CN103849010A

CN103849010A - 一种辐照玉米淀粉基的生物降解颗粒及其薄膜

Info

Publication number: CN103849010A
Application number: CN201410061121.7A
Authority: CN
Inventors: 李澧; 朱佳廷
Original assignee: Jiangsu Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Jiangsu Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2014-02-23
Filing date: 2014-02-23
Publication date: 2014-06-11

Abstract

本发明公开了一种辐照玉米淀粉基的生物降解颗粒，包括以重量份数计，100份辐照玉米淀粉、10-30份塑化剂、5-15份增强剂、0.5-2份交联剂、和0.01-1份开口剂。本发明的生物降解颗粒，成本低廉，使用的试剂安全无毒，塑化效果好。

Description

一种辐照玉米淀粉基的生物降解颗粒及其薄膜

技术领域

本发明涉及塑料，特别涉及一种辐照玉米淀粉基的生物降解颗粒及其薄膜。

背景技术

塑料制品具有重量轻、机械性能好、耐水、耐化学腐蚀、外观美观、制造及安装方便以及价格低廉等优点，被广泛的应用到工业、农业、医药化工、国防及人们生产和日常生活的各个领域。2012年，我国塑料制品累计总产量5830万T以上，居世界第二位。

然而，大量废弃塑料制品的不可降解性，给人类的生存环境带来了巨大的困扰。一)目前塑料废弃物的处理主要采用回收、焚烧、掩埋等方式。对于回收处理方式，以目前的科技水平仅有25％的塑料废弃物可以被回收。对于塑料废弃物而言，回收处理的费用很高，而回收产品的性能较低，使用价值不高。对于焚烧处理，会产生大量的有害气体，对环境造成极大的污染，目前已经禁止该处理方式。对于填埋处理，既占用土地，又不会对塑料的降解产生实质性帮助。我国每年产生约500万吨的塑料垃圾，除了30％左右由个体业主自发回收利用，其余大部分进行卫生填埋或随意堆放，造成大量的资源浪费和环境污染。二)塑料制品中含有增塑剂邻苯二甲醛酯类化合物。该化合物具有低水溶性、高脂溶性和生物积累性。残弃的塑料制品经长时间浸沥会缓慢的释放出该类化合物，对水源、土壤造成毒害。同时，塑料制品的大量使用还加速了石油能源的消耗。众所周知，石油是一种不可再生资源，大量的消耗必将导致石油能源的枯竭。据报道全球石油储量约800亿吨，而全球每年的石油消耗量超过30亿吨，如此下去，数十年后，高分子塑料工业将面临原料匮乏的困境。

淀粉具有可循环再生性、来源广泛、价格低廉、降解性能优良等优点，成为一种理想的塑料替代品。第一代淀粉塑料是淀粉填充型塑料。该类塑料中淀粉含量在10％～30％之间，淀粉降解后塑料崩解成碎片残留在自然环境中。该类塑料可缓解高分子塑料造成的白色污染，但不能从根本上解决白色污染问题；第二代淀粉塑料为淀粉共混型塑料。该类塑料中淀粉含量提高到30％～70％，混合物中含有难降解的聚烯烃，也有能较快降解的乙烯／乙烯醇、乙烯／丙烯酸和乙烯／醋酸乙烯酯共聚物等。这类产品在力学性能、加工性能和降解性能方面结合的非常好。但由于淀粉与树脂的相容性差，导致淀粉很难在料样中混合均匀。淀粉与树脂之间的增容问题，是第二代淀粉塑料需要解决的问题。但是，在淀粉的变性、聚乙烯醇的改性会发生氨化、醚化或酯化等反应，引入无法降解的高分子链，增加了另外的安全隐患。第三代淀粉塑料为全降解淀粉塑料。该类塑料中淀粉的含量在90％以上，通过干法剪切塑化、直接挤出得到。但是，这种全淀粉塑料的制备工艺与目前常规的塑料生产设备不兼容。

干法剪切塑化、挤出造粒工艺是目前塑料母粒的常规制备工艺。但是，以淀粉为主体材料制备塑料母粒时，存在造粒难的问题。1、淀粉的力学性能差。塑化后熔融态的淀粉力学性能很差，造粒时很难拉成条。2、淀粉的吸湿性强。造粒拉条过程中，必须使用风冷，不能使用水冷。同时，淀粉在风冷拉条过程中会不断吸收空气的水份，容易导致切粒机的刀口堵塞。3、熔融态淀粉的粘度大，易于黏附在造粒机的模头，堵住滤网，损坏吹膜机。4、造粒后的淀粉依然具有很强的吸湿性，需要保存在干燥皿中，增加后续处理的困难。目前为了解决上述问题，采用对淀粉进行改性，在淀粉表面增加疏水基团，降低淀粉的吸湿性。

淀粉的改性有如下几种方法：1)利用淀粉颗粒的多羟基，在其表面偶联一层疏水层。硅烷类偶联剂和铝酸酯偶联剂是最常用的两种偶联剂。硅烷类偶联剂多有神经毒性和腐蚀性，铝酸酯偶联剂无毒，但增加了粉料的粘性，增加了后期制备工艺的难度。2)纳米二氧化硅淀粉改性细化淀粉。纳米二氧化硅比较昂贵。细化到300目的淀粉，1、增加了成本；2、需要防止细化淀粉的团聚；3、细化淀粉更易吸水。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足或缺陷，本发明提供一种辐照玉米淀粉基的生物降解颗粒及其薄膜。

一种辐照玉米淀粉基的生物降解颗粒，包括，以重量份数计，100份辐照玉米淀粉、10-30份塑化剂、5-15份增强剂、0.5-2份交联剂、和0.01-1份开口剂。

可选的，所述辐照玉米淀粉为经⁶⁰Co-γ射线辐照后的玉米淀粉。

可选的，所述塑化剂包括：甘油、三乙醇胺、或尿素。

可选的，所述增强剂包括：聚乙烯醇或聚己内酯。

可选的，所述交联剂包括：戊二醛、多聚甲醛、或乙二醛。

可选的，所述开口剂包括：硬脂酸或液体石蜡。

可选的，所述⁶⁰Co-γ射线辐照的辐照剂量为10-80kGy。

此外，本发明还公开了一种淀粉基薄膜，其特征在于：其采用上述生物降解颗粒为原材料。

本发明不需要使用偶联剂、不需要纳米二氧化硅的修饰、不需要淀粉的疏水处理，制备方法简单，使用的试剂安全无毒，辐照降低了淀粉的结晶度，减小了淀粉的粒径，塑化效果好。

附图说明

图1为本发明生物降解颗粒制备方法流程图；

图2为不同辐照剂量下玉米淀粉的重量变化图；

图3为不同辐照剂量照射后玉米淀粉粒径变化图；

图4为不同辐照剂量照射后玉米淀粉结晶度变化图；

图5为生物降解颗粒自然降解曲线。

具体实施方式

下面结合附图，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明采用不同辐照剂量的⁶⁰Co-γ射线，辐照淀粉，得到一种干燥、粒径减小、结晶度下降的变性淀粉，辐照玉米淀粉基的生物降解颗粒，其特征在于，该生物降解颗粒包括：以重量份数计，100份辐照玉米淀粉、10-30份塑化剂、5-15份增强剂、0.5-2份交联剂、和0.01-1份开口剂。

上述生物降解颗粒的制备可以参阅图1：

S101：利用射线对玉米淀粉进行辐照，得到辐照玉米淀粉。

本发明采用不同辐照剂量的⁶⁰Co-γ射线，辐照淀粉，得到辐照玉米淀粉，本发明提出的⁶⁰Co-γ射线辐照法能够有效的修饰淀粉，得到易于塑化、易于造粒的淀粉基粉料。实验表明经⁶⁰Co-γ射线辐照后玉米淀粉的水分减少、粉粒径减小、结晶度下降。

a、⁶⁰Co-γ射线辐照后玉米淀粉的水分减少。

取100g市售的玉米淀粉，市售的玉米淀粉中含有约20％左右的水，对100g市售的玉米淀粉采用不同辐照剂量的⁶⁰Co-γ射线进行照射，其玉米淀粉重量与辐照剂量的关系如图2所示，实验结果表明：⁶⁰Co-γ射线辐照后玉米淀粉的重量减少了21％，对应为水的挥发，⁶⁰Co-γ射线辐照后玉米淀粉的水分减少。可见，辐照后的淀粉是完全干燥的淀粉，辐照过程也可以看成是一次干燥的过程。

b、⁶⁰Co-γ射线辐照后玉米淀粉的粉粒径减小。

对等量的玉米淀粉，采用不同辐照剂量的⁶⁰Co-γ射线进行照射，结果如图3所示，图3中A图为原始淀粉的粒径图，B图为20kGy辐照剂量照射后的淀粉的粒径图，C图为40kGy辐照剂量照射后的淀粉的粒径图，D图为50kGy辐照剂量照射后的淀粉的粒径图。实验结果表明：⁶⁰Co-γ射线辐照后，玉米淀粉粒径减小；40kGy和50kGy的辐照剂量的淀粉的粒径比较相近，40kGy的辐照剂量能够有效的细化玉米淀，考虑到辐照的成本问题，所有优选的辐照剂量为40kGy。可见，辐照过程是一个淀粉的细化过程。

c、⁶⁰Co-γ射线辐照后玉米淀粉的结晶度下降。

对等量的玉米淀粉，采用不同辐照剂量的⁶⁰Co-γ射线进行照射，其强度随辐照剂量变化的结果如图4所示，实验结果表明：⁶⁰Co-γ射线辐照后，玉米淀粉的结晶度下降。可见辐照过程是一个降低淀粉结晶度，增加可塑性的过程。

S102：以重量份数计，将100份辐照玉米淀粉、10-30份塑化剂、5-15份增强剂、0.5-2份交联剂、和0.01-1份开口剂混合均匀，得到混合料。

所述塑化剂可以包括：甘油、三乙醇胺、或尿素等；所述增强剂可以包括：聚乙烯醇或聚己内酯等；所述交联剂可以包括：戊二醛、多聚甲醛、或乙二醛等；所述开口剂可以包括：硬脂酸或液体石蜡等。

例如，可以采用如下组分，以重量份数计，其组份及含量如下：以辐照玉米淀粉100为基数：甘油(塑化剂)10-30；戊二醛0.5-2，硬脂酸1-3，聚乙烯醇5-15，液体石蜡0.01-0.05。

混合时，可以将辐照后的变性玉米淀粉、甘油、硬脂酸、戊二醛和液体石蜡，置于高速／低速混料机中混匀。

S103：将混合料造粒，得到所述生物降解颗粒。

具体而言，可以将步骤S102中的混合料置于双螺杆挤出机中造粒，得到生物降解颗粒。

通过上述步骤制备而成的生物降解颗粒具有良好的降解性，取1.5g的本发明的生物降解颗粒其自然降解曲线如图5所示，结果表明生物降解颗粒90天的降解率为77％，其具有良好的降解性。

利用本发明的生物降解颗粒可以制得不同的塑料产品，例如将本发明的生物降解颗粒置于不同口径的吹膜机中，可以制备出不同宽度的淀粉基薄膜；其制备设备与方法为现有技术，不再详述。

以上所示，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种辐照玉米淀粉基的生物降解颗粒，其特征在于，包括，以重量份数计，100份辐照玉米淀粉、10-30份塑化剂、5-15份增强剂、0.5-2份交联剂、和0.01-1份开口剂。

2.根据权利要求1所述的生物降解颗粒，其特征在于，所述辐照玉米淀粉为经⁶⁰Co-γ射线辐照后的玉米淀粉。

3.根据权利要求1所述的生物降解颗粒，其特征在于，所述塑化剂包括：甘油、三乙醇胺、或尿素。

4.根据权利要求1所述的生物降解颗粒，其特征在于，所述增强剂包括：聚乙烯醇或聚己内酯。

5.根据权利要求1所述的生物降解颗粒，其特征在于，所述交联剂包括：戊二醛、多聚甲醛、或乙二醛。

6.根据权利要求1所述的生物降解颗粒，其特征在于，所述开口剂包括：硬脂酸或液体石蜡。

7.根据权利要求2所述的生物降解颗粒，其特征在于，优选的，所述⁶⁰Co-γ射线辐照的辐照剂量为10-80kGy。

8.一种淀粉基薄膜，其特征在于：其采用上述权利要求1-7中任一生物降解颗粒为原材料。