CN104788734A - 一种淀粉/聚乙烯醇复合材料的复合改性剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种淀粉/聚乙烯醇复合材料的复合改性剂，由无机金属盐和非离子表面活性剂组成。无机金属盐作为增塑剂可提高淀粉/聚乙烯醇复合材料的机械性能。非离子表面活性剂一方面可与无机金属盐起到协同增塑的效果，另一方面可以改善淀粉/聚乙烯醇复合材料的耐水性能。加入非离子表面活性剂还可降低无机金属盐的加入量，并可降低最终制品中的卤素原子的含量，得到更加环保的淀粉/聚乙烯醇复合材料。本发明提出的复合改性剂适用于淀粉/聚乙烯醇复合材料的制备，可制备得到性能优良的淀粉/聚乙烯醇复合材料。

Description

一种淀粉/聚乙烯醇复合材料的复合改性剂

技术领域

本发明属于淀粉及淀粉基复合材料的助剂研发技术领域，具体涉及一种能同时改善淀粉/聚乙烯醇复合材料机械性能和提高其耐水性能的增塑剂-表面活性剂复合改性剂。

背景技术

淀粉是一种多糖类天然高分子，为葡萄糖的多聚体，具有良好的生物降解性。淀粉可分为直链淀粉（糖淀粉）和支链淀粉（胶淀粉）。前者为无分支的螺旋结构；后者以24~30个葡萄糖残基以α-1, 4-糖苷键首尾相连而成，在支链处为α-1, 6-糖苷键。淀粉资源大量存在于各种植物的种子及茎块中，具有可食性，其来源丰富，价格低廉，且属于可再生资源，同时具有良好的成膜性，因此常被用于薄膜产品的生产制备。

聚乙烯醇是一种具有良好成膜性能的水溶性高分子，其性能介于塑料和橡胶之间，其与淀粉具有较好的相容性。此外，聚乙烯醇作为广泛使用的化工原料，已经具备成熟的生产工艺，相对低廉的价格成本也使其在工业应用上更具优势。使用淀粉/聚乙烯醇混合溶液制得的复合材料不仅具有更佳的机械性能及热稳定性，还能同样保持淀粉材料生物可降解的特性。因此，淀粉/聚乙烯醇复合材料的开发与应用具有十分广阔的市场前景。

但淀粉和聚乙烯醇分子链上都含有很多羟基，羟基间极易形成氢键作用，大量的氢键作用使得淀粉和聚乙烯醇是半结晶性聚合物，淀粉和聚乙烯醇的相容性也有限，淀粉/聚乙烯醇复合材料表现出很强的脆性，极大地限制了淀粉/聚乙烯醇复合材料的推广使用。常用加入增塑剂的方法改善淀粉/聚乙烯醇复合材料的机械性能。

淀粉和聚乙烯醇常用的增塑剂是甘油等多元醇类小分子，但这些有机小分子对淀粉和聚乙烯醇的增塑效率有限，改性效果不足。无机盐氯化铝、氯化钙、氯化镁、氯化锂和硝酸钙等对淀粉和聚乙烯醇有很高的增塑效率，但这些无机盐改性的淀粉/聚乙烯醇复合膜的吸水率高，复合膜的耐水性差，这极大地限制了淀粉/聚乙烯醇复合材料的推广使用。

为了制备具有优良机械性能及高耐水性能的淀粉/聚乙烯醇复合材料，本发明提供了一种具有显著改性效果的无机盐—表面活性剂复合改性剂。这种复合改性剂的主要成分是亲水性的无机金属盐和非离子型表面活性剂。复合改性剂中的无机盐对淀粉和聚乙烯醇具有很高的增塑效率，同时这些非离子型表面活性剂一方面能够提高淀粉/聚乙烯醇复合材料的耐水性能，另一方面又能与无机盐产生协同作用，提高无机盐的增塑效率。通过这种复合改性剂能够制备出柔韧的并具有高耐湿性能的淀粉/聚乙烯醇复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种淀粉/聚乙烯醇复合材料的复合改性剂，该复合改性剂能够显著提高淀粉/聚乙烯醇复合材料的机械性能，也能改善其耐水性。加入此复合改性剂后，淀粉/聚乙烯醇复合材料具有较好的热稳定性、较低的结晶度、良好的机械性能、高的耐水性及可生物降解性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种淀粉/聚乙烯醇复合材料的复合改性剂是由无机金属盐和非离子表面活性剂组成。

所述的无机金属盐为氯化铝、氯化钙、氯化镁、氯化锂、硝酸钙中的一种或几种。

所述的非离子表面活性剂为司盘、吐温类、硬脂酰乳酸钠、单硬脂酸甘油酯、月桂酸单甘油酯中的一种或几种。

复合改性剂中无机金属盐的含量为淀粉/聚乙烯醇复合材料重量的5-30 wt%，非离子表面活性剂的含量为淀粉/聚乙烯醇复合材料重量的0.2-5 wt%。

所述的淀粉/聚乙烯醇复合材料的复合改性剂应用于溶液加工法和热塑加工法制备淀粉/聚乙烯醇复合材料中，提高淀粉/聚乙烯醇复合材料的机械性能及耐水性能。采用溶液加工法：将复合改性剂加入到淀粉/聚乙烯醇的成膜溶液中，搅拌均匀，直接进行溶液成膜或湿法纺丝；采用热塑加工法：将复合改性剂和淀粉、聚乙烯醇在高速搅拌机中充分搅拌，再在单螺杆挤出机中挤出造粒。

本发明的显著优点如下：

(1) 使用小分子无机金属盐作为增塑剂，对淀粉/聚乙烯醇复合材料具有显著的增塑效果，使淀粉/聚乙烯醇复合材料的机械性能显著提高。

(2) 加入非离子型表面活性剂能够与无机金属盐增塑剂产生积极的协同作用，不仅能够提高增塑效果，还能够降低增塑剂的用量，不但降低了成本，还能降低最终制品中的金属离子和卤素离子的含量。

(3) 非离子型表面活性剂具有两亲性，当其作为此复合改性剂的主要成分加入到淀粉/聚乙烯醇中时，一方面可以提高淀粉与聚乙烯醇彼此的相容性，另一方面，由于所选择的此类表面活性剂亲油特性明显，从而使得改性后的淀粉/聚乙烯醇复合材料的耐水性能得到改善。

(4) 本发明的复合改性剂，具有良好的水溶性，在常温下即可溶解于蒸馏水中，具有广泛的应用条件，环境适应性强。在淀粉/聚乙烯醇复合材料的制备过程中添加使用此复合改性剂不会增加额外的工序，工艺简便。

(5) 此复合改性剂主要成分的质量占比较为灵活，在较大范围内，可根据生产材料所需的性能要求做出调整，并可对淀粉/聚乙烯醇复合材料进行更好的性能调控。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。

实施例1

将15份无水氯化钙、0.5份司盘-85、50份淀粉和50份聚乙烯醇（1799系列）溶于水中，在90℃水浴中加热溶解制成5 wt%的成膜溶液。将上述成膜溶液在50℃的真空烘箱中干燥24 h得到淀粉/聚乙烯醇复合薄膜。相关性能数据见表1。

表1 实施例1中制备的淀粉/聚乙烯醇薄膜的性能

实施例2

将30份六水合氯化镁、0.2份吐温-20、30份淀粉和70份聚乙烯醇（2099系列）溶于水中，在90℃水浴中加热溶解制成5 wt%的成膜溶液。将上述成膜溶液在60℃的真空烘箱中干燥24 h得到淀粉/聚乙烯醇复合薄膜。相关性能数据见表2。

表2 实施例2中制备的淀粉/聚乙烯醇薄膜的性能

实施例3

将30份六水合氯化铝、5份单硬脂酸甘油脂、60份淀粉和40份聚乙烯醇（1799系列）在90℃水浴中加热溶解制成10 wt%的成膜溶液。将上述成膜溶液在60℃的真空烘箱中干燥24 h得到淀粉/聚乙烯醇复合薄膜。相关性能数据见表3。

表3 实施例3中制备的淀粉/聚乙烯醇薄膜的性能

实施例4

将5份的无水氯化锂、2.0份的月桂酸单甘油酯、60份淀粉和40份聚乙烯醇（1799系列）在90℃水浴中加热溶解制成10 wt%的成膜溶液。将上述复合改性剂溶液和淀粉/聚乙烯醇溶液共混搅拌均匀，制备得到混合溶液，将此混合溶液在70℃的真空烘箱中干燥24 h得到淀粉/聚乙烯醇复合薄膜。相关性能数据见表4。

表4 实施例4中制备的淀粉/聚乙烯醇薄膜性能

实施例5

将10份无水氯化钙、0.5份司盘-65、20份淀粉和80份聚乙烯醇（1799系列）在90℃水浴中加热溶解制成5 wt%的成膜溶液。将上述成膜溶液在80℃的真空烘箱中干燥24 h得到淀粉/聚乙烯醇复合薄膜。相关性能数据见表5。

表5 实施例5中制备的淀粉/聚乙烯醇薄膜的性能

实施例6

将5份无水氯化锂、3份硬脂酰乳酸钠、80份淀粉和20份聚乙烯醇（1788系列）在90℃水浴中加热溶解制成10 wt%的成膜溶液。将上述成膜溶液在60℃的真空烘箱中干燥得到淀粉/聚乙烯醇复合薄膜。相关性能数据见表6。

表6 实施例6中制备的淀粉/聚乙烯醇薄膜的性能

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种淀粉/聚乙烯醇复合材料的复合改性剂，其特征在于：由无机金属盐和非离子表面活性剂组成。

2.根据权利要求1所述的淀粉/聚乙烯醇复合材料的复合改性剂，其特征在于：所述的无机金属盐为氯化铝、氯化钙、氯化镁、氯化锂、硝酸钙中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的淀粉/聚乙烯醇复合材料的复合改性剂，其特征在于：所述的非离子表面活性剂为司盘、吐温类、硬脂酰乳酸钠、单硬脂酸甘油酯、月桂酸单甘油酯中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的淀粉/聚乙烯醇复合材料的复合改性剂，其特征在于：复合改性剂中无机金属盐的含量为淀粉/聚乙烯醇复合材料重量的5-30 wt%，非离子表面活性剂的含量为淀粉/聚乙烯醇复合材料重量的0.2-5 wt%。

5.一种如权利要求1所述的淀粉/聚乙烯醇复合材料的复合改性剂的应用，其特征在于：所述的淀粉/聚乙烯醇复合材料的复合改性剂应用于溶液加工法和热塑加工法制备淀粉/聚乙烯醇复合材料中，提高淀粉/聚乙烯醇复合材料的机械性能及耐水性能。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：采用溶液加工法：将复合改性剂加入到淀粉/聚乙烯醇的成膜溶液中，搅拌均匀，直接进行溶液成膜或湿法纺丝；采用热塑加工法：将复合改性剂和淀粉、聚乙烯醇在高速搅拌机中充分搅拌，再在单螺杆挤出机中挤出造粒。