯和得到的第二部分热塑性乙酰化淀粉颗粒加入高速搅拌机中，搅拌均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度在140-155℃，螺杆转速370-385转/分钟，得到第二部分混合颗粒；醋酸纤维素6kg和得到的第三部分热塑性乙酰化淀粉颗粒加入高速搅拌机中，搅拌均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度在155-175℃，螺杆转速310-315转/分钟，得到第三部分混合颗粒；最后将第四部分热塑性乙酰化淀粉颗粒和第一部分混合颗粒、第二部分混合颗粒、第三部分混合颗粒加入到高速搅拌机中，搅拌均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度控制在140-180℃，形成热塑性乙酰化淀粉与聚乳酸共混物颗粒，共混物的颗粒可以用来制作一次性餐具、塑料袋等，为了取得比较好的力学性能，所述第一部分混合颗粒、第二部分混合颗粒、第三部分混合颗粒的重量和所述聚乳酸、十聚甘油五硬酸酯、醋酸纤维素的重量成正比，第四部分热塑性乙酰化淀粉颗粒为四部分热塑性乙酰化淀粉颗粒重量的1/6，以本实施方式为例，聚乳酸和十聚甘油五硬酸酯及醋酸纤维素重量比值为15：2：3，则第一部分混合颗粒、第二部分混合颗粒、第三部分混合颗粒的重量分别为32.5kg，5kg，7.5kg，这样的配合，能够使得制出的共混物具有比较优良的力学性能。
实施例5；
乙酰化淀粉：55kg；
聚乳酸：33kg份；
甘油：12kg；
十聚甘油五硬酸酯：5kg；
醋酸纤维素：10kg。
制作方法同实施例1。
对上述实施方式得到的混合物，干燥后注塑成标准样条测试其力学性能拉伸强度和断裂伸长率按照GB/T 1040-92标准进行检验，样条尺寸（mm）：长（75±2）x端部宽度（10±0.5）x厚度（2±0.2），拉伸速度20mm/min；分别为：12%、11.1%、13.2%、13.9%及12.6%。
Claims (4)
1.热塑性乙酰化淀粉与聚乳酸的共混物，其特征在于：其包括以下重量份的材料：
乙酰化淀粉：40-57份；
聚乳酸：15-35份；
甘油：10-15份；
十聚甘油五硬酸酯：3-5份；
醋酸纤维素：7-10份；
热塑性乙酰化淀粉与聚乳酸的共混物的制作工艺为：将按比例称量好的乙酰化淀粉和甘油倒入高速混合搅拌机中，高速混合两分钟，通过双螺杆挤出机挤出造粒，先控制挤出温度在133-135℃，螺杆转速320-335转/分钟，得到第一部分热塑性乙酰化淀粉颗粒，然后控制挤出温度100-105℃，螺杆转速370-405转/分钟，得到第二部分热塑性乙酰化淀粉颗粒，再控制挤出温度105-125℃，螺杆转速340-345转/分钟，得到第三部分热塑性乙酰化淀粉颗粒，最后控制挤出温度125-135℃，螺杆转速350-355转/分钟，得到第四部分热塑性乙酰化淀粉颗粒，并且得到的第一部分热塑性乙酰化淀粉颗粒、第二部分热塑性乙酰化淀粉颗粒、第三部分热塑性乙酰化淀粉颗粒及第四部分热塑性乙酰化淀粉颗粒重量相等；将聚乳酸和得到的第一部分热塑性乙酰化淀粉颗粒加入高速搅拌机中，搅拌均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度在165-180℃，螺杆转速310-315转/分钟，得到第一部分混合颗粒；将十聚甘油五硬酸酯和得到的第二部分热塑性乙酰化淀粉颗粒加入高速搅拌机中，搅拌均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度在140-155℃，螺杆转速370-385转/分钟，得到第二部分混合颗粒；醋酸纤维素和得到的第三部分热塑性乙酰化淀粉颗粒加入高速搅拌机中，搅拌均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度在155-175℃，螺杆转速310-315转/分钟，得到第三部分混合颗粒；最后将第四部分热塑性乙酰化淀粉颗粒和第一部分混合颗粒、第二部分混合颗粒、第三部分混合颗粒加入到高速搅拌机中，搅拌均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度控制在140-180℃，形成热塑性乙酰化淀粉与聚乳酸共混物颗粒。
2.根据权利要求1所述的热塑性乙酰化淀粉与聚乳酸的共混物，其特征在于所述材料组分的重量份如下：
乙酰化淀粉：42-55份；
聚乳酸：15-30份；
甘油：10-15份；
十聚甘油五硬酸酯：3-5份；
醋酸纤维素：8-10份。
3.根据权利要求2所述的热塑性乙酰化淀粉与聚乳酸的共混物，其特征在于所述材料组分的重量份如下：
乙酰化淀粉：46-51份；
聚乳酸：15-16份；
甘油：10-11份；
十聚甘油五硬酸酯：4-5份；
醋酸纤维素：9-10份。
4.根据权利要求1或2或3所述的热塑性乙酰化淀粉与聚乳酸的共混物，其特征在于：所述的乙酰化淀粉取代度为1.0-3.0。
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