CN109232998A - 一种链状SiO2增强热塑性淀粉塑料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备基于链状SiO2增强热塑性淀粉塑料的方法。属于淀粉资源的高附加值利用和生物降解高分子材料领域。该方法首先通过溶胶‑凝胶法制备链状SiO2，然后与天然淀粉和增塑剂共混，通过挤出注塑，制备出基于链状SiO2增强的热塑性淀粉塑料。用该淀粉塑料制备的产品，在较少添加量下(1％重量分数)即可达到优良的力学性能(拉伸强度最大为8.47MPa)和耐水性能，克服了现有热塑性淀粉塑料力学和耐水性能差的缺点，有效提高了材料的使用性能，该材料可生物降解，环境友好，成本低，有望应用于包装、一次性餐具、一次性医疗耗材和农用地膜等领域。
Description
技术领域
本发明属于生物降解高分子材料和淀粉资源的高附加值利用领域，涉及一种链状SiO2增强热塑性淀粉塑料制备的新方法。
背景技术
近年来，塑料废弃物造成了严重的环境问题，为了保护环境，减少使用不可降解的石油基塑料，人们开始研究与开发来自可再生资源的生物基材料。其中，天然淀粉具有低成本、可再生、来源广以及可生物降解等优点，从而引起了人们的关注。为了使淀粉具有类似石油基聚合物的可塑性，通常在淀粉中添加增塑剂，使淀粉大分子由结晶结构转变为无定型态，从而得到热塑性淀粉(Thermoplastic starch，TPS)，即淀粉塑料。
随着淀粉热塑性的转变，淀粉分子中的羟基处于自由状态，导致淀粉塑料在空气中的吸水性提高，从而直接影响其力学性能的稳定。为了解决上述问题，通过在TPS中加入增强组份，或与其他聚合物共混、交联等方法，可有效提高淀粉塑料的力学性能及耐水性能。
纳米SiO2在高分子复合材料、陶瓷工业中应用广泛。SiO2表面存在羟基，而表面的羟基又具有可修饰性，通过改性能得到功能化的SiO2微粒，此外，通过制备不同形貌的SiO2，也可进一步扩展其应用领域。当前，将常规的球形SiO2加入TPS来制备热塑性淀粉塑料已有报道，而基于以链状SiO2为增强组份的热塑性淀粉的制备还未见报道。
发明内容
本发明首先通过溶胶-凝胶法制备链状SiO2，然后与淀粉和甘油共混，通过挤出注塑制备基于链状SiO2增强热塑性淀粉塑料的方法。
为达到上述目的，本发明采用的制备方法是：
1)链状SiO2的制备
采用正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源，采用溶胶-凝胶法合成SiO2，其过程是水解、成核及颗粒生长三者之间的竞争过程，基本合成机理如下：：
(1)TEOS水解：
(2)硅醇与TEOS缩聚：
(3)硅醇之间发生缩聚：
步骤：
将30份无水乙醇、15份蒸馏水和5份氨水混合于容器中后升温至60℃，制得溶液A，再将5份TEOS与5份无水乙醇混合得溶液B，将溶液B缓慢滴加到溶液A中，于60℃反应1h，所得溶液于60℃常压干燥24h，得链状SiO2。
2)链状SiO2/TPS的制备
步骤：
取一定量的淀粉和甘油，加入一定量的链状SiO2，均匀共混。在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机各温区温度为100～120℃，转速为260～290r/min，在注塑机中注塑，注塑机温度区间为130～145℃，注塑压力为70MPa，得链状SiO2增强淀粉塑料。
本发明优点在于：
1)本发明中使用的淀粉是天然可再生材料，绿色环保。
2)本发明制备的淀粉塑料在较少添加量下(1％重量分数)即可达到优良的力学性能(拉伸强度最大为8.47MPa)。
3)本发明制备的淀粉塑料添加1％链状SiO2(重量分数)的表面接触角为66.8°(不添加为44.6°)。
4)本发明制备的淀粉塑料可用于包装、一次性餐具、一次性医疗耗材和农用地膜等领域。
附图说明
图1链状SiO2TEM图像
说明：使用透射电子显微镜(日本电子株式会社JEM-1400)测定。
图2链状SiO2在热塑性淀粉塑料中的示意图
图3不同SiO2含量的链状SiO2/TPS的拉伸强度
说明：使用万能试验机[MTS工业系统(中国)有限公司，MTS\SANS CMT4000]测定，试验速度为20mm/min。
图4链状SiO2增强的TPS的表面接触角
说明：使用接触角测试仪(德国公司，DSA100)测定，去离子水在样品表面15秒后所测。
具体实施方式
实施例1：将30份无水乙醇、15份蒸馏水和5份氨水混合于容器中后升温至60℃，制得溶液A，再将5份TEOS与5份无水乙醇混合得溶液B，将溶液B缓慢滴加到溶液A中，于60℃反应1h，所得溶液于60℃常压干燥24h，得链状SiO2；
再取450份淀粉和150份甘油，加入淀粉重量的0.8％(重量百分比)链状SiO2，均匀共混；在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机各温区温度分别为118℃、120℃、120℃、118℃，螺杆转速为260r/min.在注塑机中注塑，注塑机各温度区间分别为145℃、140℃、135℃、130℃，130℃，注塑压力为70MPa，得链状SiO2增强淀粉塑料。
实施例2：将30份无水乙醇、15份蒸馏水和5份氨水混合于容器中后升温至60℃，制得溶液A，再将5份TEOS与5份无水乙醇混合得溶液B，将溶液B缓慢滴加到溶液A中，于60℃反应1h，所得溶液于60℃常压干燥24h，得链状SiO2；
再取450份淀粉和150份尿素，加入淀粉重量的1.0％(重量百分比)链状SiO2，均匀共混；在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机各温区温度分别为118℃、120℃、120℃、118℃，螺杆转速为280r/min在注塑机中注塑，注塑机各温度区间分别为145℃、140℃、135℃、130℃，130℃，注塑压力为70MPa，得链状SiO2增强淀粉塑料。
实施例3：将30份无水乙醇、15份蒸馏水和5份氨水混合于容器中后升温至60℃，制得溶液A，再将5份TEOS与5份无水乙醇混合得溶液B，将溶液B缓慢滴加到溶液A中，于60℃反应1h，所得溶液于60℃常压干燥24h，得链状SiO2；
再取450份淀粉、100份甲酰胺和50份甘油单硬脂酸酯，加入淀粉重量的1.2％(重量百分比)链状SiO2，均匀共混；在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机各温区温度分别为118℃、120℃、120℃、118℃，螺杆转速为290r/min；在注塑机中注塑，注塑机各温度区间分别为145℃、140℃、135℃、130℃，130℃，注塑压力为70MPa，得链状SiO2增强淀粉塑料。
Claims (6)
1.一种链状SiO2增强热塑性淀粉塑料的方法，其特征在于：链状SiO2增强热塑性淀粉塑料可以是按照下列步骤获得的：
将30份无水乙醇、15份蒸馏水和5份氨水混合于容器中后升温至60℃，制得溶液A，再将5份TEOS与5份无水乙醇混合得溶液B，将溶液B缓慢滴加到溶液A中，于60℃反应1h，所得溶液于60℃常压干燥24h，得链状SiO2；再取一定量的淀粉和甘油，加入一定量的链状SiO2，均匀共混，在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机各温区温度为100～120℃，转速为260～290r/min，在注塑机中注塑，注塑机温度区间为130～145℃，注塑压力为70MPa，得链状SiO2增强淀粉塑料。
2.根据权利要求1所述的基于链状SiO2增强热塑性淀粉塑料的方法，其特征在于：所用SiO2为链状形貌。
3.根据权利要求1所述的基于链状SiO2增强热塑性淀粉塑料的方法，其特征在于：所用增塑剂为甘油、山梨醇、尿素、甲酰胺、甘油单硬脂酸酯和聚乙二醇中的任一种或多种。
4.根据权利要求1所述的基于链状SiO2增强热塑性淀粉塑料的方法，其特征在于：所用链状SiO2的用量为淀粉质量的0.8％～1.2％。
5.根据权利要求1所述的基于链状SiO2增强热塑性淀粉塑料的方法，其特征在于：在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机温区为100～120℃，转速为260～290r/min。
6.根据权利要求1所述的基于链状SiO2增强热塑性淀粉塑料的方法，其特征在于：在注塑机中注塑，注塑机温度区间为130～145℃，注塑压力为70MPa。
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