CN105440324A - 一种高强度耐热疏水改性淀粉pvc复合降解塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度耐热疏水改性淀粉PVC复合降解塑料,由下列重量份的原料制成:玉米醇溶蛋白5.2-5.8、乙酸乙烯酯1.8-2.3、乙基纤维素松油醇溶液4.5-4.8、辅酶Q100.2-0.3、多壁碳纳米管0.7-0.8、过氧化二异丙苯0.3-0.4、三烯丙基异氰脲酸酯3-3.4、淀粉333-341、PVC300-350、异丙醇铝3.6-3.8、异丙醇15-17、水120-125、硝酸12-13、双氧水60-65。本发明通过使用玉米醇溶蛋白、乙酸乙烯酯、乙基纤维素松油醇溶液、辅酶Q10、多壁碳纳米管,进一步提高了塑料的强度尤其是拉伸强度,还提高了塑料的耐热性、气密性。
Description
技术领域
本发明涉及降解塑料技术领域,尤其涉及一种高强度耐热疏水改性淀粉PVC复合降解塑料及其制备方法。
背景技术
淀粉是多糖化合物,属于天然高分子材料,来源十分广泛,淀粉在纺织、造纸、石油工业等领域有着广阔的应用。20世纪60年代以来,随着地球石油资源的日益减少,因塑料白色污染导致环境恶化的逐渐加重,可生物降解塑料备受国内外研究的青睐。由于淀粉具有良好的生物降解性能,作为生物降解塑料的生物质研究取得了一定成果。然而,天然淀粉本身固有的多羟基结构使其极性较强,导致淀粉与非极性或弱极性的合成树脂互容性差,限制了其在生物降解塑料中的应用。目前解决这一问题主要采取对淀粉进行疏水化处理。改性处理的方法主要有物理改性、化学改性、偶联改性等方法。其中,物理改性:采用超声振荡能有效的使淀粉颗粒微细化,比表面积增大,但疏水效果不佳;化学改性:通常使用各种化学试剂取代羟基,取代度低,疏水效果不显著,且成本高后处理复杂。偶联改性:工艺简单,无污染,疏水效果显著,但处理后的淀粉粒径大且不均匀,影响其与合成树脂间的相容性。本课题将物理与偶联改性有机相结合,建立了一种复合改性方法新技术,多法联用,优势互补,获得了高疏水性淀粉。分别将高疏水性淀粉添加到聚氯乙烯(PVC)和聚乙烯醇(PVA)中,制备了可生物降解的PVC塑料和PVA薄膜。对高疏水性淀粉、可生物降解的PVC塑料和PVA薄膜进行了结构表征和性能测试。高疏水性淀粉的制备及性能测试:首先将玉米淀粉进行超声细化处理,以改性淀粉的疏水性能为指标,考查了改性时间、改性温度、搅拌速度、偶联剂用量和疏水剂用量对改性淀粉疏水性能的影响。确定了最佳改性条件,接触角测试显示:改性后淀粉的接触角明显增大(141~143°),其中,偶联剂酞酸四丁酯/疏水剂硬脂酸较偶联剂硅烷/疏水剂花生油对淀粉的疏水改性效果更好。红外分析结果显示:超声振荡后,淀粉中O-H的伸缩振动峰由3423cm-1变为3436cm-1,说明超声振荡可使O-H间氢键断裂而游离。疏水改性后淀粉中O-H的伸缩振动峰又降为3411cm-1,这是淀粉表面羟基与偶联剂和疏水剂作用的结果。扫描电镜分析显示:超声振荡后淀粉粒径显著变小,且分散均匀,团聚现象减少,表面附着均匀的斑点状改性物质,表明改性剂已包覆在淀粉颗粒上。淀粉基PVC塑料的制备及性能测试:分别将自制改性淀粉以不同比例(20%、40%、60%)加入到同一配方的PVC原料中,共混后制备降解塑料片材,抗拉伸实验结果显示:改性淀粉含量20~60%,抗拉强度25.49MPa~17.99MPa,可满足各种淀粉基塑料产品的性能。淀粉基PVA薄膜的制备及性能测试:首先将PVA与水加热溶解完全,然后一次添加偶联剂、增塑剂及疏水改性的淀粉,搅拌混合均匀,静止脱泡,流延制膜。以沉降率和抗拉伸强度为主要性能指标,以透光率为参考指标,综合考虑选择最佳制备条件。生物降解率测试:采用土埋法和培菌液法对淀粉基PVC塑料片材和淀粉基PVA薄膜的生物降解能力进行了初步测试,实验结果显示:淀粉基PVC塑料及PVA薄膜都表现出了良好的生物降解性能。其中,淀粉基PVC塑料在经过4个月土埋实验后,生物降解率达到61.8%,采用培菌液法40天后,生物降解率可以达到54%,淀粉基PVA薄膜采用培菌液法降解40天后,生物降解率可以达到68%。本研究建立了一种制备高疏水性淀粉的新方法。该方法工艺简单、绿色环保,成本低,有望工业化生产,推广应用前景看好。所制高疏水性淀粉可分别作为PVC和PVA塑料的良好生物质,用其制备的淀粉基PVC塑料和PVA塑料具有良好的物理性能和生物降解性能。
《淀粉的复合疏水改性及其在生物降解塑料中的应用研究》一文给出了淀粉复合改性的方法,得到了较好的疏水性淀粉。但是淀粉经过文中的方法改性,淀粉分子中葡萄糖单元的C6原子上的伯羟基及其容易水解,疏水性能还是不够好。单纯的双氧水氧化得到的氧化淀粉在氧化过程中随着醛、酮含量的增加,热塑性氧化淀粉的疏水性能有明显的提高,且材料的力学性能得到显著改善。然而,在氧化过程中,淀粉的分子量会急剧下降,且由于醛基的热稳定性差,因而会使氧化淀粉的耐热性能有所降低。因此目前的改性淀粉还存在的耐水性、耐热性、力学性能不够好的问题,需要进一步改进。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷,提供一种高强度耐热疏水改性淀粉PVC复合降解塑料及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种高强度耐热疏水改性淀粉PVC复合降解塑料,由下列重量份的原料制成:玉米醇溶蛋白5.2-5.8、乙酸乙烯酯1.8-2.3、乙基纤维素松油醇溶液4.5-4.8、辅酶Q100.2-0.3、多壁碳纳米管0.7-0.8、过氧化二异丙苯0.3-0.4、三烯丙基异氰脲酸酯3-3.4、淀粉333-341、PVC300-350、异丙醇铝3.6-3.8、异丙醇15-17、水120-125、硝酸12-13、双氧水60-65。
所述的高强度耐热疏水改性淀粉PVC复合降解塑料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将异丙醇铝、异丙醇混合,加热至78-80℃,将硝酸加入水中搅拌60-70min,再加入多壁碳纳米管,搅拌均匀,静置3-4小时,得到混合物料;
(2)将淀粉与玉米醇溶蛋白、乙酸乙烯酯、乙基纤维素松油醇溶液、辅酶Q10混合,研磨均匀,边搅拌边喷入第(1)步得到的混合物料,搅拌均匀后,加入双氧水,混合均匀,加热至78-80℃,搅拌反应30-40分钟,调节pH为中性,得到改性淀粉;
(3)将改性淀粉与其他剩余成分混合高速混合机中混合4-5分钟,再送入平行双螺杆挤出机,在140-145℃下挤出造粒;
(4)将第(3)步得到的粒料送入开炼机中在140-145℃下开片,再送入热模压机中,在170-180℃下压片处理3-4分钟,在室温下交联1-2个小时,即得。
本发明的优点是:本发明通过使用异丙醇,在淀粉表面形成了纳米颗粒,而且颗粒分布极其均匀,与淀粉颗粒结合牢固,防止氧化后分子量集聚下降,极大提高了淀粉的耐水性、耐老化性、耐热性和粘结性,与塑料的结合力增强,提高了复合塑料的力学性能;通过使用玉米醇溶蛋白、乙酸乙烯酯、乙基纤维素松油醇溶液、辅酶Q10、多壁碳纳米管,提高了塑料的强度尤其是拉伸强度,还提高了塑料的耐热性、气密性。
具体实施方式
一种高强度耐热疏水改性淀粉PVC复合降解塑料,由下列重量份(公斤)的原料制成:玉米醇溶蛋白5.2、乙酸乙烯酯1.8、乙基纤维素松油醇溶液4.5、辅酶Q100.2、多壁碳纳米管0.7、过氧化二异丙苯0.3、三烯丙基异氰脲酸酯3、淀粉333、PVC300、异丙醇铝3.6、异丙醇15、水120、硝酸12、双氧水60。
所述的高强度耐热疏水改性淀粉PVC复合降解塑料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将异丙醇铝、异丙醇混合,加热至78℃,将硝酸加入水中搅拌60min,再加入多壁碳纳米管,搅拌均匀,静置3小时,得到混合物料;
(2)将淀粉与玉米醇溶蛋白、乙酸乙烯酯、乙基纤维素松油醇溶液、辅酶Q10混合,研磨均匀,边搅拌边喷入第(1)步得到的混合物料,搅拌均匀后,加入双氧水,混合均匀,加热至78℃,搅拌反应30分钟,调节pH为中性,得到改性淀粉;
(3)将改性淀粉与其他剩余成分混合高速混合机中混合4分钟,再送入平行双螺杆挤出机,在140℃下挤出造粒;
(4)将第(3)步得到的粒料送入开炼机中在140℃下开片,再送入热模压机中,在170℃下压片处理3分钟,在室温下交联1个小时,即得。
经测试该实施例复合塑料的拉伸强度为42MPa,断裂伸长率为375%,200℃热稳定时间为290min,冲击脆化温度为-35℃,热延伸率为159%。
Claims (2)
1.一种高强度耐热疏水改性淀粉PVC复合降解塑料,其特征在于由下列重量份的原料制成:玉米醇溶蛋白5.2-5.8、乙酸乙烯酯1.8-2.3、乙基纤维素松油醇溶液4.5-4.8、辅酶Q100.2-0.3、多壁碳纳米管0.7-0.8、过氧化二异丙苯0.3-0.4、三烯丙基异氰脲酸酯3-3.4、淀粉333-341、PVC300-350、异丙醇铝3.6-3.8、异丙醇15-17、水120-125、硝酸12-13、双氧水60-65。
2.根据权利要求1所述的高强度耐热疏水改性淀粉PVC复合降解塑料的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将异丙醇铝、异丙醇混合,加热至78-80℃,将硝酸加入水中搅拌60-70min,再加入多壁碳纳米管,搅拌均匀,静置3-4小时,得到混合物料;
(2)将淀粉与玉米醇溶蛋白、乙酸乙烯酯、乙基纤维素松油醇溶液、辅酶Q10混合,研磨均匀,边搅拌边喷入第(1)步得到的混合物料,搅拌均匀后,加入双氧水,混合均匀,加热至78-80℃,搅拌反应30-40分钟,调节pH为中性,得到改性淀粉;
(3)将改性淀粉与其他剩余成分混合高速混合机中混合4-5分钟,再送入平行双螺杆挤出机,在140-145℃下挤出造粒;
(4)将第(3)步得到的粒料送入开炼机中在140-145℃下开片,再送入热模压机中,在170-180℃下压片处理3-4分钟,在室温下交联1-2个小时,即得。
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