CN113072791A - 一种以玉米淀粉为原料的可降解塑料及其制备方法 - Google Patents

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    • C08L2201/06—Biodegradable

Abstract

本发明公开了一种以玉米淀粉为原料的可降解塑料，该降解塑料包含组分有，玉米淀粉、引发剂、交联剂、聚胺、醋酸、乳化剂、防水剂、丙烯酸乙酯、聚乙烯醇、丙三醇。本发明研制的可降解塑料为绿色、环保、无毒害的可降解天然淀粉塑料，其制备工艺流程简单，无需通入N2保护，可降解塑料其机械性能可达到一般泛用塑料制规格，接枝率达79.2％，接枝效率63.5％，拉伸强度2.99MPa,断裂伸长率137.45％。

Description

一种以玉米淀粉为原料的可降解塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及可降解塑料技术领域，特别涉及一种以玉米淀粉为原料的可降解塑料及其制备方法。
背景技术
日常生活中的塑料是以石油为基本原料，应用化学合成的方法生产出来的。在20世纪，全球深受大量的废旧包装用塑料膜、塑料袋、一次性塑料餐具及农作物使用后.污染所苦，称之为“白色污染”，各国为解决“白色污染”所造成的问题，积极寻找新型环保绿色材料，而可生物降解的塑料产品就成了市场需求日增的创新产品之一。
众所皆知，以石化原料为基础的传统塑料，不论在生产过程或高温焚化过程都会释放出大量的二氧化碳，这些经由焚化产生的二氧化碳将逐渐导致全球气候异常与环境暖化。生物可降解生态塑料是以淀粉、木质素或纤维素等可再生资源为原料,透过特殊生物改性技术转化为聚合物的高科技材料，这些生态塑料所使用的原料均是靠吸收二氧化碳而成长的植物，因此即使经过高温燃烧焚化之后，亦不会影响大气中二氧化碳的总量。
为了解决塑料给自然带来的问题,20世纪70年代,欧洲、美国和日本等位于世界前沿国家的专家学者提出了可分解塑料的想法,探索并开发出许多可分解塑料产品。1973年,在英国，世界的第一个运用淀粉填补进塑料的专利被格里芬所申请,之后以此专利为依据开发并产出能够被生物分解的填充塑料。20 世纪70年代，欧洲、美国等国家探索可分解塑料十分活跃,与此同时也发表了许多相关文献和专利,之后生物分解塑料开始大范围地使用。为了提高塑料降解率,得到塑料的降解规律,近20年来,欧美国家在这一领域做了许多实验,研究并生产出许多品种的可生物分解塑料。1987年，美国卖出可分解塑料的量为2.3万吨,1989年达83万吨,2000年达300万吨,发展非常迅速。
美国华纳·兰伯特公司研发生产的诺文热塑性塑料,无论是在有氧还是无氧环境下都能很快被生物降解掉。而且该塑料含有90％淀粉,并以水作为增化剂,且该材料有较好的力学性能,可用于制造薄膜、垃圾袋等。1940年美国杜邦公司第一次制备出了乙烯/一氧化碳共聚物并放入市场，这种塑料因为自身含有发色组和弱化学键,在光照辐射时很容易发被分解。美国加州雷普雷茨公司在2010年生产并推广了由天然藻类制备而来的可生物分解树脂,能够和聚丙烯或其他塑料共混,适用于注塑和热成型。
美国NatureWork是聚乳酸的领先制造商之一。公司首次建成了年产6000 吨/年的中间实验室生产厂,运用两级聚合的方法，于2001年11月在美国建设了13.6万t/台的年产生产设备。日本东丽与昭和公司携手研发的聚乳酸塑料承受温度高达150℃，其主要原料是聚乳酸和纤维素；运用生物法，美国伊士曼厂商和日本昭和厂商推广的聚丁二酸丁二酯，已经能够应用在家电和电子仪器等的包装材上。
70年代中期，我国开始着手研发可被生物分解的塑料,起初最先开始探索的是可被光分解的塑料,之后又有许多的高校和研究机构参与其中，其研究方向主要是光分解、光与其它材料复合分解材料、全淀粉塑料和其他碳酸钙环保材料等的研究。
1988年,江西科学院在淀粉塑料研发方面取得了成功,并创建了第一个运用混合生产的方法将淀粉和聚乙烯醇混合生产农业塑料膜的产业。其制品可以生物分解，当前研发的可分解塑料品有农用类塑料制品、垃圾袋、食品行业塑料品等。
1999年，宁夏华光降解树脂制品公司投入30万元将全国领先降解塑料制备工艺引进并生产，作为一家环保民营高科技企业,可每年产2000吨降解原材料,降解塑料制品生3000吨,2000年5月经过行业的检测并达到标准,目前在西部地区大规模生产降解塑料。
广西南宁青泰特塑料厂从广西大学引进淀粉基塑料生产技术,1998年进行了年产2000吨生产线,产品以农用膜为主,并开始批量生产。上海恒利环保科技有限公司采用中国科学院上海生物研究所专利"新型降解功能及其产品添加剂"技术,生产"恒利"可生物降解PP塑料板材产品,2000年6月被评选为上海前沿技术项目。天津丹海公司研究出生物分解淀粉塑料技术并产出了一系列环保产品,使用其产品来制薄膜，能够被分解的物质含量超过了51％,育苗袋和注塑产品高达60-80％。
淀粉与高分子合成物、合成聚合物等混合,可以加工生物可降解高分子复合材料。通常,在增塑剂、增容剂及增强剂等改性剂的作用下,淀粉与聚合物材料通过挤压、注射成型、吹塑、溶液浇铸和流延法等加工成性能优良的复合材料。
发明内容
本发明提出了一种以玉米淀粉为原料的可降解塑料及其制备方法，主要为解决现有技术中塑料污染严重，生产工艺复杂的问题。
一种以玉米淀粉为原料的可降解塑料，该降解塑料包含组分有，玉米淀粉、引发剂、交联剂、聚胺、醋酸、乳化剂、防水剂、丙烯酸乙酯、聚乙烯醇、丙三醇。
一种以玉米淀粉为原料的可降解塑料的制备方法，包含如下步骤，
步骤(1)：淀粉糊化
称取10份的玉米淀粉，加入30份的蒸馏水，放到80℃恒温环境中搅拌糊化30min，然后冷却至室温转移至反应器，再加入15份的蒸馏水，持续搅拌，防止结块；
步骤(2)：添加引发剂、交联剂
称取0.5份引发剂和0.015份交联剂分别于另一容器中，分别加入10份蒸馏水加热溶解，充分溶解后，停止加热，待冷却至室温倒入反应器；
步骤(3)：其他试剂添加
称取5份聚胺，加入适量水加热溶解，充分溶解后，停止加热，冷却至室温转移至反应器；
然后加乳化剂6份，防水剂7份，醋酸10份；
步骤(4)：加入单体
量取丙烯酸乙酯30份加入反应器中，70℃水浴加热，反应时间为2h；
步骤(5)：醇洗
将反应产物从反应器中倒出，加入乙醇将接枝淀粉浸出，然后过滤，过滤后沉淀物用清水洗涤，然后烘干，粉碎至粉末得到粗接枝淀粉；
步骤(6)：粘合
称取聚乙烯醇5份，用适量的水加热溶解，然后加入丙三醇10份混合均匀。
步骤(7)：铸模
将挤注机的模具温度设为120℃，滚筒温度设为140℃，转速为30r/min，当达到温度要求，将步骤(6)中的混合物投入，挤出铸模，烘干，得到可降解塑料。
优选的，步骤(1)所述的80℃恒温环境选用水浴加热。
优选的，步骤(1)加入的15份蒸馏水选用25-45℃温水。
优选的，步骤(1)中搅拌采用搅拌器进行持续搅拌。
优选的，步骤(2)所述引发剂选用过硫酸钾，所述交联剂选用N-N亚甲基双丙烯酰胺。
优选的，步骤(3)中所述乳化剂选用OP-10，所述防水剂选用硅基防水剂。
优选的，步骤(5)过滤可通过滤布过滤或者通过循环水式真空泵减压过滤。
本发明的有益效果为：
1、本发明研制的可降解塑料为绿色、环保、无毒害的可降解天然淀粉塑料。
2、本发明提出的制备方法生产工艺流程简单，无需通入N2保护。
3、本发明研制的可降解塑料其机械性能可达到一般泛用塑料制规格。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明研制的可降解塑料的制备流程；
具体实施方式
下面将结合具体实施例，对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先，需要说明的是，本发明中所提及的术语“精密称定”：精密称定系指称定重量应准确至所取重量的千分之一。“精密吸取”：系指量取体积的准确度应符合国家标准中对该计量器具的精确度要求。
一种以玉米淀粉为原料的可降解塑料，该降解塑料包含组分有，玉米淀粉、引发剂、交联剂、聚胺、醋酸、乳化剂、防水剂、丙烯酸乙酯、聚乙烯醇、丙三醇。
一种以玉米淀粉为原料的可降解塑料的制备方法，包含如下步骤，
步骤(1)：淀粉糊化
称取10份的玉米淀粉，加入30份的蒸馏水，放到80℃恒温环境中搅拌糊化30min，然后冷却至室温转移至反应器，再加入15份的蒸馏水，持续搅拌，防止结块；
步骤(2)：添加引发剂、交联剂
称取0.5份引发剂和0.015份交联剂分别于另一容器中，分别加入10份蒸馏水加热溶解，充分溶解后，停止加热，待冷却至室温倒入反应器；
步骤(3)：其他试剂添加
称取5份聚胺，加入适量水加热溶解，充分溶解后，停止加热，冷却至室温转移至反应器；
然后加乳化剂6份，防水剂7份，醋酸10份；
步骤(4)：加入单体
量取丙烯酸乙酯30份加入反应器中，70℃水浴加热，反应时间为2h；
步骤(5)：醇洗
将反应产物从反应器中倒出，加入乙醇将接枝淀粉浸出，然后过滤，过滤后沉淀物用清水洗涤，然后烘干，粉碎至粉末得到粗接枝淀粉；
步骤(6)：粘合
称取聚乙烯醇5份，用适量的水加热溶解，然后加入丙三醇10份混合均匀。
步骤(7)：铸模
将挤注机的模具温度设为120℃，滚筒温度设为140℃，转速为30r/min，当达到温度要求，将步骤(6)中的混合物投入，挤出铸模，烘干，得到可降解塑料。
更进一步的，步骤(1)所述的80℃恒温环境选用水浴加热。
更进一步的，步骤(1)加入的15份蒸馏水选用25-45℃温水。
更进一步的，步骤(1)中搅拌采用搅拌器进行持续搅拌。
更进一步的，步骤(2)所述引发剂选用过硫酸钾，所述交联剂选用N-N 亚甲基双丙烯酰胺。
更进一步的，步骤(3)中所述乳化剂选用OP-10，所述防水剂选用硅基防水剂。
更进一步的，步骤(5)过滤可通过滤布过滤或者通过循环水式真空泵减压过滤。
实施例
1、淀粉糊化：称取10g淀粉放入烧杯，加入30ml水放入到80℃恒温水浴锅中搅拌糊化30min，冷却至室温转移至反应器，加入15ml温水，打开搅拌器搅拌，防止结块；
2、添加引发剂、交联剂：称取0.5g过硫酸钾于烧杯、0.015g N-N亚甲基双丙烯酰胺于另一烧杯，分别加入10ml水加热溶解，冷却至室温倒入反应器；
3、其他试剂添加：称取聚胺5g于烧杯，加入适量水加热溶解，冷却至室温转移至反应器；之后加乳化剂(OP-10)6ml，硅基防水剂7ml，醋酸10ml；
4、加入单体：量取丙烯酸乙酯30mL水浴锅温度设为70℃，反应时间为 2h；
5、醇洗：将反应产物从反应器中倒置大烧杯中，加入乙醇将接枝淀粉浸出，通过循环水式真空泵减压过滤，(洗涤液通过蒸馏可回收醇)，后用清水洗涤，减压过滤，经烘箱烘干、粉碎至粉末得到粗接枝淀粉；
6、粘合：称取聚乙烯醇(PVA)5g，PVA以适量的水加热溶解，后加入丙三醇10g混合均匀；
7、铸模：将挤注机的模具温度设为120℃，滚筒温度设为140℃，转速为 30r/min，当达到温度要求，将复配好的共混物投入，挤出铸模，烘干，得到产品复合塑料。
本发明研制的可降解塑料为绿色、环保、无毒害的可降解天然淀粉塑料，其制备工艺流程简单，无需通入N2保护，可降解塑料其机械性能可达到一般泛用塑料制规格，接枝率达79.2％，接枝效率63.5％，拉伸强度2.99MPa,断裂伸长率137.45％。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

Claims (8)

1.一种以玉米淀粉为原料的可降解塑料，其特征在于：该降解塑料包含组分有，玉米淀粉、引发剂、交联剂、聚胺、醋酸、乳化剂、防水剂、丙烯酸乙酯、聚乙烯醇、丙三醇。
2.如权利要求1所述的一种以玉米淀粉为原料的可降解塑料的制备方法，其特征在于：包含如下步骤，
步骤(1)：淀粉糊化
称取10份的玉米淀粉，加入30份的蒸馏水，放到80℃恒温环境中搅拌糊化30min，然后冷却至室温转移至反应器，再加入15份的蒸馏水，持续搅拌，防止结块；
步骤(2)：添加引发剂、交联剂
称取0.5份引发剂和0.015份交联剂分别于另一容器中，分别加入10份蒸馏水加热溶解，充分溶解后，停止加热，待冷却至室温倒入反应器；
步骤(3)：其他试剂添加
称取5份聚胺，加入适量水加热溶解，充分溶解后，停止加热，冷却至室温转移至反应器；
然后加乳化剂6份，防水剂7份，醋酸10份；
步骤(4)：加入单体
量取丙烯酸乙酯30份加入反应器中，70℃水浴加热，反应时间为2h；
步骤(5)：醇洗
将反应产物从反应器中倒出，加入乙醇将接枝淀粉浸出，然后过滤，过滤后沉淀物用清水洗涤，然后烘干，粉碎至粉末得到粗接枝淀粉；
步骤(6)：粘合
称取聚乙烯醇5份，用适量的水加热溶解，然后加入丙三醇10份混合均匀。
步骤(7)：铸模
将挤注机的模具温度设为120℃，滚筒温度设为140℃，转速为30r/min，当达到温度要求，将步骤(6)中的混合物投入，挤出铸模，烘干，得到可降解塑料。
3.如权利要求2所述的一种以玉米淀粉为原料的可降解塑料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的80℃恒温环境选用水浴加热。
4.如权利要求3所述的一种以玉米淀粉为原料的可降解塑料的制备方法，其特征在于：步骤(1)加入的15份蒸馏水选用25-45℃温水。
5.如权利要求4所述的一种以玉米淀粉为原料的可降解塑料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中搅拌采用搅拌器进行持续搅拌。
6.如权利要求2所述的一种以玉米淀粉为原料的可降解塑料的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述引发剂选用过硫酸钾，所述交联剂选用N-N亚甲基双丙烯酰胺。
7.如权利要求2所述的一种以玉米淀粉为原料的可降解塑料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述乳化剂选用OP-10，所述防水剂选用硅基防水剂。
8.如权利要求2所述的一种以玉米淀粉为原料的可降解塑料的制备方法，其特征在于：步骤(5)过滤可通过滤布过滤或者通过循环水式真空泵减压过滤。
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齐越: "利用接枝改性淀粉制备保鲜包装材料的研究", 中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑, no. 6, pages 028 - 19 *
齐越;王建清;: "改性淀粉/PVA可降解薄膜的制备及性能研究", 包装工程, no. 12, pages 50 - 51 *

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