CN109825049B - 一种高直链淀粉/聚乳酸复合材料母料法生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种高直链淀粉/聚乳酸复合材料母料法生产工艺，包括以下步骤：（1.1）选取玉米淀粉90‑110份、聚丁二酸丁二醇酯20‑40份、马来酸酐或衣康酸1‑3份、助剂3‑5份；（1.2）选用高速混合机组；（1.3）将玉米淀粉投入至高速混合机组的反应釜中，并加入普鲁兰酶、正丁醇，制成高直链淀粉；（1.4）将聚丁二酸丁二醇酯、马来酸酐或衣康酸、助剂投入反应釜中，使混合物料糊化至拉丝状态；（1.5）从反应釜放出混合物料；（1.6）将混合物料移送至高速混合机组的破碎机中进行粉碎，制得所需母料；（2.1）选取制得的母料90‑110份、聚乳酸90‑110份，进行混合；（2.2）将混合物料投入至挤出注塑机中进行射胶、注塑，制得制品。本发明工艺简单，环保效果显著。
Description
技术领域
本发明涉及高直链淀粉/聚乳酸复合材料生产工艺技术领域，特别涉及一种可完全生物降解高直链淀粉/聚乳酸复合材料母料法生产工艺。
背景技术
自上世纪九十年代初期开始，生产一次性餐具的主要材料依然是PS发泡材料、PP、PP/CaCO3、PP/滑石粉，随着玉米淀粉与热塑性塑料复合材料的出现，因其良好的环境友好特性而在全世界备受关注。特别是在2000年前后 ，由玉米淀粉/聚乳酸复合材料生产的一次性餐具成为了各地新产品投入与开发的焦点，其生产工艺主要是采用母料法。但是令人遗憾的是，经过短短十几年的时间后，当初的热点产品并没有在市场上带来令人希望的热潮。造成这种现象的主要原因是传统的母料法工艺存在不足，其生产工艺技术还不成熟，造成制品的材料成本过高，给很多企业的发展形成了瓶颈。
目前，传统淀粉母料法的生产工艺是先把淀粉、助剂和树脂混合后熔融挤出设备制成母料，再将这种母料与聚乳酸原料按比例混合，挤出注塑成型为所需的餐具。传统淀粉母料法的生产工艺流程图如图1所示，由图1可知，该母料法生产工艺可以分成两个阶段，第一阶段是母料的制备，第二阶段是挤出注塑成制品。
该母料法工艺的主要原理是采用接枝法来改善淀粉和聚乳酸间的相容性。目前，广泛采用的接枝单体是马来酸酐（MAH）、衣康酸等，接枝树脂主要是聚丁二酸丁二醇酯（PBS），淀粉则多采用支链型的玉米淀粉。
该母料法的关键技术是通过PBS的接枝物来改善聚乳酸与淀粉的相容性。实践证明，这种技术有一定的局限性，主要表现在以下方面：
第一、产品的脆性大，采用母料生产的一次性餐具脆性比较大，尤其是在沿流动方向上的脆性更大，以至于难以满足使用的要求，而且脆性更表现在制品随着储存时间的延长而增加；
第二、淀粉含量低，该母料法技术的淀粉含量在45%以下，不能达到堆肥化实验的要求，使得生物降解率低，堆肥效果较差。如果刻意增加淀粉含量，又造成了制品材料中分子量过低，而且成核快、加工性差，使得制品结构不均匀，透明性和强度低，制品脆性也会变大；
第三、生产母料的切粒困难，因为聚乳酸接枝物在双螺杆挤出机内继续形成，接枝物产生的同时也伴有交联物产生，为保证一定的流动性，所以需要加入大量的低分子蜡，这样挤出的条状物脆性就大，使母料切粒困难；
第四、蒸发残渣过高，蒸发残渣量是一个重要的技术指标，制品如果不能达标，就无法进入市场。采用该母料法生产的一次性餐具，制品的蒸发残渣量远高于国家标准，很多企业为了解决这个问题，采用很多方法，有些企业甚至又在制品上淋涂了一层聚乳酸膜以期达到国家标准，但这显然又增加了制造成本。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种可完全生物降解的高直链淀粉/聚乳酸复合材料母料法生产工艺。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种高直链淀粉/聚乳酸复合材料母料法生产工艺，包括以下步骤：
第一步、制备母料
（1.1）按重量配比计，选取食品级玉米淀粉90-110份、聚丁二酸丁二醇酯20-40份、马来酸酐或衣康酸1-3份、助剂3-5份，称重备用；
（1.2）选用高速混合机组，设定所述高速混合机组的加热温度为120-135℃、搅拌桨转数为900-1600r/min，并采用搅拌桨转速由低到高的方式启动所述高速混合机组；
（1.3）将上述重量份的玉米淀粉投入至高速混合机组的反应釜中，并在反应釜中依次加入普鲁兰酶1-3份、正丁醇1-3份，使所述玉米淀粉、普鲁兰酶、正丁醇充分反应，制成高直链淀粉；
（1.4）将上述重量份的聚丁二酸丁二醇酯、马来酸酐或衣康酸、助剂依次投入上述反应釜中，进行物料间的高速混合，使混合物料糊化；
（1.5）待糊化的物料达到拉丝状态时，从反应釜放出上述混合物料，并进行冷却；
（1.6）在混合物料的温度不低于75℃时，将混合物料移送至上述高速混合机组的破碎机中进行粉碎，使混合物料基团直径相同，制得所需母料，取出后备用；
第二步、注塑成型
（2.1）按重量配比计，选取上述制得的母料90-110份、聚乳酸90-110份，称重后进行混合；
（2.2）将步骤（2.1）中制得的混合物料投入至挤出注塑机中进行射胶、注塑，完成模具成型，制得制品。
进一步地，所述步骤（1.2）中选用容量为800升的高速混合机组。
进一步地，在所述步骤（1.6）中，在所述混合物料的温度冷却至75-95℃时，将混合物料移送至上述高速混合机组的破碎机中进行粉碎。
进一步地，在所述步骤（1.6）中，对从所述破碎机中取出的母料进行抽真空密封包装处理。
进一步地，所述步骤（2.2）中选用90型挤出注塑机。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：第一，在制备母料过程中，本发明省去了双螺杆挤出、切粒等工序，简化了工艺过程，减少了设备投入，降低了生产能耗，节约了生产成本；第二，本发明生产工艺中，采用马来酸酐或衣康酸接枝物作为聚丁二酸丁二醇酯与玉米淀粉的相容剂的作用被弱化，其仅作为引发剂使用；第三，本发明在制备高直链淀粉过程中加入了普鲁兰酶、正丁醇，通过普鲁兰酶可以将支链淀粉侧链切除，从而成为直链分子，使分子量达到3000-6000，提高了直链淀粉的产率，使得制备得到的高直链淀粉中直链含量在80%以上；第四，本发明通过先后加入普鲁兰酶、正丁醇及马来酸酐或衣康酸，从而实现了酶切-正丁醇-接枝三重复合法工艺，改善了聚乳酸和玉米淀粉之间的相容性，提高了产品的质量；第五，高直链淀粉与聚丁二酸丁二醇酯混合糊化后进行适当冷却，并经粉碎机破碎而制得母料，不仅工艺流程稳定可靠，适于大规模生产的要求，而且也有效提高了产品的质量；第六，本发明制得的制品淀粉含量高于51%，达到了堆肥化的实验要求，可以完全生物降解，具有环境友好的特性；第七，制品的脆性得到了极大的改善，制品沿着流动方向的耐撕裂性能得到了提高，满足了用户的需求，制品的韧性不会随着时间的延长而发生变化，制品质量更为稳定；第八，蒸发残渣量达到了国家标准，有利于市场推广应用。
附图说明
图1是现有技术中淀粉母料法的生产工艺流程图。
图2是本发明的生产工艺流程图。
具体实施方式
以下为本发明的实施例一。
一种高直链淀粉/聚乳酸复合材料母料法生产工艺，包括以下步骤：
第一步、制备母料
（1.1）按重量配比计，选取食品级玉米淀粉90份、聚丁二酸丁二醇酯20份、马来酸酐1份、助剂3份，称重备用；
（1.2）选用容量为800升的高速混合机组，设定所述高速混合机组的加热温度为120℃、搅拌桨转数为900r/min，并采用搅拌桨转速由低到高的方式启动所述高速混合机组；
（1.3）将上述重量份的玉米淀粉投入至高速混合机组的反应釜中，并在反应釜中依次加入普鲁兰酶1份、正丁醇1份，使所述玉米淀粉、普鲁兰酶、正丁醇充分反应，制成高直链淀粉；
（1.4）将上述重量份的聚丁二酸丁二醇酯、马来酸酐、助剂依次投入上述反应釜中，进行物料间的高速混合，使混合物料糊化；
（1.5）待糊化的物料达到拉丝状态时，从反应釜放出上述混合物料，并进行冷却；
（1.6）在混合物料的温度冷却至75℃时，将混合物料移送至上述高速混合机组的破碎机中进行粉碎，使混合物料基团直径相同，制得所需母料，取出后并进行抽真空密封包装处理，备用；
第二步、注塑成型
（2.1）按重量配比计，选取上述制得的母料90份、聚乳酸90份，称重后进行混合；
（2.2）将步骤（2.1）中制得的混合物料投入至90型挤出注塑机中进行射胶、注塑，完成模具成型，制得制品。
以下所述为本发明的实施例二。
一种高直链淀粉/聚乳酸复合材料母料法生产工艺，包括以下步骤：
第一步、制备母料
（1.1）按重量配比计，选取食品级玉米淀粉100份、聚丁二酸丁二醇酯30份、衣康酸2份、助剂3份，称重备用；
（1.2）选用容量为800升的高速混合机组，设定所述高速混合机组的加热温度为125℃、搅拌桨转数为1200r/min，并采用搅拌桨转速由低到高的方式启动所述高速混合机组；
（1.3）将上述重量份的玉米淀粉投入至高速混合机组的反应釜中，并在反应釜中依次加入普鲁兰酶2份、正丁醇2份，使所述玉米淀粉、普鲁兰酶、正丁醇充分反应，制成高直链淀粉；
（1.4）将上述重量份的聚丁二酸丁二醇酯、衣康酸、助剂依次投入上述反应釜中，进行物料间的高速混合，使混合物料糊化；
（1.5）待糊化的物料达到拉丝状态时，从反应釜放出上述混合物料，并进行冷却；
（1.6）在混合物料的温度冷却至80℃时，将混合物料移送至上述高速混合机组的破碎机中进行粉碎，使混合物料基团直径相同，制得所需母料，取出后备用；
第二步、注塑成型
（2.1）按重量配比计，选取上述制得的母料100份、聚乳酸100份，称重后进行混合；
（2.2）将步骤（2.1）中制得的混合物料投入至90型挤出注塑机中进行射胶、注塑，完成模具成型，制得制品。
以下所述为本发明的实施例三。
一种高直链淀粉/聚乳酸复合材料母料法生产工艺，包括以下步骤：
第一步、制备母料
（1.1）按重量配比计，选取食品级玉米淀粉110份、聚丁二酸丁二醇酯40份、衣康酸3份、助剂5份，称重备用；
（1.2）选用容量为800升的高速混合机组，设定所述高速混合机组的加热温度为135℃、搅拌桨转数为1600r/min，并采用搅拌桨转速由低到高的方式启动所述高速混合机组；
（1.3）将上述重量份的玉米淀粉投入至高速混合机组的反应釜中，并在反应釜中依次加入普鲁兰酶3份、正丁醇3份，使所述玉米淀粉、普鲁兰酶、正丁醇充分反应，制成高直链淀粉；
（1.4）将上述重量份的聚丁二酸丁二醇酯、衣康酸、助剂依次投入上述反应釜中，进行物料间的高速混合，使混合物料糊化；
（1.5）待糊化的物料达到拉丝状态时，从反应釜放出上述混合物料，并进行冷却；
（1.6）在混合物料的温度冷却至95℃时，将混合物料移送至上述高速混合机组的破碎机中进行粉碎，使混合物料基团直径相同，制得所需母料，取出后备用；
第二步、注塑成型
（2.1）按重量配比计，选取上述制得的母料110份、聚乳酸110份，称重后进行混合；
（2.2）将步骤（2.1）中制得的混合物料投入至90型挤出注塑机中进行射胶、注塑，完成模具成型，制得制品。
表1 各实施例制得的制品中淀粉含量
表2各实施例制得的制品蒸发残渣量
参见表1、表2可以看出，本发明制得的制品中淀粉含量均高于51%，且蒸发残渣量均符合国家标准。
另外，比较图1和图2还可以看出，本发明的生产工艺依然分为两步：第一步中先加入了通用淀粉（即食品级淀粉）制备成高直链淀粉的工艺，后将高直链淀粉与聚丁二酸丁二醇酯通过马来酸酐或衣康酸的接枝单体，完成了高直链玉米淀粉与聚丁二酸丁二醇酯接枝物的行程，但在此工艺过程中，本发明省去了双螺杆挤出、切粒等工序，简化了工艺过程，减少了设备投入，降低了生产能耗，节约了生产成本。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (5)
1.一种高直链淀粉/聚乳酸复合材料母料法生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、制备母料
（1.1）按重量配比计，选取食品级玉米淀粉90-110份、聚丁二酸丁二醇酯20-40份、马来酸酐或衣康酸1-3份、助剂3-5份，称重备用；
（1.2）选用高速混合机组，设定所述高速混合机组的加热温度为120-135℃、搅拌桨转数为900-1600r/min，并采用搅拌桨转速由低到高的方式启动所述高速混合机组；
（1.3）将上述重量份的玉米淀粉投入至高速混合机组的反应釜中，并在反应釜中依次加入普鲁兰酶1-3份、正丁醇1-3份，使所述玉米淀粉、普鲁兰酶、正丁醇充分反应，制成高直链淀粉；
（1.4）将上述重量份的聚丁二酸丁二醇酯、马来酸酐或衣康酸、助剂依次投入上述反应釜中，进行物料间的高速混合，使混合物料糊化；
（1.5）待糊化的物料达到拉丝状态时，从反应釜放出上述混合物料，并进行冷却；
（1.6）在混合物料的温度不低于75℃时，将混合物料移送至上述高速混合机组的破碎机中进行粉碎，使混合物料基团直径相同，制得所需母料，取出后备用；
第二步、注塑成型
（2.1）按重量配比计，选取上述制得的母料90-110份、聚乳酸90-110份，称重后进行混合；
（2.2）将步骤（2.1）中制得的混合物料投入至挤出注塑机中进行射胶、注塑，完成模具成型，制得制品。
2.根据权利要求1所述的高直链淀粉/聚乳酸复合材料母料法生产工艺，其特征在于，所述步骤（1.2）中选用容量为800升的高速混合机组。
3.根据权利要求1所述的高直链淀粉/聚乳酸复合材料母料法生产工艺，其特征在于，在所述步骤（1.6）中，在所述混合物料的温度冷却至75-95℃时，将混合物料移送至上述高速混合机组的破碎机中进行粉碎。
4.根据权利要求1所述的高直链淀粉/聚乳酸复合材料母料法生产工艺，其特征在于，在所述步骤（1.6）中，对从所述破碎机中取出的母料进行抽真空密封包装处理。
5.根据权利要求1所述的高直链淀粉/聚乳酸复合材料母料法生产工艺，其特征在于，所述步骤（2.2）中选用90型挤出注塑机。
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