CN107540879A - 一种热塑性淀粉/聚乳酸双层膜及其制备方法与应用 - Google Patents

一种热塑性淀粉/聚乳酸双层膜及其制备方法与应用 Download PDF

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周晓明
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Abstract

本发明公开了一种热塑性淀粉/聚乳酸双层膜及其制备方法与应用。该方法包括以下步骤：(1)将聚乳酸溶解到二氯甲烷中，超声振荡，得到聚乳酸溶液；(2)将淀粉溶解到水中，然后加入丙三醇与山梨醇的混合溶液，搅拌混合均匀，得到热塑性淀粉溶液；(3)将步骤(2)中得到的热塑性淀粉溶液干燥成型，然后再倒入步骤(1)中得到的聚乳酸溶液，挥发溶剂，得到热塑性淀粉/聚乳酸双层膜。本发明的制备方法制备工艺简单，易于操作，所得产物具有良好的力学性能，适用于包装领域，同时起到防水和吸收包装内部水分的作用；此外，所生产的材料容易降解，对环境没有污染，耐久性良好，充分符合环保可持续发展的理念。

Description

一种热塑性淀粉/聚乳酸双层膜及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于包装材料领域，特别涉及一种热塑性淀粉/聚乳酸双层膜及其制备方法与应用。
背景技术
随着人们对环保问题越来越重视，“白色污染”与石油资源紧缺的问题迫使人们对新型可生物降解无污染塑料制品的研究越来越多，淀粉与聚乳酸作为非石油基材料，因具有良好的生物可降解性能而备受人们关注，同时，在强调可持续发展战略的今天，随着石油资源的日益减少，以石油为原料的化工产品必将被可再生的天然高分子物质所代替。
淀粉是一种可完全生物降解的天然高分子材料，因其资源丰富，价格低廉的优势，以淀粉为主要原料的包装膜可以代替石油基包装膜这一研究方向成为可降解材料研究中的一大热点。聚乳酸(PLA)是经过有机物发酵产生乳酸，再聚合生成的一种具有良好生物降解性能和生物相容性的高分子材料。因其可再生，原料来源广泛，可自然降解，因此被称为环境友好型高分子材料。
尽管对于淀粉/聚乳酸单层薄膜的研究很多，但是对于热塑性淀粉/聚乳酸双层薄膜的研究报道还相对较少。由于淀粉羟基含量比较多，导致分子内和分子间氢键相互作用而形成微晶结构，导致在成膜过程中力学性能不足，同时淀粉不溶于冷水、抗剪切性差、耐水性差，使得淀粉膜在应用中难以单独作为一种高分子包装膜材料使用。同时聚乳酸脆性很大、力学性能较差、耐热性能差限制了其在包装领域的应用与发展。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种热塑性淀粉/聚乳酸双层膜的制备方法。
本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到的热塑性淀粉/聚乳酸双层膜。
本发明的又一目的在于提供所述热塑性淀粉/聚乳酸双层膜的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种热塑性淀粉/聚乳酸双层膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚乳酸溶解到二氯甲烷中，超声振荡，得到聚乳酸溶液；
(2)将淀粉溶解到水中，然后加入丙三醇与山梨醇的混合溶液，搅拌混合均匀，得到热塑性淀粉溶液；
(3)将步骤(2)中得到的热塑性淀粉溶液干燥成型，然后再倒入步骤(1)中得到的聚乳酸溶液，挥发溶剂，得到热塑性淀粉/聚乳酸双层膜。
优选的，步骤(1)中所述的聚乳酸为干燥的聚乳酸。
优选的，所述的干燥的条件为：40℃干燥箱中干燥6小时。
优选的，步骤(1)中所述的聚乳酸溶液中聚乳酸的质量分数为8～12％。
优选的，步骤(1)中所述的溶解为磁力搅拌进行溶解。
优选的，所述的磁力搅拌的条件为：搅拌速度1400～1600r/min，搅拌温度为23～25℃。
优选的，步骤(1)中所述的超声振荡的频率为40KHz。
优选的，步骤(1)中所述的超声振荡的时间为20～40min。
优选的，步骤(2)中所述的水为蒸馏水。
优选的，步骤(2)中所述的淀粉与水的质量比为4：45～55。
优选的，步骤(2)中所述的淀粉与所述聚乳酸的质量比为5～7:3～5。
优选的，步骤(2)中所述的溶解为磁力搅拌进行溶解。
优选的，所述的磁力搅拌的条件为：搅拌速度500～600r/min，搅拌温度90～95℃，搅拌时间30～40min。
优选的，步骤(2)中所述的丙三醇与淀粉的质量为0.05：1。
优选的，步骤(2)中所述的丙三醇与山梨醇的混合溶液为丙三醇与山梨醇按质量比1：0.8～1.2配比得到的混合溶液。
优选的，步骤(2)中所述的搅拌的条件为：搅拌速度500～600r/min，搅拌温度90～95℃，搅拌时间60～80min。
优选的，步骤(3)中所述的干燥为在恒温恒湿箱中进行干燥。
优选的，步骤(3)中所述的干燥成型的条件为：在相对湿度为85～95％、温度为40～45℃的条件下干燥8～10小时。
优选的，步骤(3)中所述的热塑性淀粉/聚乳酸双层膜的厚度为300～500微米。
优选的，步骤(3)中所述的热塑性淀粉/聚乳酸双层膜的储藏条件为：温度23±2℃，相对湿度53±1％。
一种热塑性淀粉/聚乳酸双层膜，通过上述任一项所述的方法制备得到。
所述的热塑性淀粉/聚乳酸双层膜在包装材料领域中的应用。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明对淀粉进行热塑性处理得到热塑性淀粉，再将热塑性淀粉溶液在一定条件下成膜；将溶解好的聚乳酸溶液倒入装有淀粉膜的培养皿中，干燥除去CH2Cl2，待溶剂挥发完全后揭膜，即得热塑性淀粉/聚乳酸双层膜包装材料。
2、本发明的制备方法制备工艺简单，易于操作，制得的属于热塑性淀粉/聚乳酸双层膜属于可生物降解材料，具有良好的力学性能，能适用于包装领域；同时所生产的材料容易降解，对环境没有污染，耐久性良好，充分符合环保可持续发展的理念。
3、本发明通过热塑性淀粉与聚乳酸构成双层膜，在对物品进行包装时，热塑性淀粉层在内，聚乳酸层在外，这样可利用热塑性淀粉本身具有一定吸水性吸收包装内的水分，聚乳酸防止外界水分进入包装膜内。同时热塑性淀粉层的存在能使聚乳酸层的断裂伸长率得到提高，而聚乳酸层的存在能使热塑性淀粉层的拉伸强度得到提高，解决了两者在强度以及延展性上的不足。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)首先将聚乳酸放入40℃干燥箱中干燥6小时备用。再将干燥的聚乳酸用磁力搅拌器在23℃、1400r/min下溶解在二氯甲烷中，得到8％(质量百分比)的聚乳酸溶液，在40KHz超声条件下振荡20min，密封备用。
(2)称取干燥好的淀粉于三口烧瓶中，按淀粉与蒸馏水的质量比为16:180的比例加入蒸馏水，在90℃、500r/min下搅拌30min；再加入溶解好的丙三醇与山梨醇质量比为1:0.8的混合溶液，其中丙三醇的用量为淀粉质量5％；继续搅拌60min后冷却，得到热塑性淀粉溶液，备用。
(3)将热塑性淀粉溶液在培养皿中铸造(干燥成型)，在相对湿度为85％、温度为40℃的恒温恒湿箱中干燥8h后，再按淀粉与聚乳酸的质量比为5:5将聚乳酸溶液将倒入该培养皿中，待溶剂(二氯甲烷)挥发完全后揭膜，放置在23±2℃、相对湿度53±1％下储藏，得热塑性淀粉/聚乳酸双层膜，膜厚度为350微米。
实施例2
(1)首先将聚乳酸放入40℃干燥箱中干燥6小时备用。再将干燥的聚乳酸用磁力搅拌器在24℃、1500r/min下溶解在二氯甲烷中，得到10％(质量百分比)的聚乳酸溶液，在40KHz超声条件下振荡30min，密封备用。
(2)称取干燥好的淀粉于三口烧瓶中，按淀粉与蒸馏水的质量比为16:200的比例加入蒸馏水，在93℃、550r/min下搅拌35min；再加入溶解好的丙三醇与山梨醇质量比为1:1的混合溶液，其中丙三醇的用量为淀粉质量5％；继续搅拌70min后冷却，得到热塑性淀粉溶液，备用。
(3)将热塑性淀粉溶液在培养皿中铸造，在相对湿度为90％、温度为43℃的恒温恒湿箱中干燥9h后，再按淀粉与聚乳酸的质量比为6:4将聚乳酸溶液将倒入该培养皿中，待溶剂挥发完全后揭膜，放置在23±2℃、相对湿度53±1％下储藏，得热塑性淀粉/聚乳酸双层膜，膜厚度为380微米。
实施例3
(1)首先将聚乳酸放入40℃干燥箱中干燥6小时备用。再将干燥的聚乳酸用磁力搅拌器在25℃、1600r/min下溶解在二氯甲烷中，得到12％(质量百分比)的聚乳酸溶液，在40KHz超声条件下振荡40min，密封备用。
(2)称取干燥好的淀粉于三口烧瓶中，按淀粉与蒸馏水的质量比为16:220的比例加入蒸馏水，在95℃、600r/min下搅拌40min；再加入溶解好的丙三醇与山梨醇质量比为1:1.2的混合溶液，其中丙三醇的用量为淀粉质量5％；继续搅拌80min后冷却，得到热塑性淀粉溶液，备用。
(3)将热塑性淀粉溶液在培养皿中铸造，在相对湿度为95％、温度为45℃的恒温恒湿箱中干燥10h后，再按淀粉与聚乳酸的质量比为7:3将聚乳酸溶液将倒入该培养皿中，待溶剂挥发完全后揭膜，放置在23±2℃、相对湿度53±1％下储藏，得热塑性淀粉/聚乳酸双层膜，膜厚度为430微米。
效果实施例1
将本发明实施例1～3制得的热塑性淀粉/聚乳酸双层膜进行力学性能测试，结果如表1和表2所示，其中，聚乳酸膜和淀粉膜的制备方法如下：
聚乳酸膜制备方法：首先将聚乳酸放入40℃干燥箱中干燥6小时备用。再将干燥的聚乳酸用磁力搅拌器在25℃、1400r/min下溶解在二氯甲烷中，得到8％(质量百分比)的聚乳酸溶液，在40KHz超声条件下振荡40min，将聚乳酸溶液将倒入该培养皿中，待溶剂挥发完全后揭膜，放置在23±2℃、相对湿度53±1％下储藏，得聚乳酸膜，膜厚度为250微米。
淀粉膜制备方法：称取干燥好的淀粉于三口烧瓶中，按淀粉与蒸馏水的质量比为16:220的比例加入蒸馏水，在95℃、600r/min下搅拌40min；再加入溶解好的丙三醇与山梨醇质量比为1:1.2的混合溶液，其中丙三醇的用量为淀粉质量5％；继续搅拌80min后冷却，得到热塑性淀粉溶液，将热塑性淀粉溶液在培养皿中铸造，在相对湿度为95％、温度为45℃的恒温恒湿箱中干燥10h后，揭膜放置在23±2℃、相对湿度53±1％下储藏，得淀粉膜，膜厚度为480微米。
表1实例1～3制得的热塑性淀粉/聚乳酸双层膜与聚乳酸膜的断裂伸长率对比
表2实例1～3制得的热塑性淀粉/聚乳酸双层膜与淀粉膜的拉伸强度对比
从表1和表2可以看出，本发明制备得到的热塑性淀粉/聚乳酸双层膜由于热塑性淀粉层的存在能使聚乳酸层的断裂伸长率得到提高，而聚乳酸层的存在能使热塑性淀粉层的拉伸强度得到提高。
效果实施例2
将本发明实施例1～3制得的热塑性淀粉/聚乳酸双层膜进行透湿性能测试(使用济南兰光机电技术有限公司的TSY-T1H透湿性测试仪，测定膜样品的水蒸气透过性。将膜样品裁剪成直径为72mm的圆片，在38℃、90％RH条件下用透湿性测试仪进行测试，测试面积为33cm2，每组5个平行样)，结果如表3所示：
表3实例1～3制得的热塑性淀粉/聚乳酸双层膜的水蒸气透过系数
样品 实施例1 实施例2 实施例3
WVP(10-10g·cm/(cm2·s·Pa)) 1.05 0.74 0.56
水蒸气透过系数是包装材料的重要特性，关系到包装内外环境差异对包装内产品的影响。从表3中可以看出，聚乳酸层含量越大，双层薄膜的水蒸气阻隔性能越好。从实验结果可以表明，聚乳酸层的加入能有效的提高双层薄膜的水蒸气阻隔性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热塑性淀粉/聚乳酸双层膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚乳酸溶解到二氯甲烷中，超声振荡，得到聚乳酸溶液；
(2)将淀粉溶解到水中，然后加入丙三醇与山梨醇的混合溶液，搅拌混合均匀，得到热塑性淀粉溶液；
(3)将步骤(2)中得到的热塑性淀粉溶液干燥成型，然后再倒入步骤(1)中得到的聚乳酸溶液，挥发溶剂，得到热塑性淀粉/聚乳酸双层膜。
2.根据权利要求1所述的热塑性淀粉/聚乳酸双层膜的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的聚乳酸溶液中聚乳酸的质量分数为8～12％；
步骤(2)中所述的淀粉与所述聚乳酸的质量比为5～7：3～5。
3.根据权利要求1所述的热塑性淀粉/聚乳酸双层膜的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的淀粉与水的质量比为4：45～55；
步骤(2)中所述的丙三醇与淀粉的质量为0.05：1；
步骤(2)中所述的丙三醇与山梨醇的混合溶液为丙三醇与山梨醇按质量比1：0.8～1.2配比得到的混合溶液。
4.根据权利要求1所述的热塑性淀粉/聚乳酸双层膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的干燥成型的条件为：在相对湿度为85～95％、温度为40～45℃的条件下干燥8～10小时。
5.根据权利要求1所述的热塑性淀粉/聚乳酸双层膜的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的溶解为磁力搅拌进行溶解，所述的磁力搅拌的条件为：搅拌速度1400～1600r/min，搅拌温度为23～25℃；
步骤(2)中所述的溶解为磁力搅拌进行溶解，所述的磁力搅拌的条件为：搅拌速度500～600r/min，搅拌温度90～95℃，搅拌时间30～40min；
步骤(2)中所述的搅拌的条件为：搅拌速度500～600r/min，搅拌温度90～95℃，搅拌时间60～80min。
6.根据权利要求1所述的热塑性淀粉/聚乳酸双层膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的热塑性淀粉/聚乳酸双层膜的厚度为300～500微米。
7.根据权利要求1所述的热塑性淀粉/聚乳酸双层膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的聚乳酸为干燥的聚乳酸；所述的干燥的条件为：40℃干燥箱中干燥6小时。
8.根据权利要求1所述的热塑性淀粉/聚乳酸双层膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的热塑性淀粉/聚乳酸双层膜的储藏条件为：温度23±2℃，相对湿度53±1％。
9.一种热塑性淀粉/聚乳酸双层膜，其特征在于：通过权利要求1～8任一项所述的方法制备得到。
10.权利要求9所述的热塑性淀粉/聚乳酸双层膜在包装材料领域中的应用。
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