CN105566690A - 一种淀粉基可降解生物塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种淀粉基可降解生物塑料及其制备方法，属于生物降解材料技术领域；所述的淀粉基可降解生物塑料由以下原料组成：通用高分子塑料：40-85%，高疏水性淀粉质材料：10-50%，脂肪族聚酯：0.5-5%，氧化促进剂：0.1-5.5%；所述的淀粉基可降解生物塑料的制备方法包括以下步骤：将淀粉进行疏水化处理，得到高疏水性淀粉质材料，再将原料组分按比例进行混合，用双螺杆挤出机制成母粒，将母粒与通用高分子塑料混合后，注塑、沿压、吹塑、成空成型制成淀粉基可降解生物塑料；该方法制备的产品在比较干燥且无阳光直射条件下可反复使用，并且强度基本不变，废弃产品在湿润土壤中最终完全分解，且不会产生任何有害成分，不会对环境造成污染。

Description

一种淀粉基可降解生物塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种淀粉基可降解生物塑料及其制备方法，属于生物降解材料技术领域。
背景技术
塑料作为人工合成的高分子材料，由于它具有很好的成型、成膜性、绝缘性、耐酸碱、耐腐蚀性、低透气以及易于着色、外观鲜艳等特点，广泛用于家电产品、汽车、家具、包装用品、农用薄膜等许多方面，塑料的大量使用，产生了许多无法回收的一次性塑料废弃品，造成了日益严重的“白色污染”，如地下水体污染和土壤污染，动植物资源被破坏，严重威胁着人类的生存和健康。淀粉塑料也称淀粉基塑料，泛指其组成含有淀粉或其衍生物的塑料，以天然淀粉为填充剂的和以天然淀粉或其衍生物为共混体系主要组分的塑料都属此类。
传统的通用高分子材料由于其本身性质难以为微生物所降解，即不会腐烂霉变，继而导致长时间留存于现有生活当中，因此，塑料垃圾袋污染问题日趋严重，引起了全世界广泛性的关注，现有的有不能为微生物所降级的通用高分子材料中加入一定比例的、能为微生物所降解的天然高分子材料，如淀粉、纤维素、蛋白质、甲壳质等，所制得的产品就可以被微生物所降解，但这类天然高分子材料都具有高度亲水性，而常见的通用高分子材料都是高度疏水的，两者之间相容性很差，共混后机械强度大大下降，为了增强相容性，科学家曾采用过许多方法，如使淀粉硅烷化或用异氰酸酯处理，或在淀粉上接枝一层丙烯酸酯或醋酸乙烯脂，但这些方法有点价格昂贵，有点效果不佳，改性后的淀粉疏水性仍然不足。
因此，有必要对现有的淀粉基可降解生物塑料及其制备方法进行改进，使得制备的淀粉基可降解生物塑料不会对环境造成污染。
发明内容
为了克服上述背景技术中存在的不足，本发明提供了一种淀粉基可降解生物塑料及其制备方法，该方法制备的产品在比较干燥且无阳光直射条件下可反复使用，并且强度基本不变，废弃产品在湿润土壤中，微生物会使材料霉变、破碎，最终完全分解，且不会产生任何有害成分，所得的产品在日光下暴晒也可缓慢分解，不会对环境造成污染。
为了达到上述目的，本发明提出如下技术方案：
所述的淀粉基可降解生物塑料由以下原料组成：通用高分子塑料：40-85%，高疏水性淀粉质材料：10-50%，脂肪族聚酯：0.5-5%，氧化促进剂：0.1-5.5%。
进一步，所述的通用高分子材料为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯中的一种或几种。
进一步，所述的高疏水性淀粉质材料为玉米、高粱、马铃薯制得的淀粉中的任意一种或其混合物。
进一步，所述的脂肪族聚酯为饱和或不饱和脂肪酸的甘油单酯、甘油三酯、天然植物油或其加氢产物、卵磷脂中的两种或多种混合物。
进一步，所述的氧化促进剂为铁、锰、锌的硬脂酸盐、油酸盐或环烷酸盐。
进一步，所述的淀粉基可降解生物塑料的制备方法包括以下步骤：淀粉首先在100-120℃干燥箱中干燥4h，然后称取干燥后的淀粉加入到搅拌机中，在2500-3000r/min条件下搅拌，当淀粉温度为80-100℃时，改性剂溶液通过注射器注入高搅机中与淀粉混合，其用量为淀粉质量百分数的0.5%，搅拌30min后加入淀粉质量百分数0.2%的纳米二氧化硅颗粒，继续搅拌10min，得到高疏水性淀粉质材料，再将原料组分按比例进行混合，用双螺杆挤出机制成母粒，将母粒与通用高分子塑料混合后，注塑、沿压、吹塑、成空成型制成淀粉基可降解生物塑料。
进一步，所述的改性剂为有机过氧化物，如过氧化二苯甲酰、过氧苯甲酸、异丙苯过氧化氢及其混合物。
本发明的有益效果：玉米、高粱、马铃薯制得的淀粉，其来源广泛，品种繁多，成本低廉；经疏水化制得高疏水性淀粉质材料，其疏水性能大大改善，与通用高分子材料相容性较好；加入脂肪酸酯、改性剂和氧化促进剂，能够改进淀粉基可降解生物塑料的光降解性和化学催化降解性能；本发明的产品在较干燥且无阳光直射条件下可反复使用，并且强度基本不变，废弃产品在湿润土壤中，微生物会使材料霉变、破碎、最终完全分解，且不产生任何有害成分，所制得的产品在日光下暴晒也可缓慢分解；产品中所使用的原料和各类助剂都属于完全可生物降解类型，不含任何不可降解的石油基树脂成分，是真正意义上的完全可降解塑料，因而更具有广阔的应用前景；本发明制备工艺简单，易于控制，对设备要求不高，可工业化，且投资小。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
所述的淀粉基可降解生物塑料的制备方法包括以下步骤：
将100kg的玉米制得的淀粉首先在100℃干燥箱中干燥4h，然后称取干燥后的淀粉40kg加入到搅拌机中，在2500r/min条件下搅拌，当淀粉温度为80℃时，改性剂过氧化二苯甲酰溶液通过注射器注入高搅机中与淀粉混合，改性剂过氧化二苯甲酰溶液的用量为0.2kg，搅拌30min后加入0.08kg的纳米二氧化硅颗粒，继续搅拌10min，得到高疏水性淀粉质材料，再将5kg的饱和甘油三酯和天然植物油混合物，5kg的锌的硬脂酸盐混合，用双螺杆挤出机制成母粒，将母粒与50kg的聚丙烯混合后，注塑、沿压、吹塑、成空成型制成淀粉基可降解生物塑料。
实施例2
所述的淀粉基可降解生物塑料的制备方法包括以下步骤：
将100kg的高粱制得的淀粉首先在110℃干燥箱中干燥4h，然后称取干燥后的淀粉50kg加入到搅拌机中，在2700r/min条件下搅拌，当淀粉温度为90℃时，改性剂过氧苯甲酸溶液通过注射器注入高搅机中与淀粉混合，改性剂过氧苯甲酸溶液的用量为0.25kg，搅拌30min后加入0.1kg的纳米二氧化硅颗粒，继续搅拌10min，得到高疏水性淀粉质材料，再将5kg的不饱和甘油三酯和天然植物油混合物，5kg的锰的硬脂酸盐混合，用双螺杆挤出机制成母粒，将母粒与40kg的聚苯乙烯混合后，注塑、沿压、吹塑、成空成型制成淀粉基可降解生物塑料。
实施例3
所述的淀粉基可降解生物塑料的制备方法包括以下步骤：
将100kg的马铃薯制得的淀粉首先在120℃干燥箱中干燥4h，然后称取干燥后的淀粉35kg加入到搅拌机中，在3000r/min条件下搅拌，当淀粉温度为100℃时，改性剂异丙苯过氧化氢溶液通过注射器注入高搅机中与淀粉混合，改性剂异丙苯过氧化氢溶液的用量为0.175kg，搅拌30min后加入0.07kg的纳米二氧化硅颗粒，继续搅拌10min，得到高疏水性淀粉质材料，再将2.5的不饱和脂肪酸的甘油单酯和甘油三酯混合物，2.5kg的锌的油酸盐混合，用双螺杆挤出机制成母粒，将母粒与60kg的聚氯乙烯混合后，注塑、沿压、吹塑、成空成型制成淀粉基可降解生物塑料。
本发明玉米、高粱、马铃薯制得的淀粉，其来源广泛，品种繁多，成本低廉；经疏水化制得高疏水性淀粉质材料，其疏水性能大大改善，与通用高分子材料相容性较好；加入脂肪酸酯、改性剂和氧化促进剂，能够改进淀粉基可降解生物塑料的光降解性和化学催化降解性能；本发明的产品在较干燥且无阳光直射条件下可反复使用，并且强度基本不变，废弃产品在湿润土壤中，微生物会使材料霉变、破碎、最终完全分解，且不产生任何有害成分，所制得的产品在日光下暴晒也可缓慢分解；产品中所使用的原料和各类助剂都属于完全可生物降解类型，不含任何不可降解的石油基树脂成分，是真正意义上的完全可降解塑料，因而更具有广阔的应用前景；本发明制备工艺简单，易于控制，对设备要求不高，可工业化，且投资小。
最终，以上实施例仅用以说明本发明一种淀粉基可降解生物塑料及其制备方法的技术方案而非限制，尽管通过上述实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种淀粉基可降解生物塑料，其特征在于：所述的淀粉基可降解生物塑料由以下原料组成：通用高分子塑料：40-85%，高疏水性淀粉质材料：10-50%，脂肪族聚酯：0.5-5%，氧化促进剂：0.1-5.5%。
2.根据权利要求1所述的一种淀粉基可降解生物塑料，其特征在于：所述的通用高分子材料为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种淀粉基可降解生物塑料，其特征在于：所述的高疏水性淀粉质材料为玉米、高粱、马铃薯制得的淀粉中的任意一种或其混合物。
4.根据权利要求1所述的一种淀粉基可降解生物塑料，其特征在于：所述的脂肪族聚酯为饱和或不饱和脂肪酸的甘油单酯、甘油三酯、天然植物油或其加氢产物、卵磷脂中的两种或多种混合物。
5.根据权利要求1所述的一种淀粉基可降解生物塑料，其特征在于：所述的氧化促进剂为铁、锰、锌的硬脂酸盐、油酸盐或环烷酸盐。
6.根据权利要求1所述的淀粉基可降解生物塑料的制备方法，其特征在于：所述的淀粉基可降解生物塑料的制备方法包括以下步骤：淀粉首先在100-120℃干燥箱中干燥4h，然后称取干燥后的淀粉加入到搅拌机中，在2500-3000r/min条件下搅拌，当淀粉温度为80-100℃时，改性剂溶液通过注射器注入高搅机中与淀粉混合，其用量为淀粉质量百分比的0.5%，搅拌30min后加入淀粉质量百分比0.2%的纳米二氧化硅颗粒，继续搅拌10min，得到高疏水性淀粉质材料，再将原料组分按比例进行混合，用双螺杆挤出机制成母粒，将母粒与通用高分子塑料混合后，注塑、沿压、吹塑、成空成型制成淀粉基可降解生物塑料。
7.根据权利要求6所述的一种淀粉基可降解生物塑料，其特征在于：所述的改性剂为有机过氧化物，如过氧化二苯甲酰、过氧苯甲酸、异丙苯过氧化氢及其混合物。
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